挤压造粒机在生产高熔指聚丙烯产品中的优化_张金龙.pdf

设备运维120|2023年04月挤压造粒机在生产高熔指聚丙烯产品中的优化张金龙，杨廷杰，苟荣恒(国能新疆化工有限公司，新疆 乌鲁木齐 831400)摘要：聚丙烯装置 CMP387 型挤压造粒机在生产高熔融指数的聚丙烯时容易出现缠刀、垫刀、拖尾、灌肠等问题，文章结合挤压机在不同熔融指数产品的运行工况，优化开车参数及开车方法，在挤压造粒机入口增加开车粉料罐。以上措施顺利解决了生产高熔融指数产品过程中挤压造粒机异常停车后重新开车的难题，确保挤压造粒系统顺利的运行。关键词：挤压造粒机；高熔指产品；开车粉料罐；聚丙烯中图分类号：TQ325.14 文献标志码：A 文章编号：1008-4800(2023)12-0120-03DOI:10.19900/ki.ISSN1008-4800.2023.12.032Optimization of Extrusion Granulator in Production of High Melt Index PolypropyleneZHANG Jin-long,YANG Ting-jie,GOU Rong-heng(CHN Energy Xinjiang Chemical Co.,Ltd.,Urumqi 831400,China)Abstract:In the production of polypropylene with high melt index,the CMP387 type extrusion granulator is prone to problems such as winding knife,cushion knife,tailing,enema,etc.In this paper,combined with the operating conditions of the extruders in different melt index products,the start-up parameters and start-up methods were optimized,and the start-up powder tank was added at the entrance of the extruders.The above measures successfully solved the problem of restarting the extruders after abnormal shutdown during the production of high melt index products,and ensured the smooth operation of the granulation system.Keywords:extrusion granulator;high melting point products;powder tank;polypropylene0 引言国内某 45 万吨/年聚丙烯装置采用 Innovene 气相聚丙烯工艺技术，装置由 1 条生产线组成，由两个直径 10 英尺的气相聚合反应器组成，两个反应器串联操作，必要时第一反应器可单独操作，可生产均聚物、无规共聚物和抗冲共聚物。配套的挤压造粒机 M401 作为挤压造粒单元的核心设备，采用日本双螺杆挤压机(型号 CMP387)，由驱动电机、双螺杆挤出机、熔融齿轮泵、自动换网器、水下切粒机、颗粒处理系统、加热和冷却系统组成，设计最大生产能力 70 t/h。根据市场需求，聚丙烯装置每月都有转产高熔指产品任务，产品的熔融指数变化范围分布在 30 80 g/10 min，而高熔融指数聚丙烯产品在相同的压力、温度等工况下，其流动性明显增加，导致高融指产品在生产中出现拖尾、拉丝、等不合格产品1。且在生产高熔指产品过程中，挤压机因异常停车或停车检修后再次开车，存在垫刀、粘连、水室堵塞等风险，给挤压造粒机开车造成极大困难。1 挤压造粒机主要运行参数CMP 挤压造粒机由日本制钢公司制造，采用同向旋转、自清理、双螺杆的机械。挤压机的基本功能是进料、输送、熔融、混合，并由齿轮泵给聚合物加压输送；开车阀设置在挤压机的末端，用于开车和异常情况时把物料对地排放。挤压机 M-401 配有三相感应的主电机和一个开车电机。主齿轮箱有高速和低速两档速度，在高速档，齿轮箱传递的挤压机电机功率最大，通过主齿轮箱上的手动杆可以进行高低速之间的切换。