延長(zhǎng)擠壓機(jī)切刀使用壽命的研究

高鳳文，吉豪杰，宋清建，林大平，朱鑫

（中國(guó)石油天然氣股份有限公司 撫順石化分公司烯烴廠(chǎng)，遼寧 撫順 113004）

延長(zhǎng)擠壓機(jī)切刀使用壽命的研究

高鳳文，吉豪杰，宋清建，林大平，朱鑫

（中國(guó)石油天然氣股份有限公司 撫順石化分公司烯烴廠(chǎng)，遼寧 撫順 113004）

目前線(xiàn)性低密度聚乙烯裝置使用LCM450H型擠壓造粒機(jī)，由日本神戶(hù)制鋼所生產(chǎn)，是國(guó)內(nèi)最大的擠壓造粒系統(tǒng)。在該機(jī)組中，切刀為易損部件，其使用情況與產(chǎn)品質(zhì)量和裝置成本有直接的關(guān)系。本文介紹了影響切粒機(jī)切刀使用壽命的因素及延長(zhǎng)使用周期的方法。

切粒機(jī)；切刀；模板

Abstract：At present, the linear low density polyethylene plant in Fushun petrochemical company uses LCM450H pelletizer.The pelletizer was produced by Kobe steel company, and now it is the largest pelletizing system in China.The pelletizer cutter is wearing part; its service life affects directly the product quality and benefits of the polyethylene plant. In this paper, the factors of affecting the service life of cutter were analyzed, and the measures of prolonging the pelletizer cutter service life were discussed.

Keywords：Pelletizer；Cutter；Die plate

國(guó)內(nèi)某烯烴廠(chǎng)45萬(wàn)t/a線(xiàn)性低密度聚乙烯裝置引進(jìn)美國(guó)Univation公司的氣相流化床工藝技術(shù)。該裝置的擠壓切粒機(jī)組采用日本神戶(hù)制鋼公司生產(chǎn)的LCM450H型擠壓機(jī)組，該機(jī)組為目前國(guó)內(nèi)最大的擠壓造粒機(jī)組，設(shè)計(jì)年操作時(shí)間為8 000 h，操作彈性為60%～110%。

擠壓造粒機(jī)組是聚乙烯裝置生產(chǎn)的重要大型設(shè)備，其運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)短直接影響整個(gè)裝置的長(zhǎng)周期運(yùn)行。本文重點(diǎn)從切刀的操作參數(shù)調(diào)整出發(fā)，做到避免切刀非正常磨損，以及實(shí)現(xiàn)延長(zhǎng)切刀使用壽命的目標(biāo)。

1 切粒機(jī)簡(jiǎn)介

1.1 切粒機(jī)型號(hào)及規(guī)格

撫順 LLDPE裝置采用的切粒機(jī)型號(hào)為UP1000N，為水下造粒機(jī)。切粒機(jī)主要規(guī)格為：

模板類(lèi)型：加熱通道 ；

孔 徑：3.5 mm；

孔 數(shù)：6 360個(gè)；

加熱介質(zhì)：熱油 ；

表面硬化：碳化鈦鍍層；

切刀數(shù)量：20把；

轉(zhuǎn) 速：100～400 r/min；

電機(jī)功率：300 kW（VVVF）。

1.2 切刀簡(jiǎn)介

切刀通過(guò)螺栓固定在切刀盤(pán)上，切刀盤(pán)安裝在可以前后移動(dòng)的刀軸上，切刀通過(guò)刀軸自動(dòng)加壓系統(tǒng)，使其一直貼近模板。切刀與模板時(shí)刻摩擦，為了避免模板的磨損，切刀本體為不銹鋼材質(zhì)，刀刃一般采用材質(zhì)較軟的復(fù)合型碳化鈦或高密度陶瓷材料，刀刃最大磨損量一般為2 mm。切刀的使用壽命與其生產(chǎn)的牌號(hào)、模板的平行度、切刀與模板的接觸壓力及操作參數(shù)的設(shè)定有的關(guān)系，根據(jù)不同的工況切刀的使用壽命一般在3到6個(gè)月不等。

