煤化工聚烯烃挤压造粒机组故障分析

张宗文

（神华包头煤化工有限责任公司，内蒙古包头 014000）

煤化工聚烯烃挤压造粒机组故障分析

张宗文

（神华包头煤化工有限责任公司，内蒙古包头 014000）

重点介绍挤压造粒机组的组成部件和工艺流程，分析了挤压造粒机组出现常见故障的原因，提出解决方案，为聚烯烃装置的安、稳、长、满、优，生产提供一些经验。

挤压造粒机组；故障分析；解决方案

1 前言

随着煤化工产业的快速发展，我国煤制烯烃项目方兴未艾。聚烯烃（聚乙烯、聚丙烯）是煤制烯烃项目的终端产品，挤压造粒机组是生产这一产品的关键设备，该机组机、电、仪高度一体化，自动化控制水平高，是聚烯烃装置中外形尺寸最大、结构最复杂、投资最大、制造周期最长的大型动设备，它通过混炼、挤压、造粒等过程将聚烯烃粉料制成颗粒产品。其运行的可靠性和稳定性直接影响聚烯烃产品的质量和装置长周期生产。因此分析挤压造粒机组的故障原因、总结解决方案，意义非常重大。

聚烯烃的粉末造粒过程也是产品改性的过程，在造粒过程中，由于加入各种添加剂，如稳定剂、润滑剂、塑化剂、阻燃剂、防静电剂、防老化剂、抗紫外线剂等，使产品性能得以改进，达到预期的要求并且便于运输及后序加工。

目前聚烯烃装置生产规模不断向大型化、超大型化发展，与之配套的挤压造粒机的单产能力也需要不断提高。大型挤压造粒机多采用双螺杆技术。根据螺杆啮合型式，双螺杆挤压机可分为啮合型和非啮合型两种；根据螺杆转动方式，双螺杆挤压机可分同向旋转和异向旋转两种方式。当前双螺杆挤压机主要有异向非啮合及同向啮合两种形式。国际上这两种形式挤压机技术处于领先地位的是德国的华纳法拉尔特（WP）、日本的神户制钢（KSL）和日本的日钢（JSW）三家公司，他们拥有设计、制造和安装该机组的技术和能力，其产品因性能优良、技术成熟、适应性强而占据了国际市场的绝大部分份额。国内有聚烯烃挤压造粒机制造业绩的，仅大连橡胶塑料制造有限公司一家，其应用业绩较少，已投产项目中聚乙烯最大生产能力为25万t/a，聚丙烯最大生产能力为20万t/a。

国外三家制造厂中，德国WP公司生产的ZSK型挤压造粒机为同向啮合型双螺杆挤压机，呈I型布置，价格最高，但其具有操作稳定、综合能耗低、物料适用范围广、物料停留时间短等优点；日本JSW公司生产的CIM型挤压造粒机为异向非啮合型双螺杆挤压机，呈L型布置，价格较低；日本KSL公司生产的LCM型挤压造粒机也为异向非啮合型双螺杆挤压机，呈L型布置，价格居中，在国内市场份额最大。

本文重点研究聚乙烯装置CIM460型挤压造粒机组的故障分析和运行维护问题，对常见故障的原因进行深入分析、提出解决方案，为聚烯烃装置的安、稳、长、满、优生产提供一些经验。

2 挤压造粒机组的工艺流程和结构组成

2.1 机组工艺流程

聚乙烯装置的树脂粉料脱气后与多种助剂按一定比例混合，经挤压机的喂料器送至混炼机中，在200℃高温下，聚乙烯粉末变为熔融树脂并通过进料调节阀调节树脂的混炼程度；熔融树脂通过熔融泵增压，经过自动换网器的滤网去除杂质，再经出料模板的模孔挤压；挤出后的熔融树脂进入切粒水箱，由水箱中的旋转切刀在颗粒冷却水中切割造粒；切割出的树脂颗粒被颗粒水带入除块器，在除块器中大块树脂被去除后送至离心干燥机进行脱水干燥；干燥后的颗粒送至颗粒振动筛，振动筛筛出的合格粒料经风送系统送至产品料仓掺混存放。除块器和干燥器分离出的切粒水，经过滤后返回切粒水箱循环使用（见图1）。

