黃麒澤

摘要：本文通過(guò)分析海南煉化聚丙烯裝置擠壓造粒機(jī)在生產(chǎn)高M(jìn)FR聚丙烯產(chǎn)品時(shí)出現(xiàn)墊刀料的原因，提出優(yōu)化工藝參數(shù)和改進(jìn)設(shè)備操作的方法。

關(guān)鍵詞：聚丙烯；高M(jìn)FR；擠壓造粒機(jī)

1、聚丙烯裝置現(xiàn)狀

海南煉化聚丙烯裝置自2006年投用生產(chǎn)以來(lái)，受裝置和市場(chǎng)的局限，能生產(chǎn)的聚丙烯牌號(hào)較少，建廠以來(lái)生產(chǎn)過(guò)的牌號(hào)主要有PPH-T03、PPH-F03D、PPH-F03G、PPH-F08、V30G和Z30S，且都是技術(shù)成熟的牌號(hào)，MFR在2.5～30之間，隨著市場(chǎng)需求的不斷變化和煉油廠的持續(xù)擴(kuò)建，聚丙烯銷售價(jià)格也持續(xù)走低，海南煉化聚丙烯裝置在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中的不利形勢(shì)也逐步顯現(xiàn)。2017年根據(jù)公司新的發(fā)展戰(zhàn)略要求，聚丙烯裝置要重點(diǎn)開(kāi)發(fā)高M(jìn)FR產(chǎn)品牌號(hào)，形成新的品牌優(yōu)勢(shì)，在激烈的烯烴市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中搶占先機(jī)。

2017年聚丙烯裝置成功開(kāi)發(fā)生產(chǎn)了Y38和MN65兩種牌號(hào)產(chǎn)品，MFR高達(dá)65g/10min，產(chǎn)品質(zhì)量贏得了客戶一致的好評(píng)。然而在2017年10月大檢修后，擠壓造粒機(jī)在轉(zhuǎn)產(chǎn)Y38牌號(hào)時(shí)總是出現(xiàn)墊刀的現(xiàn)象，導(dǎo)致造粒機(jī)無(wú)法正常生產(chǎn)而停車。即使重新開(kāi)車生產(chǎn)以前技術(shù)成熟的牌號(hào)也偶爾會(huì)出現(xiàn)一些粘連料。裝置內(nèi)工藝和設(shè)備專業(yè)人員對(duì)此展開(kāi)分析，探討擠壓造粒機(jī)出現(xiàn)這種現(xiàn)象的根源所在。

2、擠壓造粒機(jī)組簡(jiǎn)介

海南煉化ZSK320擠壓造粒機(jī)主要由輔助電機(jī)、主電機(jī)、減速箱、筒體、節(jié)流閥、開(kāi)車閥、模板和切粒機(jī)等部件組成。共同完成對(duì)聚丙烯切粒的效果。輔助電機(jī)在擠壓機(jī)主電機(jī)啟動(dòng)前輔助啟動(dòng)的作用，而主電機(jī)是擠壓機(jī)正常運(yùn)行時(shí)的唯一驅(qū)動(dòng)。減速箱把主電機(jī)的轉(zhuǎn)速降低傳遞給螺桿，共有兩個(gè)檔位，低速擋183rpm，高速擋222rpm。筒體內(nèi)有兩根同向轉(zhuǎn)動(dòng)的螺桿，相互緊密嚙合。節(jié)流閥調(diào)節(jié)筒體螺桿擠出的溶體流量。開(kāi)車閥有兩個(gè)方向一個(gè)切地，一個(gè)切向模板，在開(kāi)車階段清理筒體物料時(shí)使用。模板是聚丙烯溶體到切粒機(jī)的最后一道關(guān)卡，聚丙烯溶體從模板上的小孔流出，形成長(zhǎng)條形狀，切粒機(jī)切刀緊貼模板旋轉(zhuǎn)，對(duì)模板流出的溶體進(jìn)行切粒。