2 切刀正常生產(chǎn)時(shí)相關(guān)參數(shù)的分析

2.1 切刀材質(zhì)的影響

切刀硬度必須和模板硬度相匹配，如果切刀的材料過(guò)硬會(huì)導(dǎo)致模板的相對(duì)磨損過(guò)大；如果切刀的硬度過(guò)小會(huì)引起切刀磨損量增大生產(chǎn)出不規(guī)則的顆粒和產(chǎn)生較多碎屑。切刀刀刃的鋒利度對(duì)樹(shù)脂顆粒的形狀也有很大影響，切刀刀刃鋒利切出的樹(shù)脂顆粒就比較規(guī)則也不帶碎屑。反之樹(shù)脂顆粒將粗糙不規(guī)則，有時(shí)會(huì)帶有拖尾，碎屑料，嚴(yán)重者會(huì)纏刀造成停車(chē)[1]。為了保證顆粒產(chǎn)品粒子晶瑩、飽滿(mǎn)、無(wú)棱角、碎塊須選擇合適的切刀材料及熱處理工藝，通常切刀材質(zhì)選用 Cr12MOV鋼號(hào)，硬質(zhì)合金材料及特殊合金鋼[2]。

2.2 進(jìn)刀壓力調(diào)整

該切粒機(jī)切刀加壓系統(tǒng)能自動(dòng)向切刀加壓，使其一直靠近模板，并處于合適壓力下，從而增強(qiáng)切刀操作。模板與刀具間的接觸壓力由液壓缸的油壓來(lái)控制。這個(gè)接觸壓力會(huì)影響顆粒的形狀及刀具的使用壽命。因此，液壓油的設(shè)置壓力需要認(rèn)真確定并控制。通常，壓力過(guò)大會(huì)縮短模板與刀具的壽命。而壓力過(guò)低又會(huì)造成顆粒形狀不合格而切割不穩(wěn)定，甚至造成纏刀停車(chē)。最佳的設(shè)置取決于運(yùn)行條件，如刀具數(shù)量，切割速度及顆粒冷卻水溫度。

正常情況下切刀與模板的接觸力F(n)主要受儀表風(fēng)驅(qū)動(dòng)氣缸推力F1和切刀高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的推力F2,其關(guān)系為：

圖1為理想切刀與模板接觸力下轉(zhuǎn)速與F1的關(guān)系圖[3]：

圖1 切刀轉(zhuǎn)速與F1的關(guān)系圖Fig.1 The relationship between cutter rotate speed and F1

2.3 產(chǎn)品顆粒大小的控制

在一定產(chǎn)量下，切刀轉(zhuǎn)數(shù)取決于顆粒的重量，在大多數(shù)工廠(chǎng)里對(duì)顆粒的大小是有要求的，大部分控制在 30～35（mg）。

顆粒重量的計(jì)算公式為：

式中：W1——顆粒重量, mg;

Q——產(chǎn)量, kg/h;

N——切刀轉(zhuǎn)數(shù), r/min;

D——膜孔數(shù)（按6 000計(jì)算）;

K——切刀數(shù)（20把）。

由以上公式可以看出在一定的產(chǎn)量下，顆粒重量（W1）與切刀（N）成正比，由此可見(jiàn)，切刀的轉(zhuǎn)數(shù)與產(chǎn)量是調(diào)整顆粒重量的主要參數(shù)。在正常生產(chǎn)時(shí)，產(chǎn)量一定，主要調(diào)整的切刀的轉(zhuǎn)數(shù)。圖2為30～35 mg顆粒重量下切刀轉(zhuǎn)速與產(chǎn)量的關(guān)系：

圖2 切刀轉(zhuǎn)速與產(chǎn)量的關(guān)系圖Fig.2 The relationship between cutter rotate speed and production capacity

在正常生產(chǎn)中，絕大多數(shù)客戶(hù)對(duì)產(chǎn)品顆粒的粒徑均無(wú)特殊要求，所以粒徑在允許范圍內(nèi)控制略大些對(duì)切刀有利，這樣能減少切割次數(shù)進(jìn)而降低切刀的磨損。

2.4 刀軸鎖運(yùn)行模式的選擇

切粒機(jī)運(yùn)行模式有三種：

（1）刀軸向前運(yùn)行模式。此模式適用于持續(xù)向前的壓力，刀具總是被壓到模板上，而壓力不變。一般來(lái)說(shuō)，在生產(chǎn)低粘度樹(shù)脂時(shí)，最好采用刀軸向前的運(yùn)行模式，以保持模板與刀具之間的壓力不變。