CMP 挤压造粒机主要运行参数如表 1 所示。表1 CMP挤压造粒机主要运行参数挤压机型号CMP387设计能力/(t/h)70主电机最大功率/kW15 000 转速/(r/min)240(高速)/190(低速)长径比25.52 挤压造粒机在生产高熔融指数聚丙烯时开车存在问题聚丙烯的低熔指产品如S1003：熔指是3 g/10 min，熔指较低，流动性弱，开车过程中出现垫刀、粘料等现象的几率较低，挤压机机正常开车均使用低熔指牌号开车。而聚丙烯装置生产的 K1870(70 g/10 min)、K4860(60 g/10 min)、K7760(60 g/10 min)、S2040(40 g/10 min)等牌号熔指较高，流动性强，在高熔融指数产品生产期间，若挤压造粒机异常停车或停车检修后再重新开车时，容易出现垫刀、粘连等现象，导致粒料外观质量不合格，严重时造成水室堵2023年04月|121塞、灌肠等事故，需要拆开颗粒水管道清理，影响挤压机开车时间，甚至导致聚合停车。需将粉料进料料仓F412 和脱气仓 D304 中的粉料合计约 300 t 放掉，同时聚合将从高熔指产品转回常规低熔指 S1003 产品，转产产量约 250 t。生产高熔指牌号时挤压机停车，需要放出粉料至少 550 t，需要协调大量人力放料、聚合转产以及后期的粉料销售等繁杂工作，增加了不必要的人工劳动成本，极大地影响装置生产。3 挤压造粒机在生产高熔融指数聚丙烯时开车优化措施3.1 工艺变更，增加开车粉料罐聚合反应的粉料经 300 单元脱活和脱挥发后，送入挤压机粉料进料料仓 F412，粉料依靠重力从粉料进料料仓 F412 流出，通过旋转阀 Q-412 进入粉料/添加剂螺旋输送器 Q-406，然后送入挤压机熔融造粒；通过旋转阀 Q-412 转速控制挤压机负荷。根据低熔指牌号熔脂较低、流动性弱、开车成功率高等特点，故在粉料进料料仓 F-412 和旋转阀Q-412 之间增设一个开车粉料罐 F413，用于在转产高熔指牌号时储存低熔指物料(例如 S1003)，如下图 1 虚线框内所示，在粉料罐 F412 出口管线分出一支 DN150 的管线进到新增开车粉料罐 F413 入口；开车粉料罐 F413 出口管线接至 Q412 上部主管线。开车粉料罐 F413 底部设置 DN20 的氮气吹扫线，罐体顶部设置 DN25 的排气线，汇入到 Q406 螺旋输送器排放管线；保证罐内粉料在惰性环境下保存，避免氧化变质；罐体设置安全附件：压力表、料位计，避免粉料罐超压、超料位。使用 S1003 粉料进行挤压机开车，挤压机开车负荷 23 t/h，每次开车操作 23 min，消耗粉料 12 t 左右。根据以上条件，确定在挤压机进料系统增加储量约 6 t 的开车粉料罐，储存低熔指S1003 粉料用于挤压机生产高熔指牌号停车时，迅速切换粉料进料后开车，挤压机运行稳定后在切换至高熔指牌号，实现高熔指产品连续生产，提高挤压机开车效率，避免挤压机开车出现垫刀、缠刀、灌肠等现象。3.2 优化挤压机参数，实现高熔指牌号顺利开车(1)高熔指牌号与挤压机各参数关系CMP387 型挤压造粒机筒体通过热油和冷却水共同控制筒体温度，聚丙烯粉料在双螺杆挤压、剪切的作用下释放出大量的热能，使聚丙烯物料温度上升，若超过筒体设定温度，冷却水进入筒体撤热，保证筒体温度的恒定。正常生产中，不同牌号的聚丙烯粉料熔融相差较大，挤压筒体温度也会随之调整变化，经研究发现随着粉料熔融指数的增加，筒体温度逐步降低2。挤压机模板作为造粒核心部件，通过热油加热，而模板温度很大程度上决定了熔融态的聚丙烯树脂能否均匀通过热通道流出模孔。当模板温度分布均匀时，模孔处的出料速率一致，切刀紧密贴合在模板表面，切出颗粒均匀的粒子，模板温度过高时，聚丙烯树脂流动加快，容易造成切粒机缠刀、灌肠等生产事 故3，模板温度过低时，流动性变差，可能造成部分模孔堵塞，同时产生碎屑料，由此，模板温度应根据聚丙烯粉料的熔指指数及时调整。颗粒冷却水的作用是冷却、固化和输送颗粒。水温设定值直接影响切粒外观，切粒水温度过高时，高温熔融的聚丙烯树脂被切断后不能及时冷却固化，水温太低物料冷却速度快，不利于切粒，切粒不平整。另外，切粒水温度过低时，造成模板、模孔堵塞，严重影响模板开孔率，产生不合格料。在生产装置转产时，若从低熔指聚丙烯向高熔指聚丙烯转产时，则降低切粒水温度，反之亦然4。