聚烯烴造粒廠房粉塵回收方案研究

劉益弘，董奇，汪洋

工藝與裝備

聚烯烴造粒廠房粉塵回收方案研究

劉益弘，董奇，汪洋

（中國寰球工程有限公司北京分公司，北京 100012）

由于聚烯烴擠壓造粒廠房在生產過程中會釋放粉塵，因此通常設有粉塵回收系統用于清除粉塵，降低粉塵爆炸風險與職業危害。通常聚烯烴造粒廠房設有真空清潔系統，近年來隨著工業吸塵器的發展，其已經能夠滿足擠壓造粒廠房防爆生產環境回收粉塵的要求。本文研究了真空清潔系統與工業吸塵器的技術原理與應用現狀，對比了兩種技術方案的優劣，為造粒廠房粉塵回收系統的設計提供了參考。

聚烯烴；擠壓造粒；真空清潔系統；工業吸塵器

聚烯烴是由一種或幾種烯烴聚合或共聚制得的聚合物，主要包括聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)和聚烯烴彈性體(POE)、乙烯-乙酸乙烯共聚物(EVA)、甲基丙烯酸甲酯(MMA)等高級烯烴聚合物。聚烯烴具有質輕、耐化學性佳、耐水性好、機械物性佳等特點，是產量最大、應用廣泛的高分子材料，可應用于薄膜、管材、板材、各種成型制品、電線電纜等，在農業、包裝、電子、電氣、汽車、機械、日常用品等方面有廣泛的用途。由于其良好的應用性，我國聚烯烴的需求量不斷增長，2020-2024年國內預計PE新增產能1 279萬t，PP新增產能1 240萬t[1]。

聚烯烴由烯烴聚合生成，聚合產生的粉料性能和質量很不穩定，很難作為下游生產工藝的原材料進行長時間的儲存和運輸，因此需要在聚合反應生產的粉料中加入添加劑，并通過擠壓造粒生產出性能穩定的固體顆粒產品。

1 擠壓造粒與真空清潔系統

1.1 擠壓造粒工藝與設備

擠壓造粒是聚烯烴裝置的重要組成部分，聚合裝置生產的聚烯烴粉料產品經風送系統進入擠壓造粒廠房粉料料倉，粉料料倉內的產品通過旋轉閥進入混合輸送機，由于粉料產品性能不穩定，容易氧化，因此需要在混合輸送機內加入添加劑以改善產品性能，聚烯烴粉料與添加劑在混合輸送機內充分混合后進入擠壓造粒系統進行水下造粒，生產的聚烯烴固體顆粒需要經過干燥脫水及篩分后送入摻混料倉內進行摻混，最終輸送至包裝料倉進行包裝[2]，典型的擠壓造粒工藝流程如圖1所示。

圖1 典型擠壓造粒工藝流程

擠壓造粒廠房通常為三至四層，粉料料倉位于擠壓造粒廠房頂部，聚烯烴粉料受重力經過旋轉閥進入位于廠房二層的混合輸送機內，廠房三層設有若干數量的添加劑倒袋站，用于添加劑的計量加入，外購的袋裝添加劑經失重秤按比例計量后同樣進入位于二層的混合輸送機。輸送機將混合后的粉料產品與添加劑送入位于一層的擠壓造粒系統完成造粒。造粒完成的聚烯烴產品顆粒在廠房一層料斗內緩存后由風送系統輸送至下游工段[3]。

根據擠壓造粒廠房的布置，廠房三層需要進行袋裝添加劑的搬運與加入，其操作過程中不可避免地會產生粉塵釋放與堆積；廠房二層需要進行粉料產品與添加劑的混合，混合和排放過程中也會產生粉塵釋放；廠房一層在造粒過程中會發生少量顆粒泄漏，由于其原料均為粉料，排放過程中也會產生粉塵釋放。因此擠壓造粒廠房各層在生產過程中都會產生粉塵的釋放與聚集，從而帶來粉塵爆炸等隱患，也會造成相關職業危害，因此如果不及時清除生產過程中釋放的粉塵及顆粒，將會對擠壓造粒廠房的安全生產帶來嚴重的威脅。

