石 亮

(中國石化儀征化纖有限責任公司聚酯部，江蘇儀征 211900)

造粒機是PET聚酯切片生產(chǎn)的重要設(shè)備，是使PET聚酯熔體變成切片粒子的最終設(shè)備。常規(guī)PET造粒通常使用水下拉條切粒機。隨著PET改性研究的深入，不同特性聚酯產(chǎn)品的造粒顯得尤為重要[1-3]。水下模面造粒技術(shù)屬于“模面熱切”的一種[4-5]，均勻的高溫熔體物料從熔體輸送泵末端進入造粒機模板，當熔體物料剛離開造粒機模板?？讜r即被高速旋轉(zhuǎn)的造粒機刀片切削，由于粒子比表面積最大化的物理特性，與切割室內(nèi)工藝水接觸后，滴狀物凝固并形成接近圓球體的顆粒。圓球體的粒子被輸送并經(jīng)過干燥、篩分后包裝儲存。這種“先熱切后水冷”的造粒方式?jīng)Q定了它能夠很好地勝任熔融態(tài)強度差、黏度大、熱敏感度高的熔體物料造粒作業(yè)。改性PET的玻璃化溫度、熔點、特性黏度等特性區(qū)別于常規(guī)PET，模面熱切式造粒機在改性聚酯產(chǎn)品的生產(chǎn)上具有一定的優(yōu)勢[6]。

1 工藝流程

終縮聚反應(yīng)釜送出高溫熔體，經(jīng)熔體輸送泵輸送至造粒機進口開車閥，熔體在8～12 MPa的壓力下通過模板?？拙鶆驍D出進入造粒機切割室。造粒過程是在一個直徑40 cm左右的切割室內(nèi)完成，切刀刀片緊貼著模板高速旋轉(zhuǎn)，高溫熔體被切削成直徑Φ3 mm的球狀粒子。球狀粒子經(jīng)過離心干燥機和振動篩進一步冷卻、干燥、篩分后，成為溫度大約在60 ℃左右的合格粒子制品。離心干燥機分離出的工藝水進入工藝水箱并分離粉屑，經(jīng)過加熱后通過工藝水泵、換熱器后循環(huán)進入切割室。工藝流程如圖1。

圖1 水下造粒機系統(tǒng)流程圖1) 開車閥；2) 切割室；3) 旋轉(zhuǎn)刀片驅(qū)動電機；4) 離心干燥機；5) 振動篩；6) 工藝水箱；7) 工藝水循環(huán)泵；8) 工藝水換熱器

2 工藝條件

PET熔體理化指標隨產(chǎn)品差異有所區(qū)別，PET聚酯產(chǎn)品特性黏度范圍0.4～0.85 dL/g，熔點范圍150～262 ℃。不同特性的PET熔體造粒溫度要求見表1。

特性黏度高，低溫狀態(tài)下熔體流動性差。開車閥溫度與模板溫度高于熔體熔點30 ℃左右。工藝水的溫度范圍較寬，根據(jù)熔體的特性在40～90 ℃之間選擇，當工藝水需要降溫時換熱器冷卻水對其降溫，當工藝水需要升溫時工藝水貯槽中的加熱器對其升溫。特性黏度0.55～0.70 dL/g之間的熔體更容易被切削成型。

表1 不同特性黏度的PET熔體造粒溫度要求

3 設(shè)備組成、安全聯(lián)鎖

3.1 設(shè)備組成

造粒系統(tǒng)設(shè)備組成如表2。

表2 水下造粒系統(tǒng)設(shè)備組成一覽表

3.2 安全聯(lián)鎖

造粒機工藝聯(lián)鎖如表3。

4 粒子外觀異常原因分析及解決方法

造粒機的工藝參數(shù)設(shè)定、工藝操作流程等均是影響粒子外觀質(zhì)量的重要因素。造粒機運行正常情況下粒子呈飽滿的圓球狀(a)，不規(guī)則粒子通常呈連粒(b)、小粒子(c)、扁長(d)、拖尾(e)等不規(guī)則形狀，如圖2所示。

(a)

(b)

(c)

(d)

