聚丙烯擠壓機(jī)運(yùn)行不穩(wěn)及切粒質(zhì)量改進(jìn)

盧昌峰

中化泉州石化有限公司 福建 惠安 362100

概述：某石化廠35萬噸/年聚丙烯裝置擠壓機(jī)使用德國Coperion公司制造的ZSK350型機(jī)組，機(jī)組加熱全部使用熱油。此類機(jī)組保護(hù)聯(lián)鎖多，生產(chǎn)過程中容易觸發(fā)聯(lián)鎖導(dǎo)致停車。裝置自2020年9月投產(chǎn)以來，對機(jī)組在運(yùn)行過程中多次出現(xiàn)的問題進(jìn)行了診斷，并給出了相應(yīng)的優(yōu)化措施。

1 機(jī)械問題對顆粒外觀及機(jī)組運(yùn)行的影響

1.1 模板安裝

模板安裝必須按照安裝要求執(zhí)行。模板與筒體由內(nèi)外兩圈螺栓連接，螺栓緊固順序是先內(nèi)后外圈，防止內(nèi)外部應(yīng)力造成模板變形。按規(guī)定扭矩均勻緊固后加熱到操作溫度然后熱緊。在預(yù)緊和熱緊之后，都要檢查模板表面的平整度，將其嚴(yán)格控制在質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)之內(nèi)。安裝好模板后開始對模板與切刀盤進(jìn)行對中找正，使模板與刀軸的垂直度控制在0.02mm以內(nèi)。

1.2 模板加熱溫度均勻性及模孔通暢狀態(tài)

熔融的樹脂流動性對溫度比較敏感，而模板是熔融樹脂的最后一道加熱工序。本裝置使用的模板是熱通道型模板，高溫?zé)嵊蛷膬?nèi)部進(jìn)行加熱，使樹脂保持良好的熔融狀態(tài)。模板上均勻分布2220個直徑2.7mm的模孔。當(dāng)各個模孔的出料速度均勻時，才能切出形態(tài)合格的樹脂顆粒，溫度不均勻會造成模孔物料的流速不均勻，在切刀盤的定速轉(zhuǎn)動下，會出現(xiàn)大小不一的顆粒，嚴(yán)重影響產(chǎn)品的質(zhì)量。因此溫度的穩(wěn)定與均勻直接影響物料的外觀形態(tài)。此外，隨著機(jī)組的長期運(yùn)行，使得一些碳化物積累導(dǎo)致個別模孔不暢甚至被完全堵塞，因此必須對模孔進(jìn)行清理。

以此石化公司為例，其中LPBO為2220孔，M為36把刀，n假定為500r/min，G假定38000000g/h。通過公式計算得58，采樣口取出1g粒料假如50粒，得13%。

最后，隨著機(jī)組的長周期運(yùn)行，模板切粒帶不可避免得出現(xiàn)磨損。當(dāng)其平整度嚴(yán)重不夠時，不管如何調(diào)整，切粒形態(tài)很難得到保證，嚴(yán)重時影響機(jī)組正常運(yùn)行。此時需將模板拆下送到專業(yè)廠家進(jìn)行修復(fù)。模板切粒帶為金屬陶瓷材料，一般厚度只有3-4mm。經(jīng)研磨修復(fù)的切粒帶應(yīng)當(dāng)平整、光滑，模孔呈圓形，平面度在0.02 mm以內(nèi)。

1.3 進(jìn)刀風(fēng)壓

切刀進(jìn)風(fēng)刀壓是切粒外觀和切刀使用壽命的影響因素之一。進(jìn)刀風(fēng)壓的大小因產(chǎn)品牌號、擠壓機(jī)負(fù)荷做相應(yīng)微調(diào)。風(fēng)壓過大首先會縮短切刀和模板使用壽命，再者由于風(fēng)壓過大會使切刀末端部分與模板貼合不夠，運(yùn)行初期會有墊刀風(fēng)險。風(fēng)壓過小時在運(yùn)行初期切刀根部與模板貼合不夠也會影響切粒，但總體而言風(fēng)壓過小最終使整個切刀與模板貼合均不夠，從而影響切粒效果。而最小風(fēng)壓可以根據(jù)多次磨刀進(jìn)行簡單標(biāo)定：對每個切刀刀刃貼合部涂抹油性標(biāo)記，先用較小的風(fēng)壓磨刀，然后檢查刀刃標(biāo)記，此時切刀只有末梢標(biāo)記消失。然后依次遞增風(fēng)壓，并逐次磨刀檢查，當(dāng)所有標(biāo)記都能均勻消失，此風(fēng)壓即為空載時切刀最小風(fēng)壓。在正常生產(chǎn)過程中在此基礎(chǔ)上小范圍增加風(fēng)壓即可，如果風(fēng)壓過大則切刀根部標(biāo)記先消失