(2)生产不同熔融指数牌号产品时，应及时对挤压机各参数进行调整。该装置生产低熔融指数产品 S1003(3 g/10 min)等产品时，挤压机参数如表 2 所示。图1 挤压造粒系统设备运维122|2023年04月表2 挤压机参数类别参数值挤压负荷/(t/h)51模板温度/250254电机电流/A520颗粒水温度/5862熔融泵入口压力/MPa1.01.2熔融泵出口压力/MPa1213筒体段/筒体温度/第2 段/160;第3 段/199;第4 段/288;第5 段/272;第6 段/244;第7 段/260生产K1870(70 g/10 min)、K4860(60 g/10 min)、K7760(60 g/10 min)等高熔融指数产品时，为保证产品质量合格，挤压机参数如表 3 所示。表3 挤压机参数类别参数值挤压负荷/(t/h)55模板温度/218223电机电流/A436颗粒水温度/5054熔融泵入口压力/MPa0.81.2熔融泵出口压力/MPa67筒体段/筒体温度/第2 段/160;第3 段/174;第4 段/252;第5 段/227;第6 段/227;第7 段/230通过生产低熔融指数和高熔融指数挤压机参数可以看出，高熔指牌号下挤压机筒体温度第 3 段至第 7 段均降低，降低范围在 2545，模板温度降低 36 左右，颗粒水温度降低 7 左右；高熔融指数下，熔体的流动性提高，双螺杆对物料的剪切力减小，主电机功率随之降低，在负荷基本一致的情况下，电流偏差达 80 A 以上；根据以上高熔指牌号运行工况及各参数影响，若挤压机在高熔指物料下开车，需对挤压造粒机各参数进行调整，具体措施如下：(1)保证物料在筒体内熔融情况下，通过调整热油温度和冷却水流量，降低挤压机筒体温度，正常控制在 250 以下，从而降低高熔指物料流动性。(2)开车期间，模板温度设定比正常高熔指运行时低 20 为宜，大概在 200 左右，适当降低温度可延缓模板孔物料流出速度。模板充模拉料合格后将开车阀打向就地状态，就地拉料时间较低熔指物料开车拉料时间适当延长 1 min 左右，保证从模板造粒孔流出的物料尽可能变少。同时准备脱盐水，对模板表面进行喷洒降温，降低物料流出和使少量流出的物料固化，迅速将模板清理干净后快速对切粒机合模进刀，避免出现缠刀、垫刀现象。开车正常后将模板温度升至正常 218223 左右。(3)颗粒水温度设定 50 左右，便于高熔指物料冷却、固化，确保切粒质量。(4)开车负荷调整在生产低熔指聚丙烯产品时，开车负荷在 23 t/h 左右，在生产高熔指聚丙烯产品时，因其流动性好，低负荷开车运行，会造成挤压机主电机电流低，从而引发联锁停车。另外，低负荷开车期间，物料在模板处因分布不均造成颗粒外观不均2。故在高熔指产品下，开车负荷控制在 2530 t/h 之间，在开车过程中，首先将负荷设定为 25 t/h，根据电流下降趋势，逐渐提高负荷，开车阀从直通(模板方向)切向就地后，将负荷提至 30 t/h 左右，待开车阀再次切向直通后，继续升负荷至 35 t/h 左右。在此期间，密切关注主电机电流，若主电机电流持续下降并接近联锁值时，应及时升负荷。通过以上参数的优化和开车步骤的优化，挤压造粒机机在高熔融指数(MI：70 g/10 min)时开车成功，产品质量及外观合格。4 结语随着市场对聚丙烯不同牌号产品的大量需求，生产装置的转产频次也逐步增高，尤其生产高熔指聚丙烯产品时，对挤压造粒系统的安稳运行存在挑战。可以通过调整挤压机开车步骤、优化挤压机开车时的筒体温度参数，降低模板温度适当增大挤压机开车时的下料量、调整颗粒水温度等方法，确保正常开车运行。另外，在挤压机进料系统增设开车粉料罐，为装置持续稳定生产高熔指牌号聚丙烯产品以及挤压机的长周期稳定运行奠定了坚实的基础，而且此项技术也可在聚烯烃行业中得到推广和应用。参考文献：1 郭力鹏,聚丙烯高融指产品挤压机的开车方法J.化工通讯设计,2018(6):100.2 王志雄,张世立.高熔融指数聚丙烯对挤压造粒机运行的影响J.石油化工应用,2010,29(10):101-102,106.3 王海.聚丙烯挤压造粒的研究与分析J.山东化工,2018,47(8):119-120.4 张文光,陈茜.聚丙烯挤压机造粒质量缺陷成因分析及对策J.化学与粘合,2020(2):140-143.作 者 简 介：张 金 龙(1988-)男，汉 族，甘 肃 静 宁 人，工程师，本科，工科学士，主要从事聚烯烃生产与设备 管理工作。