煤化工聚烯烃挤压造粒机组常见故障及处理

2022-09-27张鑫，王昌

合成树脂及塑料 2022年5期

张鑫，王昌

（1. 国能包头煤化工有限责任公司，内蒙古包头 014010；2. 内蒙古科技大学，内蒙古包头 014010）

CIM460型挤压造粒机组是某煤化工公司的大型机组，该机组由日本制钢所制造，整台机组的布置呈L型。机组总长约21.5 m，宽约10.0 m。该机组自2010年投入使用后，运行过程中出现了各种故障，影响机组长周期运行。本工作结合生产实践，对该挤压造粒机组运行中的常见故障、故障原因及故障处理措施进行研究，并制定相应的操作指导，以保证机组长周期运行。

1 工艺流程

聚乙烯粉料与添加剂混合进入挤压机筒体，在高温条件下挤压熔融，混炼，升压，经排料阀、齿轮泵及筛网，进入模板切粒。切粒机采用水下切粒方式，熔融的聚乙烯通过模板挤出，切粒机上旋转的切刀贴合在模板表面，将其切成颗粒，并在水中冷却，被颗粒水带至干燥器，干燥后送至料仓。挤压造粒机组工艺流程见图1。

图1 挤压造粒机组工艺流程Fig.1 Process flow of extruder

2 挤压造粒机组常见故障、原因分析及处理方法

2.1 混炼机故障

2.1.1 主减速箱漏油

主减速箱在运行过程中，输入端与输出端均出现过漏油量大的现象，因密封为骨架油封，需停机解体后方可更换，检修时间达48 h［1］，同时机组需长时间运行以保证生产，故无法随时检修更换油封，只能关注油位及时补充润滑油。

解决方法：将骨架油封更换为国产具有专利设计的剖分式油封，检修时间仅4 h，同时密封效果也极大加强，运行过程中漏油得到控制。

2.1.2 螺杆磨损

挤压造粒机组的螺杆密封属于浮环密封，密封结构是由四层多瓣环组成两组浮动密封环，外圆由弹簧箍紧，抱紧在螺杆上，以20～30 kPa氮气为缓冲气，来密封挤压造粒机组的聚烯烃粉末。该密封可以满足大轴径、高转速下螺杆的正常运行。然而浮动密封环抱紧在螺杆上会对螺杆产生磨损，设备长时间使用后，会在螺杆上磨出台阶，造成粉料大量泄漏。此时更换密封也不能解决问题，必须对螺杆进行外送修复处理。

解决方法：停工检修期间，对螺杆进行检查，确认浮动密封环密封处螺杆的磨损状态，及时进行修复。此外，正在进行螺杆密封改造试验，拟开发出一套剖分式机械密封产品，替代现有的四层多瓣环密封，在保证性能的前提下不磨螺杆，也便于检修更换，缩短检修时间。

2.1.3 盘车电机不能挂挡

挤压造粒机组开车前，需要通过盘车电机对机组盘车。启动盘车电机后，发现未能盘车，检查发现盘车电机与减速箱连接的拨叉滑块脱落，安装新滑块后正常。主要原因是停盘车电机后，操作人员在未确认盘车电机完全停止的状态下拨动拨叉，拨叉因受力造成滑块脱落。

解决方法：规范操作，保证盘车电机完全停运后，再进行下一步操作。

2.2 熔融泵故障

2.2.1 测速探头故障

熔融泵电机与减速箱联轴器处安装有测速探头，当电机侧半联轴器与减速箱侧半联轴器出现转速差时，说明联轴器之间的剪切销断裂，机组联锁停车。机组运行过程中，该差速报警曾多次出现，有时是剪切销断裂，有时是测速探头故障，出现误报。

解决方法：记录好测速探头与联轴器的间距，出现差速报警时，分别对剪切销和测速探头进行检查。此外，测速探头的连接方式要保证牢靠，不能轻易松动。

2.2.2 齿式联轴器剪切销断裂

挤压造粒机组运行过程中，曾多次出现熔融泵电机与减速箱间齿式联轴器剪切销断裂，造成挤压造粒机组停车。剪切销断裂前，熔融泵电机电流及转速无明显变化。更换新剪切销，排除齿式联轴器故障的情况下，重新启动机组后，机组运行正常。主要原因是由于在运行周期内，3个剪切销与销套间的间隙不一致，剪切销长时间在交变载荷的作用下造成断裂。

解决方法：出现此故障后，及时检查齿式联轴器，排除齿式联轴器故障；安装新剪切销时，确保每个剪切销与销套间的间隙一致。

2.2.3 齿式联轴器断齿或磨损

挤压造粒机组运行过程中，曾出现熔融泵电机与减速箱间齿式联轴器外齿断齿和磨损情况。齿式联轴器出现故障后，会造成剪切销断裂，最终导致挤压造粒机组停车。每次解体检查齿式联轴器时，若联轴器内润滑脂充足，可排除因润滑不足造成的磨损。原因可能是由于熔融泵电机为变频电机，电机转速时刻都随着生产负荷的变化而调整，联轴器传递的扭矩也随之变化。即使在不超负荷的情况下，联轴器的齿面在承受交变载荷时，也总是承受着不规则脉冲冲击，齿面会因此产生磨损、疲劳，最后损坏齿面。今后将对齿式联轴器进行数据模拟，争取找到该联轴器磨损的详细原因。

