聚丙烯装置挤压机组造粒不规则成因分析及对策

聚丙烯装置挤压机组造粒不规则成因分析及对策

褚海宾，孙灏

中国石油抚顺石化公司乙烯厂，辽宁省抚顺市，113004

摘要：针对聚丙烯(PP) 装置挤压机组生产过程中多次出现不规则颗粒的问题，对影响 PP产品颗粒外观的因素，如模板、切刀、进刀风压、进料量、切粒水温度等进行了科学分析，并提出了相应的改进措施，从而降低不规则颗粒发生的频次。

关键词：PP  挤压机  模板 切刀 进刀风压 切粒水温

抚顺石化公司乙烯厂90kt/a聚丙烯(PP) 装置以上游乙烯裂解生产的丙烯为原料，采用巴塞尔公司spheripol液相本体法工艺路线，可以生产均聚、无规共聚、抗冲共聚等共计51种牌号的 PP产品。与PP装置配套的同向啮合双螺杆挤压机组由德国WP引进，型号为ZSK240。作为PP装置的关键设备，挤压机组的运行状况不仅制约着上游聚合工段操作的平稳性，而且也影响到出厂产品的质量等级。自装置生产出合格PP产品至今，挤压机组总体运行平稳，但受不同牌号产品切换的影响，同时受模板、切刀以及进刀风压、进料量、切粒水温度等操作参数的影响，导致产品中多次出现不规则颗粒。颗粒大小不均匀不仅降低了粒料的堆密度，而且影响了分级筛选机的正常运行，使大量外形尺寸超标的颗粒进入成品料仓，严重时甚至导致挤压工段非计划停车。因此，科学地分析各种可能导致不规则颗粒发生的因素，同时借鉴同类装置的成功经验，采取针对性的改进措施对提高 PP产品外观等级，保证装置长周期平稳运行都具有重要的意义。

1造粒流程简介

PP粉料与助剂通过料斗进入挤压机，在高温条件下混合并熔融。在同向啮合双螺杆的挤压、剪切、均化作用下，从造粒模板成型孔处挤出的熔融树脂进入切粒水室,然后被高速旋转的切刀切成粒料，粒料经切粒水冷却、固化后输送至预水分离器、大块剔除器、离心干燥器。脱水后的颗粒进入分级筛选机,筛选出的合格颗粒进入掺混料仓掺混，最终由包装车间包装出厂。

2不规则颗粒的成因分析

颗粒外观是否规则是评价PP产品的一个重要质量指标。根据国内同行业普遍遵循检验方法定义，不规则粒料指的是任意方向上尺寸大于 5mm 的粒子(包括连粒）或者小于 2mm的粒子(包括碎屑和碎物）。为了满足下游成品加工客户的需求，抚顺石化公司乙烯厂90 kt/a P聚丙烯装置工艺规程要求粒料直径为 3-4mm，长度为 2.5-3.0 mm，呈透镜状，质量为 (25.0±2.5） mg。 同时，颗粒应规整均匀饱满、无棱角和碎块。表1列举了乙烯厂聚丙烯装置生产过程中不规则 PP 颗粒的类型以及成因。

表1不规则 PP 颗粒的类型及成因

3改善 PP颗粒外观的措施

3.1 模板、刀架等切粒部件应严格对中找正

切粒机通常有两种工作模式，即间歇式切粒和接触式切粒。本装置挤压机组切粒机采用接触式切粒，即切刀紧密地贴合在模板表面高速旋转切断物料。所以，造粒模板表面粗糙度与切刀对中度的匹配至关重要。稍有偏差就可能产生不规则颗粒，甚至出现“垫刀” “缠刀”等事故，并加剧切刀、模板的磨损程度。因此，每次研磨、回装模板或更换刀架之后,应严格对模板、刀架等部件进行对中找正，特别是要确保切粒机的切刀盘平面度、切刀轴与水室的垂直度、切刀面的平面度以及切刀轴的跳动量满足工艺要求。具体找正参数如下：切刀盘平面度小于或等于 0.01 mm，切刀轴与水室的垂直度以及切刀面的平面度均小于或等于 0.03mm，切刀轴的跳动量小于或等于 0.02mm。

此外，由于切粒水室排出的脱盐水中可能掺杂粒料以及开停挤压机过程中不可避免地要从模板处排料，因此切粒机滑轨处有可能散落颗粒等杂物。这些杂物应在合模前及时清理，若不及时清理，当切粒机闭合后会影响模板、刀架等核心切粒部件的对中契合度。

3.2 监测切刀磨损程度

切刀是唯一与模板接触的切粒元件，它的磨损程度对颗粒的外观影响极大。切刀磨损越小、刀刃越锋利，则颗粒断面越平滑；反之，切下的物料不能及时与切刀剥离，则极易产生黏着料、拖尾料，严重时刀距增大，会发生“退刀”等现象。切刀的材质多种多样，不论使用哪种材质，切刀的硬度都要低于模板的硬度。表2列举了生产过程中切刀受损的状况、成因及应对措施。