(e)

4.1 連粒料

由于粒子表面溫度高，兩個或三個粒子粘結(jié)形成連粒料?？梢酝ㄟ^以下手段降低粒子表面溫度，從而預(yù)防粘結(jié)粒子產(chǎn)生。

通過降低工藝水溫度，降低工藝水流量，適當延長切片在工藝水輸送管線中停留時間，使粒子得到充分冷卻，可以降低粒子表面溫度，避免粒子粘連；當粒子外形偏大時，單個粒子的溫度高，會產(chǎn)生粒子粘連，此時需要提高切刀轉(zhuǎn)速，使單個粒子變小。必要時可更換小孔模板或增加切刀刀片數(shù)量。

4.2 小粒子

目前，國內(nèi)小粒子的定義為任意方向上尺寸小于2 mm的粒子，包括碎屑和碎粒。當切刀轉(zhuǎn)速高于熔體供出量時就會出現(xiàn)小粒子，這時需要降低切刀轉(zhuǎn)速；由于較長時間的運行或停車后，黏附在模板孔上的物料會被高溫分解炭化，形成積炭堵塞?？?。當積炭達到一定程度造成模板的開孔率不足時，被堵塞的?？拙蜁怀隽匣蛘叱隽纤俣茸兟?，切刀切出的物料就會變小，出現(xiàn)小粒子。此時，需停機沖洗模孔或更換新模板。

4.3 拖尾粒子

拖尾粒子外觀多數(shù)為正常物料帶錐角毛刺或薄片狀“尾巴”，但是目前標準檢驗方法所采用的SH/T 1541—2006《熱塑性塑料顆粒外觀試驗方法》 未對拖尾粒長度給出定義，而實際生產(chǎn)中由于長度小于1 mm的錐角或毛刺是不可避免的。拖尾料雖然產(chǎn)品的內(nèi)在質(zhì)量指標與正常產(chǎn)品沒有太大區(qū)別，但是由于其形狀不規(guī)則，產(chǎn)品的堆密度下降，導(dǎo)致產(chǎn)品因重量不足而無法出廠。

刀片安裝時要保證一致的預(yù)緊力，并且開機前要進行磨刀，目的是使每片刀片緊密貼合模板。每次開機前要進行至少兩次的磨刀程序(如更換新刀具至少三次)，每次磨刀時間3 min(如圖3所示)。當磨刀電流達到額定電流70%以上視為磨刀成功，方可開機。否則會出現(xiàn)拖尾粒子，嚴重時出現(xiàn)“蛇皮?！鄙踔痢袄p刀”、“堵管”。

圖3 開機前磨刀程序畫面

如果改性PET熔體中加入了硬度較高的添加劑，造粒機長時間運行會損傷模板，在模板表面產(chǎn)生凹槽，使刀片與模板無法緊密貼合，產(chǎn)生拖尾粒子。此時，需要使用磨輪(如圖4)對模板進行打磨清潔。按下“停機”按鈕→打開切割室→取下刀盤→將磨輪安裝在刀軸上→閉合切割室→將控制畫面調(diào)至“模板打磨”畫面→按下“磨削孔板”鍵，此時會按照自動打磨程序打磨模板。打磨過程中要密切關(guān)注電流，電流高于額定電流的70%，手動終止打磨程序，否則會損傷模板。

4.4 扁長粒子

物料黏度偏低時，由于物料具有良好的流動性能，導(dǎo)致模板壓力偏低，粒子難以成型，切削后成扁長狀。此時要對模板鏜孔進行封堵進而提高模板壓力。封堵可采用兩種增壓銷，實心銷和空心銷，實心銷是將模板鏜孔封堵住，空心銷是將鏜孔縮徑，封閉鏜孔后就提高了流經(jīng)其他鏜孔熔體的流速及模板壓力，封堵后使模板壓力保持在8～12 MPa最為合適。

圖4 磨輪

5 設(shè)備故障原因分析及解決方法

造粒機為造粒系統(tǒng)的核心設(shè)備，其工作狀況直接決定著整個機組的運行穩(wěn)定性。該機組投運初期幾個月一直運行不穩(wěn)定，各種原因的停機達200余次，主要表現(xiàn)為：自動磨刀失敗、“卡刀”、模板法蘭電加熱棒故障等。