图1 挤压造粒机组流程示意图

2.2 机组结构和组成

CIM460型挤压造粒机由驱动机、齿轮箱、混炼机、熔融泵、换网器、膜头、切粒机、颗粒干燥机和振动筛构成。辅助系统为颗粒水系统、蒸汽加热（混炼机加热）系统、循环水（混炼机冷却）系统、导热油（模板加热）系统、液压油系统和润滑油系统。

机组外形尺寸（大约）：长21m，宽10m，呈L型布置。

机组性能保证值：最大41 662kg/h（33.3万t/a）、正常37 875kg/h（30.3万 t/a）、最小22 725kg/h（18.18万 t/a）、期望值45 828kg/h（36.66万 t/a）。

3 机组常见故障

①挤压造粒机螺杆及筒体振动异常声音；②挤压造粒机螺杆通道或排放口内壁有焦化树脂；③挤压机筒体设备法兰和密封装置处聚乙烯粉末泄漏；④挤压机筒体排放口排放过量；⑤换网器滑杆锁住；⑥换网器压差异常（高或低）；⑦混炼机原料进料率不稳定；⑧混炼机料斗下料不畅；⑨润滑油温度较高；⑩润滑油压力高；☒混炼机运行时突停；☒切粒系统骤停；☒物料堵塞；☒成品大小颗粒多；☒颗粒形状不规则；☒粒颜色异常（色粒）；☒颗粒的MI值突然上升比料粉的MI值高；☒主电机系统的主电机扭矩过高；☒主电机系统的主电机扭矩过低。

4 机组常见故障分析及处理方法

4.1 挤压造粒机螺杆及筒体振动异常声音

引起这一故障的原因是：进料量过高或过低、螺杆转速不适中、节流阀未调整到适当间隙；大块料或异物落入或进入；螺杆或筒体损坏或磨损；对中或找平失调。

故障排除方法：改变设定条件；重新检查滤网或其他设备，分离异物；检修或更换螺杆；重新对中找水平。

4.2 挤压造粒机螺杆通道或排放口内壁有焦化树脂

引起故障的原因：过热；挤压机中氧含量增加。

故障排除方法：选择适当的夹套温度；需要停车时有计划的停止加热；定期清洁；在进入挤压机前的附助加料器用N2吹扫；排放口用N2密封/吹扫；禁止氧含量增加。

4.3 挤压机筒体设备法兰和密封装置处聚乙烯粉末泄漏

引起故障的原因：未安装密封件或密封装置损坏；法兰密封面损坏或螺栓松动；夹套加热分布不均匀。

故障排除方法：安装密封装置或更换损坏的密封件；修整法兰密封面，更换密封材料，用标准力矩重新紧固法兰螺栓；检查夹套加热和冷动方法，检查夹套是否堵塞、加热器是否损坏，检查温度控制是否不合适。

4.4 挤压机筒体排放口排放过量

引起故障的原因：聚乙烯粘度下降；在排放口停留未熔融的固体大块；气体挥发，聚乙烯膨胀；在出料段螺旋元件过度磨损；螺杆轴磨损；衬套磨损；挤压机排料端有大块固体树脂。

故障排除方法：检查进料黏度，检查筒体过热；使挤压机节流阀间隙变窄，切换夹套“冷却”到“加热”；控制进料中挥发物；更换螺旋元件、螺杆轴、衬套；开车阀检修保持清洁，减少开车阀加热。

