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聚丙烯挤压造粒机切刀磨损严重原因及改进措施

作者:未知

  【摘要】本文针对中煤陕西公司化工分公司30万吨聚丙烯挤压机W&P挤压机ZSK-350在高速挡高熔融指数开车时出现的问题和从DCS获得的挤压机开车数据,分析影响挤压机切刀磨损的主要因素,包括挤压造粒系统工艺、聚合工艺模式及产品牌号等,提出可行的开车方法,延长切刀的使用寿命,减少停车次数为目标,探讨了影响切刀使用寿命的因素,提出了相应的解决方案,并用于指导生产,有效将切刀使用寿命延长了近60天,保证了造粒外观质量,降低了切刀备件费用,确保挤压机长周期运行,大幅度提高了经济效益。
  【关键词】切刀磨损 使用寿命 开车参数
  一、引言
  中煤陕西公司化工分公司聚丙烯装置采用美国Grece公司气相流化床的unipol工艺专利生产技术,设计规模为30万吨/年,即聚丙烯本色粒料37.5t/h;配套的挤压机使用采用德国科倍隆下属W&P公司生产的ZSK350型双螺杆啮齿型、同向旋转式挤压造粒机,单线切割树脂生成颗粒技术,设计最大负荷为49t/h,切刀数为36把。挤压机切刀从试车开始,磨损量大,更换切刀频繁,出现不合格颗粒,每次更换切刀时必须停挤压机。不仅产生了废料,消耗了备件,而且增加了装置维修成本。对挤压机切刀磨损量进行了分析,提出了相应的解决方案,并用于指导生产。
  二、造粒过程概述
  (一)工艺流程简介
  粉末状的聚丙稀和添加剂在混炼机中混合、熔融,在螺杆输送作用下,分流进入模板的多个通道,通过模孔以线状进入水下切粒室,此时熔融的聚丙稀被45到65的℃的颗粒水冷却,并被贴合在模板上的高速旋转切刀切成颗粒,冷却成型后输送至离心干燥器,脱水后的粒子进入粒料振动筛,对颗粒进行筛选,分离大颗粒、正常颗粒和小颗粒料,即完成造粒的过程。
  (二)切粒机的工作原理
  气相法聚丙稀采用“接触式”切粒方式,即切刀与模板始终保持接触,其动力来源于液压油系统,油压作用于切刀轴上,对切刀产生向前的推力,切刀运行过程中的磨损量通过液压油压力得到补偿,切刀在水下切粒室内高速旋转,从模板挤出的高温熔融聚丙烯被切成Ф3.4-5.0mm,长度2.5±0.5mm的圆柱体颗粒,经60°C颗粒水冷却后输送至后处理系统。
  三、切刀的力学分析
  当切粒机正常运行时,在轴向作用力的作用下,使得切刀与模板在运行过程中形成一组作用力和反作用力。这些作用在切刀轴上的力很多,并且很复杂,取代表性轴向力进行分析。
  ①进刀压力,仪表显示,可通过调整液压油设定压力,来直接改变刀压;油压过高,切刀与模板作用力偏大,切刀磨损加快;过低时切刀与模板间隙过大,造成切粒不规则。②切刀在热水中旋转产生的前进力;③切刀轴受温度影响热胀冷缩时对切刀产生的力;退刀压力;热水对切刀向后的力,摩擦产生的向后的作用力、树脂挤出时向后的力。
  四、影响切刀使用寿命的因素及改进措施
  (一)切粒工艺因素及改进措施
  切粒机进刀油压或退刀油压波动较大,切刀磨损会加劇。切粒机扭矩在一定程度上能实时反映切粒状况对切刀磨损的影响。扭矩偏大时,切刀与模板接触受力大,或者转速较高摩擦次数增大,导致单位时间内磨损量增加。
  改进措施:开车前将切刀及模板涂抹硅油,在开车过程中,为避免垫刀料及开车失败,将进刀油压提到非平均值,保持切刀压差在4bar以上,开车正常后进刀油压降低0.01bar,直到压差保持在2-3bar,此时切刀转速设定480转随着刀速增加,进到压力增加(相当于油压增大),切刀摩擦次数增加,切刀磨损加快。另外,当切刀外缘线速度超过26m/s时,转速将直接影响扭矩,磨损加快。切刀磨损量由进刀量衡量,当进刀量达到2mm时就需要更换切刀,以免进一步加剧模板和切刀的损伤,严重影响产品质量,甚至发生断刀、缠刀、灌肠等事故。
  较硬的物料也是影响较大因素。而切粒水温直接影响物料硬度,较低温度物料过硬,过硬的物料与切刀摩擦,导致切刀磨损、切刀钝化;水温过高,物料冷却差,容易导致拖尾或粘连料,并且可能粘附于切刀上,造成断刀、缠刀、灌肠等事故。模板、熔融泵及筒体温度在一定程度上也会影响粒料冷却硬度和熔流指数,进而影响切刀的磨损。
  (二)PP聚合因素及改进措施
  同牌号PP产品,熔融指数在一定区间波动,波动较大时将会影响切刀寿命。聚合工艺不稳定,有如下原因,三剂配比问题、丙烯、氢气等纯度不高等,均会导致粉料均匀性及稳定性造成影响,不利于切粒。避免熔融指数偏差过大的牌号切换,减少过渡料。
  (三)产品牌号因素及改进措施
  同牌号产品可通过综合调整切粒水温、模板温度及筒体温度,找到三者的最佳组合,使物料在最佳切粒硬度。对于不同的PP产品,熔融指数越低,物料越硬,切刀磨损越严重。生产应根据经验摸索机型最佳参数。
  切换产品牌号,会产生过渡料,随之挤压机整体工艺参数变化,过渡料熔融指数不稳定,硬度也不确定,导致切刀受力不均,波动频繁,导致切刀磨损严重。切牌号时,挤压机工艺参数应按照“看熔融指数变化,看粒型,微调整温度”,使物料在最合适切粒硬度,保证颗粒外形良好。
  (四)其他因素及改进措施
  机械原因如刀盘平面度:平面度应保持小于0.02mm,超过会导致切刀磨损不均,粒型不规整;切粒带平面度:平面度不在3道以内,切刀磨损不一致,粒子拖尾;切刀材质:切刀过硬容易断刀,模板磨损加剧,切刀过软,切刀磨损加剧,寿命缩短;模板磨损加剧;模板垂直度:切刀接触不均匀及不平行,易断刀,切粒外观质量差,碎屑多。
  由于颗粒冷却水水循环使用,上游添加剂含弱酸,长时间积累颗粒水显酸性,颗粒水室、模板及切刀会腐蚀,缩短了切刀寿命。应定期水质做样,保证PH值在8-9之间,PH小于8应打开脱盐水补水阀,溢流置换存水,直到PH大于8。
  五、预期结论或成果
  挤压造粒机切粒系统是核心部分,切粒的影响着挤出造粒系统的稳定性。通过以上因素分析及改进方案,通整挤压机相关工艺参数、优化操作,可以有效延长切刀使用寿命,保证粒型外观质量,提高了挤压机的挤压造粒质量,延长了挤压机的稳定运行周期。
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