3、擠出速率和溶體粘度的關(guān)系

熔融狀態(tài)下的聚丙烯在筒體的擠出過(guò)程共分為三個(gè)階段，分別為加料段、壓縮段和均化段。通常以均化段的生產(chǎn)率代表擠出機(jī)的生產(chǎn)率。塑料熔體通過(guò)筒體均化段的流動(dòng)方程可用下式表達(dá)：

在生產(chǎn)負(fù)荷不變的情況下，擠壓機(jī)的壓力和物料的粘度成正比，粘度大的塑料，螺桿對(duì)它所產(chǎn)生的壓力高；粘度小時(shí)，壓力會(huì)降低。物料粘度主要取決于物料本身的分子量大小與其所處的溫度。在生產(chǎn)高M(jìn)FR的聚丙烯產(chǎn)品時(shí)應(yīng)適當(dāng)降低溶體溫度以提高溶體壓力來(lái)維持一定的流量。

從表1中可以看出，在產(chǎn)品質(zhì)量流量和擠壓機(jī)結(jié)構(gòu)尺寸不變的情況下，筒體壓力隨著產(chǎn)品的熔融指數(shù)提高（粘度降低）而下降。

4、筒體溫度對(duì)樹(shù)脂的影響

聚丙烯粉料熔融狀態(tài)的流動(dòng)性和溫度關(guān)系密切。ZSK320擠壓機(jī)筒體給聚丙烯粉料加熱通過(guò)筒體的加熱板來(lái)完成，冷卻由脈沖溫度調(diào)節(jié)閥控制常溫脫鹽水流量來(lái)調(diào)節(jié)。在生產(chǎn)負(fù)荷與節(jié)流閥開(kāi)度不變的情況下，熔融的聚丙烯溫度隨產(chǎn)品MFR的提高而降低。這是因?yàn)榈蚆FR牌號(hào)的溶體相對(duì)分子質(zhì)量大，粘度較高，擠壓機(jī)需要消耗一部分機(jī)械能轉(zhuǎn)化為溶體的熱能和壓力能。筒體溫度要根據(jù)產(chǎn)品的MFR大小來(lái)做相應(yīng)的調(diào)整。過(guò)低的溫度會(huì)造成網(wǎng)前壓力過(guò)高，不利于擠壓機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行。過(guò)高的溫度會(huì)使產(chǎn)品發(fā)生降解。筒體溫度通常設(shè)定在210℃～250℃之間。依據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，在生產(chǎn)MFR在2.5～8g/10min的產(chǎn)品時(shí)，我們?cè)O(shè)定筒體溫度在245℃左右，生產(chǎn)MFR在10～30g/10min的產(chǎn)品時(shí)，筒體溫度設(shè)定在230℃左右，這樣的溫度設(shè)置可以得到質(zhì)量較好的聚丙烯產(chǎn)品。

5、節(jié)流閥對(duì)溶體壓力的影響

節(jié)流閥安裝在擠壓機(jī)的換網(wǎng)器前如圖所示，用來(lái)控制擠壓機(jī)的背壓。在造粒機(jī)啟動(dòng)前，必須先完成節(jié)流控制。最大節(jié)流位置為80°（位置“1”）。此位置的節(jié)流值一般為50%到70 %之間。