表2 切刀受损状况、成因及应对措施

此外,当切刀磨损超过2mm 时,将会触发动作开关，可编程逻辑控制系统会发出报警,提醒应立即更换切刀。

3.3 提高模板的受热均匀性、平整度

挤压机造粒模板的基体材质为不锈钢，表面焊有约 3mm 厚的碳化钛特殊防磨损层，模板的隔热通道有多个入口和出口管嘴，其作用是利于高温热油的循环、均匀供热，保证模板受热温度在250-300℃，以满足生产不同牌号 PP 产品的工艺要求。长期使用的模板，其表面易变钝或出现坡面，甚至发生汽蚀现象。此时，熔融物料挤出之后遇到直线度或者平面度较好的切刀，就会出现拖尾料或者黏着料。而模板的受热状况也会影响颗粒外观，如果模板受热不均匀，则会造成部分区域物料的出料流速不一致，在切刀的作用下，出现长短不一、不规则的颗粒。严重时会堵塞模板，导致树脂压力增大甚至憋压回流，反吸至真空脱气系统。表3为模板因素导致的不规则颗粒成因及应对措施。

表3模板因素导致的不规则颗粒成因及应对措施

3.4 定期清理模板和研磨模板

模板使用一段时间后可能会堵塞，因此在开车前冲模、合模过程中,必须用自制的铜铲清理模板,铲掉、刮净黏在模板表面的树脂，以利于合模后切刀与模板表面的贴合。模板清理要干净彻底，同时还要避免损伤模板。模板的打磨必须使用高密度的金刚石砂轮研磨，直至表面平整、光滑。模板与挤压机机体用内六角螺栓紧固连接，清理完毕的模板在安装时必须严格遵循冷态下安装、热态下紧固的原则。

3.5 优化进刀风压与切刀转速的关系

切粒过程中，切刀对模板的接触压力对颗粒外观的影响极大。切粒机在运行过程中，作用切刀轴上的力比较复杂。简化后的切刀轴受力分析为：F=(f1+f2)- (f3+f4+f5)，式中：F为切刀对模板的接触压力，MPa;f1 为进刀风压,由仪表风提供，仪表风再经调压后在液压缸中转变成一定油压使切刀紧密贴在模板上，是切刀的主要驱动力，MPa;f2为切刀在切粒水中转动所产生的螺旋推力，其大小与切刀转速成正比例关系，MPa;f3为退刀风压，用于停车退刀，一般为固定值,MPa;f4为切粒水对切刀产生的向后压力,MPa;f5为熔融树脂对切刀产生的向后压力，MPa,它与生产负荷、产品牌号有关。F值过小会使模板与切刀面之间的间隙增大,切出的粒料带尾巴、碎屑多,严重时出现黏着料;F值过大则会使切粒机长时间处于疲劳状态，加剧切刀与模板的磨损，缩短切刀的使用寿命。

由切刀轴的受力分析可知：在生产负荷确定的条件下，f3，f4,f5都是必须满足的客观条件，即为固定值。因此,f1和f2(因其与切刀转速成正比例关系,故在探究f1，f2之间的线性关系时可以用切刀转速代替f2为变量对象研究)是可以调整的关键参数。为此,在PP装置开车初期，驻厂专家曾协助绘制了进刀风压与切刀转速的关系曲线，切刀风压随着切刀转速增加而降低，该关系曲线对挤压机的平稳操作至关重要，也是自动模式下调整进刀风压的参考依据。然而，随着切刀、模板的磨损，以及转产不同牌号 PP产品时物料性质发生的变化(如熔体流动速率、密度等)关系曲线也会出现偏差。为此,应定期校正进刀风压与切刀转速关系曲线，确保切刀在不同的转速条件下，切粒机能自动寻找出最佳接触驱动压力,保证颗粒外观规整。

3.6 优化挤压机进料量与切刀转速的关系

PP粉料进料量发生变化时,对应的切刀转速也必然不同。根据进料量的变化、技术人员通过实验绘制出挤压机进料量与切刀转速的关系曲线，切刀转速随着进料量增加要随之提高。实际生产中，在参考进料量与切刀转速关系曲线的同时，也要根据转产牌号以及其他参数的变化，合理调整关系曲线。

3.7 合理调整切粒水温度

在挤压机开车过程中，最重要的一个参数是“水、刀、料”的时间配合问题，即从切粒机转动开始计时,进刀风压投用的时间、切粒水进水室的时间、熔融树脂冲出模板的时间这三者之间的配合关系。在排除进刀风压和开车阀的干扰后，切粒水温度是否符合切粒机的工况要求，已成为考察分析的重要因素。具体来说，切粒水温度波动频繁或温度不适宜会导致挤出物料的形状和硬度发生急剧变化，进而造成部分颗粒外观不规则。本装置在生产不同牌号 PP产品时，为保证颗粒外观规则，一般通过切粒水温度调节阀对温度进行调整，但调整幅度不宜过大。

4 结语

模板、切刀以及进刀风压、进料量、切粒水温度等操作参数都会影响 PP产品的外观质量。采取上述改进措施并优化工艺操作参数后，可以有效降低不规则颗粒发生的频次，提高装置长周期、平稳运行的可靠性。

参考文献

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