聚丙烯挤压机运行不稳及切粒质量改进

卢昌峰

中化泉州石化有限公司 福建 惠安 362100

概述：某石化厂35万吨/年聚丙烯装置挤压机使用德国Coperion公司制造的ZSK350型机组，机组加热全部使用热油。此类机组保护联锁多，生产过程中容易触发联锁导致停车。装置自2020年9月投产以来，对机组在运行过程中多次出现的问题进行了诊断，并给出了相应的优化措施。

1 机械问题对颗粒外观及机组运行的影响

1.1 模板安装

模板安装必须按照安装要求执行。模板与筒体由内外两圈螺栓连接，螺栓紧固顺序是先内后外圈，防止内外部应力造成模板变形。按规定扭矩均匀紧固后加热到操作温度然后热紧。在预紧和热紧之后，都要检查模板表面的平整度，将其严格控制在质量标准之内。安装好模板后开始对模板与切刀盘进行对中找正，使模板与刀轴的垂直度控制在0.02mm以内。

1.2 模板加热温度均匀性及模孔通畅状态

熔融的树脂流动性对温度比较敏感，而模板是熔融树脂的最后一道加热工序。本装置使用的模板是热通道型模板，高温热油从内部进行加热，使树脂保持良好的熔融状态。模板上均匀分布2220个直径2.7mm的模孔。当各个模孔的出料速度均匀时，才能切出形态合格的树脂颗粒，温度不均匀会造成模孔物料的流速不均匀，在切刀盘的定速转动下，会出现大小不一的颗粒，严重影响产品的质量。因此温度的稳定与均匀直接影响物料的外观形态。此外，随着机组的长期运行，使得一些碳化物积累导致个别模孔不畅甚至被完全堵塞，因此必须对模孔进行清理。

以此石化公司为例，其中LPBO为2220孔，M为36把刀，n假定为500r/min，G假定38000000g/h。通过公式计算得58，采样口取出1g粒料假如50粒，得13%。

最后，随着机组的长周期运行，模板切粒带不可避免得出现磨损。当其平整度严重不够时，不管如何调整，切粒形态很难得到保证，严重时影响机组正常运行。此时需将模板拆下送到专业厂家进行修复。模板切粒带为金属陶瓷材料，一般厚度只有3-4mm。经研磨修复的切粒带应当平整、光滑，模孔呈圆形，平面度在0.02 mm以内。

1.3 进刀风压

切刀进风刀压是切粒外观和切刀使用寿命的影响因素之一。进刀风压的大小因产品牌号、挤压机负荷做相应微调。风压过大首先会缩短切刀和模板使用寿命，再者由于风压过大会使切刀末端部分与模板贴合不够，运行初期会有垫刀风险。风压过小时在运行初期切刀根部与模板贴合不够也会影响切粒，但总体而言风压过小最终使整个切刀与模板贴合均不够，从而影响切粒效果。而最小风压可以根据多次磨刀进行简单标定：对每个切刀刀刃贴合部涂抹油性标记，先用较小的风压磨刀，然后检查刀刃标记，此时切刀只有末梢标记消失。然后依次递增风压，并逐次磨刀检查，当所有标记都能均匀消失，此风压即为空载时切刀最小风压。在正常生产过程中在此基础上小范围增加风压即可，如果风压过大则切刀根部标记先消失

1.4 刀轴垂直度

切粒机小车由其底部液压杆推动并沿固定轨道移动，切刀组件间的精度不够最终会使切刀在运行中与模板贴合不够均匀，直接影响设备运行及切粒效果。首先是安装切刀，切刀安装旋向推力应该按照切粒刀工作的方向辅助推进，且要求刀刃和刀盘的平面度，其高度差小于0.02 mm。然后检查和调整切刀主轴与小车水室端面垂直度，切刀主轴与模板造粒带垂直度。最后，水下切粒机和模板有四点定心系统保证刀轴对模头的重复定位。四点定心系统包括安装于模头上的四个定心部件和装于造粒机罩上四个导向件。定心部件和导向件相互间的最大净距为0.3mm。

1.5 熔融泵入口压力波动联锁

熔融泵出入口压力、压差停机联锁的设计是为了避免熔融泵入口进料长时间中断引起齿轮磨损。但是，在正常生产过程中上游下料波动，造成熔融泵入口压力瞬间跳动，挤压机为此停机时有发生。再者开车初始阶段由于熔融泵出入口压力建立缓慢，不能在联锁时间内完成，也会引起开车失败，尤其对高MFR树脂开车过程。因此建议对此压力联锁增加小范围延时设计，即不影响设备安全运行也能兼顾生产运行平稳，否则需加强人员操作，对高MFR产品开车过程及时手动调整齿轮熔融泵转速。

1.5 模头锁紧联锁

挤压机开车完成的重要标志就是切粒小车移动并与模板合拢。在合拢后分别有左上、左下、右上、右下四个锁紧块将切粒小车与模板机械锁定，这样切粒过程得以在水室中完成并输送至下游。在开车合拢瞬间时常会遇到四个锁紧块检测信号异常，只要四个锁紧信号有一个不到位则挤压机开车失败，需要将小车退出重新进行开车过程。因此，在对四个锁紧位置标定调试完成后可以对锁紧感应点做适应性调整，使得锁紧信号能够稳定接收，有利于挤压机顺利开车。