5.1 自動磨刀失敗

熔體在擠出?？缀蟾街谀０灞砻?，冷卻后在模板表面形成“硬膜”難以切削，導(dǎo)致自動磨刀失敗。采用自行設(shè)計的刀片，減小刀片與模板的接觸面積，提高了刀片的切削效果。正常刀片接觸面積為0.80 cm2，特制刀片的接觸面積0.60 cm2，在自動磨刀過程中易于清除模板表面的異物，保證自動磨刀成功。

5.2 “卡刀”

“卡刀”通常有兩種原因，一是刀片的安裝偏差較大，刀片與模板貼合效果不一致，運行時電流過高，刀盤突然卡阻；二是造粒機運行過程中，刀軸的“V形”圈和機械密封件直接與高溫工藝水接觸(結(jié)構(gòu)如圖5所示)，“V形”圈或機械密封失效后工藝水進入刀軸軸承，使軸承潤滑失效造成“卡刀”。”卡刀”嚴重時會造成“纏刀”、“堵管”，處理時間長。

圖5 某進口水下造粒機動刀部分結(jié)構(gòu)圖

避免卡刀的措施，除了刀片安裝要保證一致的預(yù)緊力，日常巡檢發(fā)現(xiàn)故障苗頭及時停機處理避免事故擴大是較為有效的方法。刀盤與軸承之間下方帶有排水孔，當此孔有連續(xù)滴水情況，說明機械密封失效，軸承接觸工藝水，軸承潤滑失效會導(dǎo)致卡刀；切割室粒子輸送管道視鏡處觀察有細長條物料且電流超過額定電流，說明刀盤有卡阻現(xiàn)象；刀盤軸承處有輕微的“咔嗒”聲，說明軸承可能有損傷，應(yīng)及時采取措施。

5.3 模板加熱棒故障的解決方法

模面熱切式造粒機的模板加熱法蘭使用電加熱，加熱棒處于24 h連續(xù)工作狀態(tài)，長時間滿負荷工作會直接導(dǎo)致加熱棒工作壽命降低。當控制畫面提示：“模板加熱電流錯誤”、“模板溫度低報”、“模板溫度低低報”時，模板電加熱棒可能出現(xiàn)故障。原設(shè)計的模板加熱法蘭共有10只加熱棒，每只加熱棒功率為1 050 W。對模板加熱法蘭進行改造，將加熱棒數(shù)量增加為16只均勻分布，每支功率為800 W。改造后，加熱棒壽命從3個月左右延長至半年無故障。

6 結(jié) 語

模面熱切式造粒機價格較高，但相比于傳統(tǒng)水下拉條切粒機，模面熱切式造粒機具有操作簡單、能耗低、噪音小、產(chǎn)品潔凈化程度高等優(yōu)點，在改性聚酯PET產(chǎn)品的生產(chǎn)中具有特殊優(yōu)勢。

本文通過實踐摸索和分析總結(jié)，得出模面熱切式造粒機在PET生產(chǎn)(特別是改性PET生產(chǎn))中的異常和故障應(yīng)對策略或方法：

1) 優(yōu)化熔體負荷與切刀轉(zhuǎn)速的匹配、降低工藝水溫度，可以避免連粒料的產(chǎn)生；

2) 保證良好的保溫加熱效果、定期對模板?？走M行清理，可以避免小粒子產(chǎn)生；

3) 刀片安裝過程保持一致的預(yù)緊力、保持模板表面的光滑，可以避免拖尾粒子的產(chǎn)生；

4) 使用增壓銷對模板增壓，保證模板壓力8～12 MPa，可以滿足極低黏度產(chǎn)品的生產(chǎn)；

5) 對切刀刀片結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化，可以避免自動磨刀失?。?/p>

6) 定期檢查軸承運行狀態(tài)，可以避免“卡刀”故障；

7) 適當增加加熱棒數(shù)量，同時降低單只加熱棒功率，可以延長加熱棒運行周期。