4.5 换网器滑杆锁住

引起故障的原因是：液压油泄露、液压油缸或液压油系统故障、液压油压力过低；限位开关故障；筒体加热不足。

故障排除方法：检修液压油系统，修理或更换损坏的部件；检查开关性能；检查筒体温度，排除热量不足的原因（加热介质、加热夹套、仪表控制等）。

4.6 换网器压差异常（高或低）

引起故障的原因：滤网过细、管线或设备内杂质积聚在滤网上，稳定剂和催化剂残渣堵塞、热降解树脂堵塞，导致滤网压差过高。滤网泄漏，导致网压差过低。

故障排除方法：将滤网更换成目数低的滤网、检查熔融物料中的杂质，定期清理滤网，更换破损的滤网，保证滤网压差正常。

4.7 混炼机原料进料率不稳定

引起故障的原因：进料器失调；原料黏在料斗表面。

故障排除方法：排除进料器故障；冲洗料斗段水套，提高冷却效率。

4.8 混炼机料斗下料不畅

引起故障的原因：转子的转速低；进料率太大。

故障排除方法：调高转子的转速；降低进料率。

4.9 润滑油温度较高

引起故障的原因：润滑油流量不足；润滑油质量劣化；润滑油的型号不合适；润滑油泵损坏；油冷却器损坏。

故障排除方法：查看润滑油，添加润滑油；更换润滑油；型号不符，应更换；检查油压和流量，检查油泵，更换硬件；检查水压和流量。设置正常的压力。检修和清洗冷却器。

4.10 润滑油压力高

引起故障的原因：压力表后面的导管堵塞；异物混入油槽；润滑油温度低于40℃。

故障排除方法：检查并清洗压力表后面的导管；更换润滑油；检查并更换温度控制系统。

4.11 混炼机运行时突停

引起故障的原因：停电；腔体关闭的限位开关故障；异物进入混合腔体。

故障排除方法：等待电力供应；排除限位开关故障；打开腔体后检查并排除异物。

4.12 切粒系统骤停

引起故障的原因：①颗粒水温度过高；②物料熔融指数波动较大使出料流速不一致；③切粒机振动过大切刀与模板贴合不紧；④颗粒水流量过低；⑤切刀刃口损伤或磨损过量。以上原因都能导致水下切粒系统停车从而造成整个机组联锁停车。

障排除方法：①颗粒水温度过高，降低模板处的热油温度，检查筒体及模板温度分布，筒体冷却水的流量、压力及温度是否正常；②物料熔融指数波动较大，使出料流速不一致确认“水、刀、料”到达模板处的时间设定，防止颗粒水过早到达模板使模板孔冻堵。切粒机合上机头后，应快速把喂料量提升到挤压机的设定负荷。③切粒机振动过大，切刀与模板贴合不紧检查刀轴与切粒电机之间的对中是否超差，刀轴承组件是否有损坏、切刀转子动平衡是否失衡。在运行中检查切粒机四个移动轮与导轨之间的接触是否有间隙。控制树脂粉料中的挥发物成分，消除粉料流经模板孔时对切刀及刀轴产生的振动。④颗粒水流量过低，检查颗粒水是否内漏，颗粒水罐过滤器及冷却器是否堵塞，如果堵塞应进行清理；检查颗粒水泵的出入口压是否正常，如果不正常则应检修颗粒水泵及泵管线上的阀门。⑤切刀刃口损伤或磨损过量停车后，目测检查切刀刃口是否有损伤或磨损过量，若存在此情况则应全部更换切刀。

4.13 物料堵塞

引起故障的原因：物料尺寸或均一性的原因，在加料器的不同地方会发生挤压、凝固和堵塞。

障排除方法：若是物料在管口凝固（螺旋和管口之间的物料）导致停滞和喷射，需使用一个小的螺旋并在较高的转速下运行，即可排除该现象；若果是螺旋拆除困难，加料器用一个较小的螺旋，以较高的速度运行；如果控制器中是无信号，则检查系统控制器，查找故障。

4.14 成品大小颗粒多

中石化标准SH/T1541|—2006《热塑性塑料颗粒外观试验方法》定义：任意方向上尺寸大于5mm的树脂颗粒称为大粒，包括连粒；任意方向上尺寸小于2mm的树脂颗粒称为小粒，包括碎粒和碎屑。合格颗粒大小在2～5mm。单纯性大粒产生的数量很少，装置主要生产的是连粒。产生的连粒的原因是熔融树脂切断后没有及时被冷却，两个以上的颗粒相互黏连，形成连粒。