2 工艺问题对颗粒外观质量的影响

2.4 粉料夹带水分

经过对案例分析发现，当使用蒸汽对粉料中三乙基铝做失活处理过量时，粉料夹带的水分含量增加，这些夹带水分的粉料进入到挤压机加热工段，通过挤压机大于200℃的筒体，最后熔融树脂通过模孔时以不稳定的爆炸形式高速喷出会形成强大推力，导致切刀轴向跳动，切刀与模板瞬间产生间隙造成缠刀或垫刀，同时会产出粘连、气泡料，所以失活蒸汽的量不应过量。

2.2 添加剂系统

为了增加聚丙烯的应用特性会经常加入一些添加剂。在聚丙烯树脂中常用的添加剂有抗氧剂、光稳定剂、成核剂、爽滑剂、开口剂和降解剂剂等。当添加剂加入量不当会影响树脂产品的颜色、气味或造成生产波动。再者添加剂系统下料不稳定也可导致物料融指异常，甚至影响挤压机正常运行。

降解剂的加入量对聚丙烯产品质量有显著影响，其主要成分有烷基过氧化物，在聚丙烯粉料中加入降解剂，其降解作用可使聚合物分子链断裂，从而改变产品MFR。降解剂的加入量波动除了会影响树脂的颜色，也会因MFR的大幅波动从而影响挤压机的稳定运行。

粉料通过失活蒸汽后不可避免的会携带微量水汽，而大部分添加剂遇水会结块失效，且结块也会直接使得计量称下料不准或者中断，因此添加剂系统长时间不使用应隔离并将其清空。再者需要保证整个添加剂系统密封性，即系统氮封，当有空气进入加热筒体后，其中的氧气会使树脂发生明显的氧化、降解反应，尤其在筒体加热用下降解作用显著，直接使得产品MFR增大。因此为确保添加剂下料系统稳定，需定期对其进行清理维护和准度校验。

2.3 挤压机加工温度对生产的影响

挤压机加工温度对聚丙烯树脂流动性有明显影响，温度高流动性好，反之流动性降低。如果高MFR的产品对应较高的筒体加工温度，使得最终的聚丙烯颗粒外观不合格，且会影响切粒机的稳定运行。本装置使用ZSK350型挤压机简体给聚丙烯粉料加热，筒体加热使用冷、热油系统调节温度。在生产过程中，加热温度应随产品MFR的提高而降低，过低的温度会造成过滤网前压力过高，而过高的温度会使产品发生降解，均不利于挤压机的正常运行。简体温度通常设定在210～250℃之间。依据生产经验，在生产MFR在2.5～8g/10min 的产品时，筒体设定温度在245℃左右，生产MFR在10～30g/10min 的产品时，简体温度设定在230℃左右，生产MFR在70g/10min时筒体温度维持210℃，这样的加工温度设置可以得到合格的产品质量及稳定的运行工况。

加工温度对增透型成核剂也有影响，成核剂可使PP 结晶变小，使得 PP 的透明性和表面光泽以及机械强度发生变化。成核剂中山梨醇受热分解，会导致制品透明度降低。另外，山梨醇在加工过程中容易析出，在加工设备表面积累过量将影响产品外观。

2.5 节流阀和脱挥口的影响

节流阀可控制树脂在阀前筒体中树脂的混炼度，向后起到节流作用。本装置节流阀调节范围0-80°，0°为全开，80°全关。如图1所示。

图1

根据实际生产经验， 当物料M F R 在3～20g/10min 时节流角度设定在35°～45°之间为宜。生产高MFR产品则需要较大开度即较小的角度，在生产高MFR产品时，由于树脂流动快，停留时间太短，可能会出现不熔料，节流阀开度偏小。但是，节流阀开度不宜太小，因为树脂混炼过度容易发生降解，使得树脂变色、MFR上升以及力学性能下降。当减小节流阀开度时应关注筒体压力，压力上升明显时停止调整，因此，需结合节流阀压差、负荷做小范围调整。

在挤压机筒体末端设有挥发物脱除口，用于从脱除产品因加热分离的挥发性物质，脱除口内安装有防止产品泄漏的组件。在挤压机停运期间，需保证脱除口充满氮气，以防止产品与氧接触。

2.5 切粒水的影响

切粒水使用脱盐水，适当的切粒水温度可优化颗粒形状，当熔融树脂从模孔出来，被切成2～3mm 长度的粒子，水室中切粒水完全覆盖模板表面，粒子立即被冷却。切粒水温度过高树脂切粒后冷却不及时，易出现串料、粘料，从而引发缠刀、灌肠等事故。切粒水温度过低，使模板温度低，增大模孔出料阻力，同时树脂变脆切削时碎屑增多，切粒水常用操作温度范围为 40～65℃。切粒水温度与产品MFR 有很大关系，生产高MFR牌号时水温偏低，有利于高流动性树脂的塑形。另外切粒水应定期调整其PH，维持PH值8-10，有利于模板及切刀的使用寿命。

3 结语

综上所述，导致挤压机系统运行不稳的原因较多，本文从机械原因到工艺从操作原因进行了分析，通过改进优化各个环节，可提高挤压机系统的稳定运行。因此，需要在安装、调试和生产过程中积累经验，不断优化设备生产过程，并做好设备的维护和保养，才能有利于整个装置的长周期运行。