解决方法：出现此故障后，及时更换齿式联轴器，每次停车后检查联轴器内润滑脂是否充足；尽量避免大幅调整负荷。

2.2.4 变频器故障

熔融泵在运行过程中，变频器因超温曾出现跳车情况，造成机组联锁停车；变频器电源电池亏电也曾引起熔融泵停车，造成机组联锁停车。

解决方法：定期检查维护电气、仪表机柜，关注熔融泵变频器运行温度及环境温度，保证变频器运行温度低于跳车温度；此外，也可对变频器所在区域进行改造，增加换热器或者空调等保证其运行温度低于跳车值；针对电池亏电情况，可定期对电源进行检测更换。

2.3 模板故障

2.3.1 模板隔热板变形

由于模板隔热垫密封不严，造成隔热板内部进水变形，变形严重时可导致切粒机切刀无法贴合到模板切粒带，造成颗粒外观不合格。

解决方法：在模板回装过程中，必须按照要求进行热紧，隔热板处螺栓需要在模板热紧后回装。每次停车时，需要重新紧固隔热板固定螺栓。

2.3.2 模板切粒带点蚀

挤压造粒机组运行过程中，曾经出现颗粒拖尾不合格现象。停车后对模板进行检查，切粒带存在表面剥离现象。

2.3.2.1 切粒带表面汽蚀

切粒过程中的汽蚀现象使切粒带表面产生微观上的剥离，颗粒水中的氯离子及酸性物质加剧了切粒带剥离的程度，造成切粒带出现局部剥离现象。切粒带金属表面会因汽蚀而造成剥离［2］。切刀速度过快会加剧颗粒水在切刀尾槽的汽化，气泡在不断产生和破裂过程中，瞬间的冲击力超过了模板金属表面强度，从而逐步破坏了金属表面，尤其挤出孔边缘破损最严重，锋利度下降，造成使用后期拖尾料的产生，甚至使细粉含量激增。

2019年大修后，切粒机馏出口采样过程中，发现细粉含量有增加的趋势。2019年11月，2019年12月，2020年1月，2020年2月检测的大粒和小粒含量分别为1.6，2.8，3.0，3.2 g/kg，大小粒呈上升趋势，根据分析检测数据计算平均值后的结果也说明细粉含量一直在升高。

同期掺混仓旋转加料器频繁故障。颗粒进入掺混料仓后，在掺混及输送过程中，超量的细屑随颗粒进入掺混料仓，窜入旋转加料器的迷宫密封后，将密封堵死，密封压盖变形，与转子及端盖接触摩擦后损坏。而且树脂颗粒在掺混过程中也出现挤压变形，同样证明该阶段细粉含量增多。

解决方法：切粒带的汽蚀是无法彻底避免的，只能通过厂家进行优化设计和模拟，确定最佳工作条件，减少汽蚀的危害程度。生产时，对各工艺参数进行优化，尽量减轻汽蚀的影响。

2.3.2.2 颗粒水水质影响

聚乙烯粉料生产过程中，催化剂及助催化剂内均含有氯离子，进入挤压造粒机前加入添加剂，添加剂中辅助抗氧剂168含有磷元素，硬脂酸锌中可以析出游离酸，这些元素均会对模板流道及切粒带产生腐蚀。2019年大修后，装置运行过程中，催化剂活性较之前低且生产负荷高，析出到颗粒水内的氯离子含量增加，添加剂中辅助抗氧剂168水解后产生磷酸根，硬脂酸锌中的游离酸析出以及硬脂酸锌水解产生硬脂酸亦进入颗粒水。

如果颗粒水水质是影响模板切粒带产生剥离的主要原因，那么腐蚀应该均匀且面积很大，刀盘、切刀及紧固螺栓等均会有腐蚀现象，而此次却未发生这种现象。聚丙烯装置曾经发生过类似事件，其现象与此次不一致。所以，此次模板的剥离现象并不是由颗粒水pH值引起的。

解决方法：进一步改善颗粒水水质，加强颗粒水pH值的监控，保障颗粒水处于弱碱性。

2.3.2.3 切粒带应力缺陷影响

聚乙烯装置造粒机模板采用蒸汽加热，切粒带表面温度场的分布并不绝对均匀。模板温差与采用导热油加热方式的模板温差相比偏大。树脂在模板某些区域的流速不均匀，树脂通过模孔必然存在差异，在颗粒中总会有一些薄片状颗粒［3］。由于温度场不均匀，会使模板及切粒带的金属产生内应力。在运行周期内，应力集中会对模板产生局部裂纹和应力缺陷，在模板的运行末期，裂纹和缺陷的扩展速度会增加。