為了清除擠壓造粒廠房內的粉塵，聚烯烴技術專利商（Basell，Ineos等）通常在擠壓造粒廠房內設有真空清潔系統用于清除各層地面及設備表面的粉塵。近年來，隨著工業吸塵器技術的不斷發展，其已經能夠滿足擠壓造粒廠房粉塵防爆環境需要，防爆工業吸塵器成為了擠壓造粒廠房粉塵回收系統新的技術方案。

1.2 真空清潔系統粉塵回收研究

真空清潔系統由風機、過濾器、旋轉閥、吸嘴、軟管及配套管線組成，典型系統組成如圖2所示。

圖2 典型真空清潔系統組成

風機及過濾器由管道連接，風機開啟后產生負壓，擠壓造粒廠房內各層設有管道接頭，接頭連接有軟管及吸嘴，用于該層各處的粉塵收集清潔，粉塵被負壓抽吸進入過濾器，含塵氣體由進風口進入進風管內通過初級沉降后，較粗顆粒塵及大部分粉塵在初級沉降及自身重力的作用下，沉降至灰斗中，并從出灰口排出。另一部分較細粉塵在循環風機的作用下，進入中筒體并吸附在濾袋表面上，潔凈氣體穿過濾袋進入上部筒體經出風管口排出[4]。隨著過濾工況的不斷進行，積附在濾袋表面上的粉塵不斷增加，為了保證系統的正常運行，需要進行清灰來達到抖落粉塵、降低設備阻力的目的。過濾器通常采用脈沖控制儀定時控制脈沖閥進行噴吹清灰的方法，使濾袋在脈沖壓縮氣的作用下造成布袋瞬間鼓脹，抖落粉塵。粉塵沉積到過濾器底部，通過旋轉下料閥定時收集，經過過濾的氣體通過風機排出，引至安全地點放空。

雖然真空清潔系統可以通過廠房內各層設置的接點回收清潔設備及地面的粉塵，但在實際生產操作中，真空清潔系統仍存在以下主要問題[5-6]：

（1）管道接頭為固定設置，使用不便。真空清潔系統的管道接頭固定設置于擠壓造粒廠房墻面，雖然設有軟管可覆蓋一定區域范圍，但在實際使用中仍然不夠靈活，無法有效覆蓋廠房整個區域。軟管頻繁拉伸使用，容易造成破損，需要定期更換。

（2）各處管道接頭共用一套風機及過濾器，操作經濟性不高。由于整套真空清潔系統只設有一臺共用過濾器及風機，過濾器及風機能力需要考慮覆蓋所有接頭同時使用的情況，然而在實際生產中很少出現每層各接頭處同時使用進行除塵的情況，通常為某一層單獨進行除塵清潔，因此造成實際使用中風機及過濾器能力過大，操作經濟性不高。

（3）配套設備多，安裝施工量大。真空清潔系統配有風機、過濾器、旋轉閥等設備及大量管線，由于擠壓造粒廠房每層都需設置管道接頭，因此相關管線需要豎向貫穿整個廠房，每層樓板都需要設置相關開孔，且每層設有的若干個管道接頭也會造成管線布置復雜性。此外，風機等設備也需要設置設備基礎并安裝在專門區域，安裝施工量較大。

2 工業吸塵器粉塵回收研究

隨著工業的發展與進步，工業吸塵器已經普遍應用于各種大中小型工廠企業。工業吸塵器可用于工業生產過程中收集廢棄物、過濾和凈化空氣、進行環境清掃。工業吸塵器能夠吸取各類金屬、非金屬、油、水等顆粒污物及液體，吸收有毒有害氣體，具有可連續24 h使用，吸力強勁、儲塵容積大、使用壽命長、可耐高溫。根據其工作原理，工業吸塵器可分為干式吸塵器與濕式吸塵器，也可根據其安裝位置分為固定式和移動式[6]。