（2）刀軸手動(dòng)鎖定運(yùn)行模式。這種模式利用手柄來(lái)減少刀具軸向前運(yùn)動(dòng)時(shí)刀具的磨損并控制刀具的位置。這種運(yùn)行模式下，操作人員應(yīng)該定期檢查顆粒的切割狀況，必要時(shí)手動(dòng)旋轉(zhuǎn)手柄使刀具軸向前運(yùn)動(dòng)，這種操作不適合大型機(jī)組連續(xù)生產(chǎn)，一般極少采用，主要用于機(jī)組調(diào)試期間。

（3）刀軸自動(dòng)鎖定運(yùn)行模式，這種模式在刀軸向前運(yùn)動(dòng)時(shí)，利用氣缸來(lái)機(jī)械固定刀軸，從而減少刀具的磨損。刀軸鎖定時(shí)間、解鎖時(shí)間的長(zhǎng)短可由操作人員設(shè)定，設(shè)定的時(shí)間可根據(jù)不同等級(jí)的產(chǎn)品及產(chǎn)量而變化。產(chǎn)出的顆粒形狀不規(guī)則時(shí)，如出現(xiàn)尾狀顆粒，刀軸應(yīng)解鎖并手動(dòng)適當(dāng)向前進(jìn)刀。這種也是目前的主流操作，針對(duì)大多數(shù)牌號(hào)都適合，這種切粒模式即保證了顆粒的外觀(guān)，又降低了切刀的磨損量，增加了切刀的使用壽命。對(duì)于硬度小的料延長(zhǎng)自動(dòng)解鎖間隔時(shí)間，對(duì)于硬度大的料應(yīng)適當(dāng)縮短自動(dòng)解鎖間隔時(shí)間。對(duì)于極特殊的牌號(hào)可以直接手動(dòng)控制刀軸鎖，防止退刀、斷刀等情況發(fā)生。

目前撫順采用的是第三種模式切粒，程序設(shè)定為：開(kāi)工30 min后自動(dòng)鎖定，每隔1 800 min解鎖2 s，進(jìn)行調(diào)整刀距。

2.5 顆粒水溫度的控制

顆粒水的作用是冷卻、輸送顆粒。顆粒水溫度對(duì)于顆粒的外觀(guān)及切刀的磨損有重要作用。水溫過(guò)低擠出的樹(shù)脂溫度低料硬，不但對(duì)切刀磨損大易產(chǎn)生細(xì)粉，而且易堵膜孔，但優(yōu)點(diǎn)是切出的顆粒飽滿(mǎn)外形較美觀(guān)。水溫過(guò)高擠出的樹(shù)脂溫度高料軟，切出的顆粒容易帶尾，顆粒外形不規(guī)則，但優(yōu)點(diǎn)是對(duì)切刀的磨損小。

對(duì)顆粒外形沒(méi)有特殊要求的情況下，切刀前期磨損量小，切割性能好，水溫高也不會(huì)出現(xiàn)帶尾料，這樣有利于減少細(xì)粉降低切刀的磨損。但水溫也是由上限的。溫度過(guò)高會(huì)使顆粒粘連造成下游堵塞。樹(shù)脂的粘結(jié)溫度與樹(shù)脂的密度和指數(shù)有關(guān)。具體如下式[5]：

T= -482.9+639×D-1.278×ln(MI)（丁烯牌號(hào)）[4]

T= -482.9+639×D-1.278×ln(MI)-5（己烯牌號(hào)且0.931≤D）[5]

T= -482.9+639×D-1.278×ln(MI)-3（己烯牌號(hào)且0.931＜D＜0.950）[5]

T= -482.9+639×D-1.278×ln(MI)（己烯牌號(hào)且 D≤0.950）[5]

式中：T——樹(shù)脂粘結(jié)溫度,℃;

D——樹(shù)脂密度, g/cm3;

MI——樹(shù)脂熔融指數(shù), g/10 min。

正常的操作溫度最高溫為T(mén)-10（℃），即切粒室出口溫度不得高于T-10（℃）。為保險(xiǎn)起見(jiàn)我們將切粒室出口溫度報(bào)警值根據(jù)不同的牌號(hào)改為T(mén)-15（℃）。

隨著切刀的使用磨損量增大，我們根據(jù)顆粒外形調(diào)整水溫，但水溫不能過(guò)低，高溫度模板遇到過(guò)低溫的水不但容易產(chǎn)生內(nèi)部應(yīng)力損壞模板，而且易堵塞膜孔影響造粒。根據(jù)顆粒形狀及切刀磨損情況，撫順石化生產(chǎn)的丁烯-1共聚低密度膜料產(chǎn)品來(lái)說(shuō)最佳溫度范圍為70～75 ℃。