1.4 刀軸垂直度

切粒機(jī)小車由其底部液壓桿推動并沿固定軌道移動，切刀組件間的精度不夠最終會使切刀在運(yùn)行中與模板貼合不夠均勻，直接影響設(shè)備運(yùn)行及切粒效果。首先是安裝切刀，切刀安裝旋向推力應(yīng)該按照切粒刀工作的方向輔助推進(jìn)，且要求刀刃和刀盤的平面度，其高度差小于0.02 mm。然后檢查和調(diào)整切刀主軸與小車水室端面垂直度，切刀主軸與模板造粒帶垂直度。最后，水下切粒機(jī)和模板有四點(diǎn)定心系統(tǒng)保證刀軸對模頭的重復(fù)定位。四點(diǎn)定心系統(tǒng)包括安裝于模頭上的四個定心部件和裝于造粒機(jī)罩上四個導(dǎo)向件。定心部件和導(dǎo)向件相互間的最大凈距為0.3mm。

1.5 熔融泵入口壓力波動聯(lián)鎖

熔融泵出入口壓力、壓差停機(jī)聯(lián)鎖的設(shè)計是為了避免熔融泵入口進(jìn)料長時間中斷引起齒輪磨損。但是，在正常生產(chǎn)過程中上游下料波動，造成熔融泵入口壓力瞬間跳動，擠壓機(jī)為此停機(jī)時有發(fā)生。再者開車初始階段由于熔融泵出入口壓力建立緩慢，不能在聯(lián)鎖時間內(nèi)完成，也會引起開車失敗，尤其對高M(jìn)FR樹脂開車過程。因此建議對此壓力聯(lián)鎖增加小范圍延時設(shè)計，即不影響設(shè)備安全運(yùn)行也能兼顧生產(chǎn)運(yùn)行平穩(wěn)，否則需加強(qiáng)人員操作，對高M(jìn)FR產(chǎn)品開車過程及時手動調(diào)整齒輪熔融泵轉(zhuǎn)速。

1.5 模頭鎖緊聯(lián)鎖

擠壓機(jī)開車完成的重要標(biāo)志就是切粒小車移動并與模板合攏。在合攏后分別有左上、左下、右上、右下四個鎖緊塊將切粒小車與模板機(jī)械鎖定，這樣切粒過程得以在水室中完成并輸送至下游。在開車合攏瞬間時常會遇到四個鎖緊塊檢測信號異常，只要四個鎖緊信號有一個不到位則擠壓機(jī)開車失敗，需要將小車退出重新進(jìn)行開車過程。因此，在對四個鎖緊位置標(biāo)定調(diào)試完成后可以對鎖緊感應(yīng)點(diǎn)做適應(yīng)性調(diào)整，使得鎖緊信號能夠穩(wěn)定接收，有利于擠壓機(jī)順利開車。

2 工藝問題對顆粒外觀質(zhì)量的影響

2.4 粉料夾帶水分

經(jīng)過對案例分析發(fā)現(xiàn)，當(dāng)使用蒸汽對粉料中三乙基鋁做失活處理過量時，粉料夾帶的水分含量增加，這些夾帶水分的粉料進(jìn)入到擠壓機(jī)加熱工段，通過擠壓機(jī)大于200℃的筒體，最后熔融樹脂通過模孔時以不穩(wěn)定的爆炸形式高速噴出會形成強(qiáng)大推力，導(dǎo)致切刀軸向跳動，切刀與模板瞬間產(chǎn)生間隙造成纏刀或墊刀，同時會產(chǎn)出粘連、氣泡料，所以失活蒸汽的量不應(yīng)過量。

2.2 添加劑系統(tǒng)

為了增加聚丙烯的應(yīng)用特性會經(jīng)常加入一些添加劑。在聚丙烯樹脂中常用的添加劑有抗氧劑、光穩(wěn)定劑、成核劑、爽滑劑、開口劑和降解劑劑等。當(dāng)添加劑加入量不當(dāng)會影響樹脂產(chǎn)品的顏色、氣味或造成生產(chǎn)波動。再者添加劑系統(tǒng)下料不穩(wěn)定也可導(dǎo)致物料融指異常，甚至影響擠壓機(jī)正常運(yùn)行。

降解劑的加入量對聚丙烯產(chǎn)品質(zhì)量有顯著影響，其主要成分有烷基過氧化物，在聚丙烯粉料中加入降解劑，其降解作用可使聚合物分子鏈斷裂，從而改變產(chǎn)品MFR。降解劑的加入量波動除了會影響樹脂的顏色，也會因MFR的大幅波動從而影響擠壓機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行。

粉料通過失活蒸汽后不可避免的會攜帶微量水汽，而大部分添加劑遇水會結(jié)塊失效，且結(jié)塊也會直接使得計量稱下料不準(zhǔn)或者中斷，因此添加劑系統(tǒng)長時間不使用應(yīng)隔離并將其清空。再者需要保證整個添加劑系統(tǒng)密封性，即系統(tǒng)氮封，當(dāng)有空氣進(jìn)入加熱筒體后，其中的氧氣會使樹脂發(fā)生明顯的氧化、降解反應(yīng)，尤其在筒體加熱用下降解作用顯著，直接使得產(chǎn)品MFR增大。因此為確保添加劑下料系統(tǒng)穩(wěn)定，需定期對其進(jìn)行清理維護(hù)和準(zhǔn)度校驗。