解决方法：模板使用8～10个月后，定期进行更换，防止应力缺陷扩大。

2.3.2.4 材料和制造工艺缺陷及修复的影响

由于技术条件和检测手段的限制，因此，无法排除模板的材料缺陷和制造过程中产生的制造缺陷，进而引起模板切粒带剥离现象。修复模板的主要工序是将磨损的切粒带进行研磨，如果研磨量不够，没有彻底消除表面裂纹和应力集中，也会引起模板切粒带剥离现象。

解决方法：检测修复的模板，保证其平面度。

2.3.3 模板切粒带表面出现轻微裂纹

模板切粒带在运行过程中，切粒带表面曾出现裂纹现象，当裂纹与模孔相连时，会造成切粒过程中切刀不能及时切断流出的树脂，从而导致颗粒外观出现拖尾现象。主要原因是：模板升温过快导致模板表面与内部温差过大，产生内部应力导致出现裂纹；与模板接触的颗粒水水温过低，高温的模板接触到低温的颗粒水，产生内部应力导致出现裂纹；模板内部加热通道局部堵塞，导致内部加热不均匀，使内部应力增加产生裂纹。

解决方法：模板投用时，需要缓慢升温，颗粒水温度尽量高，防止内部应力出现。

2.3.4 模孔堵塞

模板在运行过程中，特别是开停车过程中，易造成开孔率低，从而导致颗粒大小不一、碎屑增多等情况［4］。

解决方法：为避免模孔堵塞，在开车充模过程中，模板处充模负荷稍高一些，观察各模孔出料是否均匀，对于出料缓慢的模孔需继续充模或者用钢针进行疏通直至合格为止。

2.4 切粒机故障

2.4.1 退刀（垫刀）故障

刀盘在运行过程中发生后退，切刀不再与模板紧密贴合，物料垫在切刀与模板之间，从模孔流出的物料缠绕在刀盘上，导致整个切粒室和后系统管线被物料堵满，发生类似“灌肠”事故。

造粒机退刀的主要原因如下：

（1）液压缸漏油。推动切刀刀轴活动的是一个由气压转换至液压的控制单元。正常运行时，模板前物料压力为4～8 MPa，当油路上的单向阀泄漏或者液压缸漏油时，刀轴向前的推力就会下降，导致推力不足。当模板后树脂压力大于进刀压力后，就会发生退刀现象。

解决方法：运行过程中要密切关注进刀压力及液压油泄漏情况。

（2）油路带气。液压油在工作时必须保证无气体。若液压油中有气，高压气体从细的液压油管线进入体积相对较大的液压缸时，会发生体积变化，造成进刀压力不稳，从而引起刀轴的跳动。

解决方法：运行过程中要密切关注液压油压力及液压油泄漏情况。

（3）进刀不及时。切粒机开车过程中，需要手动进行切粒室锁紧。锁紧切粒室与切粒机启动之间有一个短暂的时间间隙，在此期间模板依然会流出部分树脂，待通水进刀后，树脂冷却黏在切刀盘上，形成垫刀。

解决方法：在进行合模操作时，尽可能将模板清理干净，一人进行切粒室锁紧操作，一人启动切粒机，缩短操作时间，防止切刀垫刀。

2.4.2 切刀断刀或断刃故障原因

（1）进刀压力过高。挤压造粒机组运行过程中，特别是磨刀过程中，进刀压力提升过快或设定过高，会造成切刀与模板贴合过度，导致切刀断刀。

解决方法：磨刀时进刀压力设定值尽量低，根据切刀进刀情况不断提高进刀压力，保证切刀进刀。正常运行时，进刀压力避免大幅调整。

（2）模板切粒带变形。模板切粒带变形后，会造成切刀在运行过程中受力不均，最终导致断刀。

解决方法：每次挤压造粒机组停车后必须仔细检查模板，发现切粒带变形后，及时更换新模板。

（3）切刀安装对中超标。当刀轴与模板垂直时，刀轴对模板的推力均匀分散于每一把切刀上，当刀轴与模板的垂直度偏差较大时，刀轴对模板的推力只作用于与模板接触的那部分切刀上，且刀轴与模板垂直度偏差越大，与模板接触的切刀就越少，则作用于切刀上的应力越大，越容易产生断刀。另外，由于这些切刀受到周期性的交变应力，也容易发生疲劳断裂。同样，切刀的水平度也是影响断刀的重要因素，当切刀不平时，刀轴对模板的推力只由少数高出的切刀承担，这些切刀将承受较大的应力与摩擦力，极易发生断刀［5］。

解决方法：做好每一次切刀盘对中、切刀与水室对中、水室与模板对中，保证误差在标准范围内，延长切刀使用寿命，延长挤压造粒机组运行周期。

2.4.3 颗粒水流量计故障

切粒过程中，会产生一定量的树脂粉末，这些粉末在运行过程中会积聚到颗粒水系统内。颗粒水流量计在开车过程中，因细粉进入，使颗粒水流量低误报，从而造成挤压造粒机组连锁停车。

解决方法：每次机组停车后，对颗粒水水箱进行彻底清理；日常生产过程中，通过少量补水使颗粒水溢流，并使用滤网捞出顶部漂浮的细粉，降低颗粒水细粉含量，避免因细粉进入使颗粒水流量低误报，从而造成挤压造粒机组连锁停车，延长机组运行周期。