擠壓造粒廠房內存在粉塵釋放可能的設備較多，需要進行除塵操作的區域廣泛，為了方便操作使用，可選用移動式吸塵器，在擠壓造粒廠房各層內設置一至兩臺移動式吸塵器即可滿足除塵要求，易用性較好。由于擠壓造粒廠房內產生的粉塵為聚烯烴粉料及添加劑粉塵，粉塵溫度較低且不含有害成分，因此適用干式吸塵器[7]。

由于擠壓造粒廠房為粉塵環境，因此根據相關電氣防爆規范，廠房的全部或部分被劃分為粉塵防爆危險區。在擠壓造粒廠房內使用工業吸塵器進行除塵操作時，需根據相應粉塵防爆危險區等級選擇防爆工業吸塵器，以滿足安全要求。目前市場已有的防爆工業吸塵器可滿足IEC或ATEX認證，其中IEX ZONE 22或ATEX Group2 Category3等級即可滿足擠壓造粒廠房使用要求。

3 擠壓造粒廠房粉塵回收技術對比

綜上所述，工業吸塵器相比真空清潔系統在擠壓造粒廠房用于粉塵回收時，具有易用性高、經濟性好、安裝施工量少的優點，兩者的相關對比如表1所示。

表1 防爆工業吸塵器與真空清潔系統的對比

通過對比可以看出，工業吸塵器相比真空清潔系統在粉塵回收具有明顯優勢，可廣泛應用于聚乙烯、聚丙烯擠壓造粒廠房。

4 結束語

目前隨著我國經濟的發展，聚烯烴材料需求與日俱增。作為聚烯烴生產的重要環節之一，擠壓造粒生產的安全性受到了越來越多的重視?，F有的粉塵回收技術——真空清潔系統存在易用性差、安裝施工量大等缺點。近年來，隨著工業吸塵器技術的不斷發展，防爆工業吸塵器已能夠替代傳統真空清潔系統，且易于使用，施工量較少。通過合理選擇防爆工業吸塵器的類型，完全能夠滿足擠壓造粒廠房的需要，優化擠壓造粒廠房操作與設計。

[1] 董陽陽，余輝.中國聚烯烴產業現狀分析及工藝特點[J].化工管理，2019（25）：123-126.

[2] 梁春旭.關于聚丙烯擠壓造粒的研究與分析[J].化工管理，2019(（34）：54-55.

[3] 高杰，趙建光.關于聚丙烯生產工藝技術研究[J].當代化工研究，2019（16）：98-99.

[4] 馬冉，高建村，楊凱，等.聚乙烯粉塵爆炸研究進展[J].中國粉體技術，2017，23（6）：59-63.

[5] 朱暉. 擠壓造粒機組抽吸系統的故障分析與改進措施研究[D].西安：西安石油大學，2014.

[6] 苗澤潔.如何減少造粒過程中的粉塵和碎屑[J].化工管理，2018（24）：23-24.

[7] 楊葉.吸塵設備發展概況與展望[J].科技資訊，2019，17（16）：67-68.

Study on Powder Recovery System in Polyolefin Granulating Plant

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（China Huanqiu Contracting & Engineering (Beijing) Co., Ltd., Beijing 100012, China）

During the operation of polyolefin extrusion granulating system, dust will be released in the plant. Therefore powder recovery system is used to collect the powders, which will reduce the explosion risk and occupational hazard. Usually vacuum cleaning system is used to collect powders in polyolefin extrusion granulating plant, as the fast development of industrial vacuum cleaner, it is applicable to use as powder recovery system in polyolefin extrusion granulating plant. In this article, the theory and application of vacuum cleaning system and industrial vacuum cleaner were introduced,and disadvantages of the two methods were compared, which could provide some reference for powder recovery system design in polyolefin extrusion granulating plant.

polyolefin; extrusion; vacuum cleaning system; industrial vacuum cleaner

2020-04-03

劉益弘（1988-），男，工程師，碩士，青海西寧人，2010年畢業于天津大學機械設計制造及其自動化專業，2019年畢業于北京大學公共管理專業，從事聚烯烴后處理工藝及成套設備方面研究。

TQ 325.1

A

1004-0935（2020）04-0414-03