2.3 擠壓機(jī)加工溫度對生產(chǎn)的影響

擠壓機(jī)加工溫度對聚丙烯樹脂流動性有明顯影響，溫度高流動性好，反之流動性降低。如果高M(jìn)FR的產(chǎn)品對應(yīng)較高的筒體加工溫度，使得最終的聚丙烯顆粒外觀不合格，且會影響切粒機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行。本裝置使用ZSK350型擠壓機(jī)簡體給聚丙烯粉料加熱，筒體加熱使用冷、熱油系統(tǒng)調(diào)節(jié)溫度。在生產(chǎn)過程中，加熱溫度應(yīng)隨產(chǎn)品MFR的提高而降低，過低的溫度會造成過濾網(wǎng)前壓力過高，而過高的溫度會使產(chǎn)品發(fā)生降解，均不利于擠壓機(jī)的正常運(yùn)行。簡體溫度通常設(shè)定在210～250℃之間。依據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗，在生產(chǎn)MFR在2.5～8g/10min 的產(chǎn)品時，筒體設(shè)定溫度在245℃左右，生產(chǎn)MFR在10～30g/10min 的產(chǎn)品時，簡體溫度設(shè)定在230℃左右，生產(chǎn)MFR在70g/10min時筒體溫度維持210℃，這樣的加工溫度設(shè)置可以得到合格的產(chǎn)品質(zhì)量及穩(wěn)定的運(yùn)行工況。

加工溫度對增透型成核劑也有影響，成核劑可使PP 結(jié)晶變小，使得 PP 的透明性和表面光澤以及機(jī)械強(qiáng)度發(fā)生變化。成核劑中山梨醇受熱分解，會導(dǎo)致制品透明度降低。另外，山梨醇在加工過程中容易析出，在加工設(shè)備表面積累過量將影響產(chǎn)品外觀。

2.5 節(jié)流閥和脫揮口的影響

節(jié)流閥可控制樹脂在閥前筒體中樹脂的混煉度，向后起到節(jié)流作用。本裝置節(jié)流閥調(diào)節(jié)范圍0-80°，0°為全開，80°全關(guān)。如圖1所示。

圖1

根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗， 當(dāng)物料M F R 在3～20g/10min 時節(jié)流角度設(shè)定在35°～45°之間為宜。生產(chǎn)高M(jìn)FR產(chǎn)品則需要較大開度即較小的角度，在生產(chǎn)高M(jìn)FR產(chǎn)品時，由于樹脂流動快，停留時間太短，可能會出現(xiàn)不熔料，節(jié)流閥開度偏小。但是，節(jié)流閥開度不宜太小，因為樹脂混煉過度容易發(fā)生降解，使得樹脂變色、MFR上升以及力學(xué)性能下降。當(dāng)減小節(jié)流閥開度時應(yīng)關(guān)注筒體壓力，壓力上升明顯時停止調(diào)整，因此，需結(jié)合節(jié)流閥壓差、負(fù)荷做小范圍調(diào)整。

在擠壓機(jī)筒體末端設(shè)有揮發(fā)物脫除口，用于從脫除產(chǎn)品因加熱分離的揮發(fā)性物質(zhì)，脫除口內(nèi)安裝有防止產(chǎn)品泄漏的組件。在擠壓機(jī)停運(yùn)期間，需保證脫除口充滿氮?dú)猓苑乐巩a(chǎn)品與氧接觸。

2.5 切粒水的影響

切粒水使用脫鹽水，適當(dāng)?shù)那辛Ｋ疁囟瓤蓛?yōu)化顆粒形狀，當(dāng)熔融樹脂從模孔出來，被切成2～3mm 長度的粒子，水室中切粒水完全覆蓋模板表面，粒子立即被冷卻。切粒水溫度過高樹脂切粒后冷卻不及時，易出現(xiàn)串料、粘料，從而引發(fā)纏刀、灌腸等事故。切粒水溫度過低，使模板溫度低，增大模孔出料阻力，同時樹脂變脆切削時碎屑增多，切粒水常用操作溫度范圍為 40～65℃。切粒水溫度與產(chǎn)品MFR 有很大關(guān)系，生產(chǎn)高M(jìn)FR牌號時水溫偏低，有利于高流動性樹脂的塑形。另外切粒水應(yīng)定期調(diào)整其PH，維持PH值8-10，有利于模板及切刀的使用壽命。

3 結(jié)語

綜上所述，導(dǎo)致擠壓機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行不穩(wěn)的原因較多，本文從機(jī)械原因到工藝從操作原因進(jìn)行了分析，通過改進(jìn)優(yōu)化各個環(huán)節(jié)，可提高擠壓機(jī)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。因此，需要在安裝、調(diào)試和生產(chǎn)過程中積累經(jīng)驗，不斷優(yōu)化設(shè)備生產(chǎn)過程，并做好設(shè)備的維護(hù)和保養(yǎng)，才能有利于整個裝置的長周期運(yùn)行。