在以下情況下節(jié)流閥可以適當(dāng)關(guān)小節(jié)流：

1）生產(chǎn)高M(jìn)FR聚丙烯（以便改進(jìn)溫度的均勻性）。

2）生產(chǎn)過(guò)氧化物降解的聚丙烯（使溶料和過(guò)氧化物充分反應(yīng)）。

3）提高聚丙烯的質(zhì)量（膜層質(zhì)量）。

根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)物料MFR在3～20g/10min時(shí)節(jié)流閥開(kāi)度設(shè)定在30°～35°之間為宜。在生產(chǎn)高熔融指數(shù)產(chǎn)品時(shí)，節(jié)流閥開(kāi)度小于30°可能會(huì)出現(xiàn)不熔料。應(yīng)關(guān)小節(jié)流閥開(kāi)度，適當(dāng)提高閥前壓力，增加物料在筒體中的停留時(shí)間，從而提高混煉程度。但是，節(jié)流閥開(kāi)度不宜太小，因?yàn)闃?shù)脂混煉過(guò)度容易發(fā)生降解，表現(xiàn)出樹(shù)脂變色、冒煙、MFR上升以及力學(xué)性能下降。如圖1所示，節(jié)流閥開(kāi)度在35～40°之間壓力變化開(kāi)始敏感，進(jìn)行調(diào)整時(shí)一定要緩慢。節(jié)流閥開(kāi)度大于45°時(shí)，壓力上升明顯，不利于平穩(wěn)操作，在此區(qū)間調(diào)整要更加謹(jǐn)慎。

6、切粒水溫度對(duì)樹(shù)脂的影響

切粒水使用脫鹽水，適當(dāng)?shù)那辛Ｋ疁囟瓤蓛?yōu)化粒子形狀，當(dāng)熔融樹(shù)脂從?？壮鰜?lái)，被切成2～3mm長(zhǎng)度的粒子，水室中切粒水完全覆蓋模板表面，粒子立即被冷卻。切粒水從模板和樹(shù)脂帶出的熱量與熱油和熔體帶給模板的熱量達(dá)到平衡。切粒水溫度過(guò)高樹(shù)脂切粒后冷卻不及時(shí)，易出現(xiàn)串料、粘料從而引發(fā)纏刀、灌腸等事故，切粒水溫度過(guò)低，使模板溫度低，會(huì)凍堵模孔，同時(shí)樹(shù)脂變脆切削時(shí)碎粒增多，切粒水典型操作溫度范圍為40～65℃。切粒水溫度與產(chǎn)品MFR有很大關(guān)系，生產(chǎn)不同牌號(hào)產(chǎn)品時(shí)，水溫也應(yīng)做相應(yīng)調(diào)整。

7、切粒機(jī)與模板對(duì)切粒效果的影響

切刀與模板的配合是影響聚丙烯顆粒外觀主要因素，對(duì)切粒效果起著至關(guān)重要的作用。包括模板的安裝垂直度、模板切粒區(qū)域的平面度、切粒刀盤的進(jìn)退刀油壓、切粒刀安裝時(shí)平面度、切粒刀的硬度、切粒刀刀刃的鋒利程度、切粒機(jī)刀軸的全跳動(dòng)等。

7.1切刀與模板的對(duì)中

水下切粒機(jī)和模板有四點(diǎn)定心系統(tǒng)保證刀軸對(duì)模頭的重復(fù)定位。四點(diǎn)定心系統(tǒng)包括安裝于模頭上的四個(gè)定心部件和裝于造粒機(jī)罩上四個(gè)導(dǎo)向件。定心部件和導(dǎo)向件相互間的最大凈距為0.3毫米，它們與模頭對(duì)中。定心部件和導(dǎo)引部件一起將造粒機(jī)罩定位在模頭中心位置，精度應(yīng)<0.3毫米。為補(bǔ)償熱膨脹，定心部件和導(dǎo)引部件之間應(yīng)具有3毫米的凈距，如圖2所示。

在正常切粒過(guò)程中，切刀至模板的軸向跳動(dòng)不能大于0.02毫米。否則切粒容易出現(xiàn)不規(guī)則顆粒和墊刀料等。當(dāng)切刀和模板間隙小于3毫米時(shí)，應(yīng)當(dāng)考慮更換新的切刀或模板。

7.2切刀的主要影響參數(shù)

造粒機(jī)刀片的設(shè)計(jì)和條件對(duì)于獲得良好的切割效果至關(guān)重要。特別是在生產(chǎn)高M(jìn)FR產(chǎn)品時(shí)，對(duì)刀刃的表面粗糙度、平整度和銳度等重要因素要求更高。通常造粒機(jī)刀切削表面與背面間的平行度<0.01毫米。對(duì)于所有新的或重新加工過(guò)的造粒機(jī)刀的厚度容差最大為±0.01毫米。

