同向雙螺桿大型混煉擠壓造粒機組切粒效果異常的主要原因分析及解決方案

劉鑫傳

（大連橡膠塑料機械股份有限公司，遼寧 大連 116039）

同向雙螺桿大型混煉擠壓造粒機組切粒效果異常的主要原因分析及解決方案

劉鑫傳

（大連橡膠塑料機械股份有限公司，遼寧 大連 116039）

對同向雙螺桿大型混煉擠壓造粒機組切粒效果異常的主要原因進行了詳細分析，提出了實際、可靠、高效的解決方案。

同向雙螺桿大型混煉擠壓造粒機組；模板；切刀；主要原因；原因分析；解決方案

同向雙螺桿大型混煉擠壓造粒機組是大型聚丙烯裝置后處理的關鍵設備。通過加料裝置將聚丙烯粉料與各種添加劑混合態加入擠出機筒體內，在高溫下剪切、熔融。擠出機將熔融的聚合物混煉、塑化，通過齒輪泵建壓及換網裝置過濾后，進入模板切粒。切粒機采用水下切粒方式，造粒模板將熔融的聚合物通過模孔擠出，切粒機上旋轉的切粒刀貼合在模板表面，將其切成顆粒，并在工藝水中冷卻，被工藝循環水輸送至離心干燥器、振動篩，經干燥、篩分后送至包裝車間。

設備主要組成包括：計量喂料系統、驅動系統、混煉擠壓系統、擠出造粒系統、粒子處理系統、其它輔助系統、電氣控制系統七個主要部分組成（見圖1）。

大型混煉擠壓造粒機組目前在國際上有四家主要的供應商：大連橡膠塑料機械股份有限公司、德國CWP公司、日本KOBE公司、日本JSW公司。大連橡膠塑料機械股份有限公司作為國內唯一的大型混煉擠壓造粒機組供應商，“大橡塑”品牌在石化業界擁有優異的使用業績及口碑。

圖1　機組流程圖

在石化用戶的實際生產過程中，多數用戶都會出現成品聚丙烯粒子中有“帶尾料”、“片料”、“細料”等切粒效果異常現象。通過對同向雙螺桿大型混煉擠壓造粒機組運行的長期監控及為眾多石化用戶進行的進口設備檢維修工作，對在實際生產中導致切粒效果異常的主要原因進行了研究、分析、解決。

1　切刀與模板的接觸情況不理想

1.1“磨刀”操作沒有達到使用要求

在造粒機組開車的初期，需要對切粒機的整盤全新切刀進行“磨刀”操作，“磨刀”的效果好壞直接決定了最終的成品粒子質量。如果切刀前進壓力及“磨刀”時間設定不合理，出現切刀“偏磨”等現象，就會造成切粒效果異常，成品粒子中混有“帶尾料”、“片料”等不合格品。切刀與模板的接觸情況關系圖如下（見圖2）。

在進行“磨刀”操作時，需要要在規定“磨刀”時間后打開切粒機與模板的連接，現場觀測切刀的“磨刀”情況。如果出現圖2中顯示的“不好”情況，則適當調整進刀壓力及延長“磨刀”操作時間。直到每把切刀的整個刃口都磨的比較光亮、鋒利，接觸面均勻，則視為合格，可以進行開車操作。

圖2　切刀與模板的接觸情況

1.2切粒機進刀壓力不合適及刀軸與模板的垂直度超差

當設備運行一段時間出現后，粒子中出現“帶尾料”、“片料”等現象，則需要在設備停車后將模板上的物料清理干凈，觀測模板的磨損情況，根據模板的磨損情況（見圖3）進行相應操作。

圖3　模板磨損示意圖

如出現圖3（b）現象，則可能是切刀的前進壓力過低，只有切刀的尖端與模板造粒帶貼合，需要調高切刀的前進壓力；如出現圖3（c）現象，則可能是切刀的前進壓力過高，只有切刀的尾端與模板造粒帶貼合，需要調低切刀的前進壓力；如出現圖3（d）現象，則可能是模板與刀軸的垂直度出現偏差，切刀只與模板造粒帶的局部貼合，需重新調整刀軸與模板的垂直度在0.01 mm以內，垂直度調整方法見圖4。

圖4　刀軸與模板垂直度調整方法示意圖

2　開車時切粒機刀軸進刀不到位

2.1切粒機刀軸前進壓力不足

在造粒機組開車時，當切粒機水室與模板鎖緊后，如果刀軸前進壓力過小，刀軸前進不到位，則在切刀與模板之見會產生很大間隙。當熔融態的聚合物從模板孔流出后，就會產生“纏刀”現象，被工藝水冷卻后的聚合物會將切刀盤纏繞住。如果發現、處理不及時，會出現“灌腸”現象，聚合物會將切粒機出口與干燥機之間的工藝水管道堵塞，造成非常嚴重的事故。