2.6 正確的磨刀操作

切刀的安裝水平直接影響磨刀效果，磨刀的目的是使刀與模板完全貼合，如安裝時(shí)刀面的偏差過(guò)大，磨刀時(shí)就會(huì)有部分刀磨損過(guò)大影響切刀的使用壽命。刀與刀表面偏差理想值是0.015 mm，且越低越好。

磨刀根據(jù)刀的廠(chǎng)家不同操作時(shí)間也不同，在磨刀時(shí)防止刀壓過(guò)高造成切刀根部磨損過(guò)大嚴(yán)重影響切刀的壽命。正常磨刀一般在低壓低速下進(jìn)行，磨刀時(shí)間根據(jù)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行摸索，不同的刀所需時(shí)間不同。所有刀都剛好磨到是磨刀的最佳狀態(tài)。如磨刀時(shí)間不夠，刀與模板未完全貼合，生產(chǎn)時(shí)容易產(chǎn)生大小粒。如磨刀時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，切刀磨損量大，減少切刀的使用壽命。同時(shí)模板的平整度對(duì)切刀影響也很大，所以每次沒(méi)到之前要檢查清理好模板，使模板表面清潔平整，在每次磨刀或開(kāi)車(chē)之前涂好硅油，增加刀與模板間的潤(rùn)滑減少切刀的磨損。

2.7 其他相關(guān)操作

影響切刀和切粒效果的其他因素還有很多，如機(jī)組頻繁開(kāi)停、頻繁提降產(chǎn)量、操作期間參數(shù)大的波動(dòng)等等。平穩(wěn)操作對(duì)所有運(yùn)行的機(jī)組來(lái)說(shuō)都是有利的，尤其對(duì)于擠壓機(jī)這樣的聯(lián)合機(jī)組更是如此，因此應(yīng)該在平穩(wěn)操作上多下功夫，加強(qiáng)日常維護(hù)、保養(yǎng)，強(qiáng)化巡檢力度及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并及時(shí)處理，避免不必要的停車(chē)。

3 結(jié)束語(yǔ)

擠壓造粒機(jī)組作為聚烯烴樹(shù)脂生產(chǎn)線(xiàn)上的大型機(jī)組，程序復(fù)雜，連鎖條件相對(duì)較多，經(jīng)常出現(xiàn)各種各樣的問(wèn)題。切刀作為切粒機(jī)的核心部件，需要我們不斷的探索、完善，使其能長(zhǎng)周期運(yùn)行，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)機(jī)組的更長(zhǎng)周期平穩(wěn)運(yùn)行。撫順石化45萬(wàn)噸/年線(xiàn)性低密度聚乙烯裝置通過(guò)長(zhǎng)期對(duì)切粒機(jī)操作條件的摸索，實(shí)現(xiàn)了切刀使用壽命長(zhǎng)達(dá) 23個(gè)月的運(yùn)行時(shí)間，為擠壓機(jī)的長(zhǎng)周期運(yùn)行提供了有效保障。

［1］王剛，劉峰．?dāng)D壓機(jī)常見(jiàn)切粒故障分析及處理[J]．石化技術(shù)，2011(2).

［2］王進(jìn)澤.造粒機(jī)模板與切刀對(duì)聚乙烯顆粒質(zhì)量的影響[J].合成樹(shù)脂及塑料,1996(6).

［3］KSW操作維護(hù)手冊(cè)[R].

［4］E.H. Theobald, "Resin Sticking Temperature"[R]. Memorandum to J. M.Jenkins, III, August 25, 1988.

［5］M. W. Blood, "Kill Temperatures for PE"[R]. Memorandum to R. N. Reib,January 27, 1997.

Study on Prolonging the Pelletizer Cutter Service Life

GAO Feng-wen, JI Hao-jie, SONG Qing-jian, LIN Da-ping, ZHU Xin

(PetroChina Fushun Petrochemical Company Olefin Factory, Liaoning Fushun 113004, China)

TQ 325

A

1671-0460（2014）09-1916-03

2017-05-10

高鳳文（1981-），男，遼寧省撫順市人，工程師， 2005畢業(yè)于遼寧石油化工大學(xué)環(huán)境工程，研究方向：從事石油化工技術(shù)工作。E-mail：gaofengwen@petrochina.com.cn。