引起故障的原因是：颗粒水温度过高；模板和切刀轴未对中；切刀轴跳动过大以至刀轴变形；切刀边缘不平整；膜孔脏；膜板和切刀磨损；膜板热量不充足；切刀材料硬度不适合。

故障排除方法：降低颗粒水温度，注意不要降得过低，避免造成模板孔堵塞，影响开孔率；刀轴和膜板重新对中；检查更换刀轴；磨刀或换刀；冲膜；重新研磨或更换膜板；检查膜板热量不够的原因；检查处理切粒机单元振动；调整风压。

小粒产生的主要原因：出料速度与刀速不匹配以及模板开孔率不足。

故障排除方法：切刀转速必须与造粒负荷相匹配，否则当刀速高于树脂出料速度时就会出现小粒增多的现象。

4.15 颗粒形状不规则

引起故障的原因：刀轴与模板垂直度不好；刀片与模板平行度不好；间隙设定有误；模板蒸汽压力下降；模板蒸汽排放不良；刀速参数控制不合适；刀磨损。

故障排除方法：调整刀轴与模板垂直度；检查刀与模板接触情况，调节平行度；调整间隙；检查蒸汽压力；检查疏水器；调整刀速；换刀。

4.16 粒颜色异常（色粒）

导致色粒出现的原因很多，主要如下：①造粒机长时间停车后同体积摸头内残存物料碳化；②添加剂不合格带入颜色；③聚合反应阶段三乙基铝添加量过多，以致反应剩余的三乙基铝进入树脂造成色粒；④树脂下料系统含氧量高，导致物料在高温和氧的作用下发生了分解；⑤系统因异常而带入其他物质造成色粒。

处理方法：避免以上情况发生。

4.17 颗粒的MI值突然上升比料粉的MI值高

引起故障的原因：树脂混炼过程中发生降解；稳定剂没按要求加入。

故障排除方法：降低树脂温度；检查稳定剂的加入情况；检查系统氧浓度，如偏高加强氮气吹扫。

4.18 主电机系统的主电机扭矩过高

引起故障的原因：油润滑系统故障、主电机输出轴与齿轮箱出入轴对中精度不够、电机及离合器振动等都将损坏主电机轴承，导致扭矩过高。

故障排除方法：定期检查和清洗润滑油系统，用振动测量仪和红外测温仪对主电机轴承进行测量并绘制趋势图。若超趋势值，则测定主电机空转电流值或功率值，对比是否超过规定值，判断是否应更换轴承；进行电气测试检查，查清转子不平衡的原因。

4.19 主电机系统的主电机扭矩过低

引起故障的原因是：喂料系统故障使双螺杆空转将导致主电机扭矩过低。

故障排除方法：检查判断添加剂系统或主物料下料系统是否有故障，清理堵塞点。

5 结语

挤压造粒系统涉及设备数量多，且多为转动设备、自动连锁程度高，所以出现故障的原因也较为复杂，本文通过对CIM460型挤压造粒机组常见故障的分析，总结了排除故障的方法和操作经验，为聚烯烃装置的安、稳、长、满、优生产着实提供了借鉴性经验。今后在生产运行实践中，还需进一步摸索、潜心积累、善于思考，不断总结排除设备新故障的经验和方法，大幅提高机组稳定运行周期，不断提升设备运行和维护的水平，为企业发展做出更大的贡献。

[1] 赵晶.大型聚烯烃装置挤压造粒机组的选择[J].石油化工设备技术，2008，29（1）.

[2] 刘东.LCM400挤压造粒机组在聚乙烯装置中的应用[J].硫磷设计与粉体工程，2007，（4）：33-36.

[3] SH/T 1541—2006，热塑性塑料颗粒外观试验方法[S].

Fault Analysis of Coal Chemical Polyolefin Extrusion Granulator

Zhang Zong-wen

This paper focuses on the components and process fl ow of the extruded granulator，analyzes the causes of the common faults in the extruded granulator，and puts forward the solution for the safety，Provide some experience.

extrusion granulation unit；fault analysis；solution

TQ325.12

B

1003–6490（2017）10–0016–03

2017–07–26

张宗文（1965—），男，黑龙江牡丹江人，工程师，主要从事设备故障分析工作。