在造粒機組開車前要首先檢查刀軸前進壓力的設定值是否正確，檢查刀軸移動系統（見圖5）相關管路及油缸是否有泄漏現象，最好在開車操作前單獨動作刀軸前進、后退功能，觀察刀軸運行是否到位。定期對刀軸移動系統進行維護，對系統液壓油進行更換，并循環將系統中的空氣排干凈。

圖5　刀軸移動系統原理圖

2.2模板造粒帶表面殘余聚合物“墊刀”

切粒機水室與模板鎖緊前，需要清理“充模板”操作后殘留在模板造粒帶表面的聚合物。如果對模板造粒帶表面殘留聚合物清理不徹底，則殘留的聚合物會墊在模板與切刀之間，使模板與切刀之間產生間隙出現“墊刀”現象，造成切粒效果異常。

在進行模板清理工作時，應使用專用工具進行操作，并在最短的時間內將模板造粒帶殘留聚合物清理干凈，同時對模板造粒帶表面噴涂霧化硅油對模板出料孔進行迅速冷卻，延緩模板內殘余物料的流動速度。清理結束后第一時間啟動切粒機運行，在最短的時間內將切粒機水室與模板鎖緊。

3　模板使用情況異常

3.1模板加熱不均勻

模板的使用性能對能夠產出合格粒子至關重要，如果模板加熱不均勻，會造成模板的不同區域出料孔聚合物流速不均勻，有快有滿，造成切粒效果異常，會出現“大小粒”現象，嚴重的可產生“墊刀”現象。

模板在出廠前要進行熱成像試驗，試驗數據合格后方可出廠，并提供相關試驗報告。確保模板使用的熱油系統工作正常，熱油溫度到達模板使用要求。在模板加熱穩定后，使用紅外線溫度計測量模板各區溫度，確保模板溫度均勻方可開車。調節好工藝水溫度，防止工藝水溫度過低造成模板溫度不均勻。

3.2模板表面不平或出料孔周邊不鋒利

模板在長期使用后，可能會因為出料壓力過高、模板材質等原因造成模板表面不平。模板的出料口在切刀的長期切削下出現缺口、鈍化等現象。如果出現上述情況，則或造成切粒效果異常，可能會出現“碎屑”料，并且可能對切刀造成嚴重損壞。

在設備停車期間或因切粒效果異常停車后，使用模板刀口尺工具對模板造粒帶表面進行檢測，確保模板的平面度達到使用要求。對模板的出料孔進行細致觀測，確保出料孔的周邊鋒利。定期對模板出料孔周邊進行研磨，確保出料孔周邊鋒利。如果出現模板造粒帶表面不平現象，就需要立即對模板進行復磨，復磨后的模板參數需達到使用要求。

4　切刀與模板的匹配不合理

切刀與模板在生產中匹配使用，切刀與模板是一對摩擦副。當切刀與模板的硬度與材質匹配不合理時，會造成切粒效果異常。當切刀的硬度過高時，會造成“磨刀”困難，切刀與模板磨損過快，嚴重縮切刀與模板的使用壽命；當切刀的硬度過低時，會造成切刀磨損過快，增大造粒機組停車的次數，成品粒子中會產生大量粉塵。

模板造粒帶的硬度通常在62 HRC，切刀刀刃硬度在57~59 HRC，在此數據下模板和切刀可以正常工作。模板造粒帶材質（通常為WC或TiC）與切刀刀刃需選用合適的合金材料，確保使用壽命。

5　切刀的磨損

在實際生產中，切刀與模板不停的磨擦，并且多重因素都會導致切刀的損壞，是大型造粒機組中最常更換的易損件之一。進刀壓力過大、刀軸與模板的對中性不好、粘附在模板表面的金屬殘留物會造成切刀刀刃崩裂或產生斷刀。長時間不更換切刀、不解鎖切粒機刀軸鎖緊裝置會造成切刀磨損過度及發生“墊刀”現象。上述原因都會造成切粒效果異常，產生“帶尾料”或“絮狀料”。

當造粒機組停機時，要仔細檢查整盤切刀的表面，確保切刀表面的完成、光滑、刃口鋒利。定期更換切刀，更換時需要將整盤切刀全部更換。通常切刀的更換周期在3~6個月，切刀刀刃的合金最大磨損量控制在2 mm以內。嚴格按照切粒機的操作規程操作，不能隨意更高各項參數設定。定期清理模板表面，復查刀軸與模板的對中性。