俗話說(shuō)，磨刀不誤砍柴工，因此，磨刀對(duì)擠壓造粒來(lái)說(shuō)是一項(xiàng)必不可少的工序。新裝上的切刀在生產(chǎn)前都要求磨刀，刀片研磨以低的進(jìn)刀液壓壓力開(kāi)始的。

7.3適當(dāng)?shù)倪M(jìn)刀油壓

產(chǎn)品流動(dòng)性越大，在造粒時(shí)其特性越“濕”，要獲得良好的切割效果，刀片觸點(diǎn)壓力很重要。而高的進(jìn)刀油壓會(huì)加速切刀與模板的磨損。如果是過(guò)氧化降解產(chǎn)品（如牌號(hào)Y38），過(guò)氧化物反應(yīng)是否完全十分重要。聚丙烯更是可能在造粒機(jī)刀和模頭切削表面之間形成膜，這樣會(huì)造成生產(chǎn)出碎屑、團(tuán)塊、“天使的頭發(fā)”形狀物或結(jié)塊，從而會(huì)導(dǎo)致切粒故障停車。因此，適當(dāng)?shù)倪M(jìn)刀油壓對(duì)切粒成型至關(guān)重要，可以參考切刀的進(jìn)刀量和磨損量來(lái)調(diào)整進(jìn)刀油壓。

7.4切粒機(jī)刀軸的全跳動(dòng)

切粒機(jī)刀軸的全跳動(dòng)不應(yīng)過(guò)大，過(guò)大的跳動(dòng)會(huì)導(dǎo)致刀盤上的切刀與模板配合間隙時(shí)大時(shí)小。特別是在生產(chǎn)高M(jìn)FR產(chǎn)品時(shí)，溶體流速較快，切刀與模板間隙變化過(guò)大會(huì)導(dǎo)致粒子帶尾，顆粒外觀畸形，同時(shí)會(huì)影響切粒機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行，導(dǎo)致振動(dòng)偏大，切刀磨損快，壽命短。如果刀軸影響了切粒機(jī)的切粒效果時(shí)應(yīng)及時(shí)更換刀軸。

8、結(jié)束語(yǔ)

經(jīng)過(guò)以上分析，裝置在生產(chǎn)不同MFR牌號(hào)時(shí)，擠壓機(jī)筒體溫度和節(jié)流閥開(kāi)度應(yīng)做相應(yīng)的調(diào)整。在擠壓機(jī)和切粒機(jī)運(yùn)行期間，實(shí)時(shí)關(guān)注切粒機(jī)進(jìn)刀量和磨損量，及時(shí)調(diào)整進(jìn)刀油壓以保證模板和切粒機(jī)的間隙合適。通過(guò)優(yōu)化工藝操作和設(shè)備安裝精度，從而保證聚丙烯產(chǎn)品的順利開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]俞文.粒造機(jī)性能對(duì)塑料生產(chǎn)率的影響[J].化學(xué)工業(yè)與工程技術(shù)，2001， 22 （6）：46

[2]王志雄，張世立.高熔融指數(shù)聚丙烯對(duì)擠壓造粒機(jī)運(yùn)行的影響[J].石油化工應(yīng)用，2010，29（10）

[3]鄒明華.聚丙烯造粒機(jī)造粒不規(guī)則原因分析及解決方案[J].內(nèi)蒙古石油化工，2011，13

[4]楊大偉，張順強(qiáng).高壓聚乙烯裝置擠壓造粒系統(tǒng)運(yùn)行因素分析[J].甘肅科技，2011，27（4）

[5]周建軍，盧世忠.聚丙烯切粒機(jī)典型切粒故障分析及解決措施[J].甘肅科技，2003.19（10）