6　工藝水溫度設定不合理

造粒機組開車程序中，決定能否開車成功的一個最重要因素就是“水”、“刀”、“料”的三同時。就是工藝水進入水室、切粒機刀盤轉動、模板出料這三個工序要同時進行，才能保證開車成功。其中工藝水的溫度設定是其中一個重要因素。工藝水進入水室后，對模板進行迅速冷卻，尤其是模板的下半區最先接觸到工藝水。如果工藝水的溫度設定不合理，則模板下半區的模孔可能會出現大面積堵塞現象，堵塞后的模孔在后續生產中很難被聚合物沖開，造成模板出料孔出料速度不均勻現象，造成切粒效果異常，形成“大小粒”。不合理的工藝水溫度也會降低切刀的使用壽命。

針對不同熔融指數的聚合物要設定不同的工藝水溫度參數，通常的工藝水設定范圍在60~65℃。通過調節PCW水箱的加熱管路控制閥和補水管路控制閥來調節水溫。生產低融指聚合物時，適當提高工藝水的溫度。生產高融指聚合物時，適當降低工藝水的溫度，加快聚合物的冷卻成型。

7　聚合物牌號切換時參數設置不合理

石化用戶需要根據市場的不同用途需求生產多種牌號的產品，并且經常需要對產品牌號進行切換。因為不同牌號的產品都對應不同的設備參數設置。如果在牌號切換時沒有調整好設備參數，就會造成切粒效果異常。比如由低融指牌號切換至高融指牌號時，容易產生“細粒”現象。

對于牌號切換時產生切粒效果異常原因，在生產中要嚴格按照每種牌號的設定參數進行操作，密切關注設備的運轉情況及成品粒子情況。如當產生“細粒”現象，可以通過提高機筒、開車閥、連接套等溫度，增強聚合物的流動性。適當將開車閥的開度降低，提高聚合物的混煉度。

同向雙螺桿大型混煉擠壓造粒機組結構復雜，控制點及故障點多并結合多項工藝組合。在實際生產中導致機組切粒效果異常的原因眾多，因此需要在生產中密切關注設備的各項參數及使用情況，嚴格按照設備的操作規程進行操作，定期對設備進行維護保養并更換備件。當出現切粒效果異常的時候需要有針對性的進行排查、解決，確保造粒機組的連續長期平穩運行。

［1］ 機械設計手冊. 1998.

［2］ J.E.希格列，C.R.米什克. 機械設計能通用手冊. 1993.

［3］ 劉廷華，魏麗喬，吳世見，等. 聚合物成型機械. 2005.

［4］ 第一汽車制造廠設備修造分廠編寫組編. 機械工程材料手冊，1979.

(XS-04)

扭轉市場不利局面 神寧新型聚丙烯正式投產

低端聚丙烯產品市場及售價不斷受到沖擊，價格及利潤持續下滑。為積極應對不利局面，烯烴公司進行市場調研后產出高附加值新產品2240s聚丙烯。

2015年4月16日，神寧煤化工烯烴公司聚合車間PP裝置一次性產出高熔指聚丙烯新產品2240s，產品售價較該公司目前市場主打產品每噸高出1 000~1 500元。

據了解，2015年以來，隨著國內烯烴項目的陸續上馬投產，烯烴公司原來生產的低端聚丙烯產品市場及售價不斷受到沖擊，價格及利潤持續下滑。為積極應對不利局面，烯烴公司組織專人深入廣州石化、茂名石化等石油化工公司進行市場調研，成立開發小組，研究確定新牌號產品各項技術指標和生產方案。新牌號2240s聚丙烯產品就是他們利用規模產量及人員、技術優勢產出的高附加值新產品。

據了解，2240s是一種具有高流動性、抗沖擊的共聚高附加值聚丙烯產品，可用于注塑圓柱形容器、桶、板條箱、洗衣機、汽車內外飾件等，具有市場需求量大、產品售價高的優勢。

摘編自“中國化工信息網”

Main analysis and solutions for abnormal pelletizing effect of large co-rotating twin screw mixing extrusion granulation group

Main analysis and solutions for abnormal pelletizing effect of large co-rotating twin screw mixing extrusion granulation group

Liu Xinchuan
(Dalian Rubber & Plastics Machinery Co., Ltd., Dalian 116039, Liaoning, China)

This paper analyzes main causes of abnormal pelletizing effect of large co-rotating twin screw mixing extrusion granulation group, and presents practical, reliable and effi cient solutions.

large co-rotating twin screw mixing extrusion granulation group; template; cutter; main reason; cause analysis; solution

TQ320.66

1009-797X(2015)10-0044-05

B

10.13520/j.cnki.rpte.2015.10.008

劉鑫傳（1981-），男，工程學士，工程師，現主要從事橡膠塑料機械的研發設計工作。

2015-02-08