大型聚烯烴裝置擠壓造粒機組的選擇

動(dòng)設備石油化工設備技術(shù),2008,29(1)●39.Petro Chemical Equipment Technology大型聚烯烴裝置擠壓造粒機組的選擇趙晶(中國石化工程建設公司,北京100101)攮要:結合茂名分公司 350 kt/a高密度聚乙烯裝置擠壓造粒機組的選擇工作,通過(guò)對擠壓造粒機組技術(shù)方案、主機結構、綜合能耗、操作穩定性、物料停留時(shí)間等關(guān)鍵問(wèn)題的討論,將國際上幾個(gè)主要的擠壓造粒機組進(jìn)行了對比,并得出了結論. .近年我國引進(jìn)的擠壓造粒機組的生產(chǎn)能力日益向大型化、超大型化發(fā)展,系統地總結了巳經(jīng)完成的項目中擠壓造粒機組選擇時(shí)的經(jīng)驗,有利于從科學(xué)定量分析的角度出發(fā),更加理性地引進(jìn)設備。關(guān)鍵詞:擠壓造粒機組;綜合能耗;操作穩定性中團分類(lèi)號:TE969文獻標識碼:B 文章縞 號:1006-8805(2008)01-0039-04擠壓造粒機組是聚烯烴樹(shù)脂原料生產(chǎn)中的重較少,現場(chǎng)噪音較小,車(chē)間衛生條件好。要機械設備，投資大、安裝復雜、設計及供貨周期(4)主要受力部件、易損件的壽命長(cháng)，備件比長(cháng),而且對聚烯烴裝置的最終產(chǎn)品一樹(shù) 脂顆粒較容易采購。的質(zhì)量有著(zhù)直接而重要的影響。隨著(zhù)聚烯烴樹(shù)脂(5)控制水平較高,聯(lián)鎖報警系統合理有效，原料生產(chǎn)規模的擴大對擠壓造粒機組的技術(shù)要求惡性事故發(fā)生的可能性小。也越來(lái)越高。本文以茂名分公司350 kt/a 高密(6)齒輪箱、熔融齒輪泵、水下切粒機等常見(jiàn)度聚乙烯裝置為例,總結了現有聚烯烴樹(shù)脂原料檢修部件位置合理,拆裝方便.生產(chǎn)裝置中,擠壓造粒機組在選擇及引進(jìn)中的經(jīng)(7)對樹(shù)脂新品開(kāi)發(fā)、專(zhuān)用料試產(chǎn)切換的適驗，以期在今后的工作中有所借鑒。應能力較強、過(guò)渡時(shí)間較短過(guò)渡料少,對樹(shù)脂熔1擠壓造粒機組融指數(MI)的適應范圍廣。在聚烯烴生產(chǎn)裝置中使用擠壓造粒機組的目(8)操作穩定度較高,不會(huì )因為加料流量的的,是要將聚合反應器聚合出來(lái)的聚烯烴粉末狀變化而出現故障。的聚合物,變成幾何形狀相對規則的顆粒，以便運(9)螺桿輸送能力和熔融齒輪泵增壓能力較輸和進(jìn)-一步加工。同時(shí)要使工藝要求的各種功能強,樹(shù)脂濾網(wǎng)通過(guò)能力較大。添加劑,如抗氧化劑、防紫外線(xiàn)劑和薄膜開(kāi)口劑等各聚烯烴生產(chǎn)廠(chǎng)根據國內市場(chǎng)對樹(shù)脂粒料的均勻分散。還要負責將聚合物中的低分子揮發(fā)物要求,會(huì )開(kāi)發(fā)出一些特殊牌號的聚烯烴樹(shù)脂,如電脫除。經(jīng)過(guò)螺桿或齒輪泵加壓后由水下切粒機加線(xiàn)、電纜料、家庭用品料等,這些牌號的產(chǎn)品對純凈度要求比較高,希望有盡可能少的雜質(zhì)(如鐵屑工為最后的樹(shù)脂顆粒成品。大型裝置中所使用的擠壓造粒機組的生產(chǎn)能等)進(jìn)入產(chǎn)品,這樣就要求擠壓造粒機組的樹(shù)脂濾力一般為37.5~44 t/h,最大在50~60 t/h。目網(wǎng)的目數要加大,能過(guò)濾掉更多熔融樹(shù)脂中的雜前世界上某些操作比較穩定的工廠(chǎng),可以達到質(zhì)。在過(guò)濾網(wǎng)的目數加大后,為達到同等的生產(chǎn)能力，就要求擠壓造粒機組的螺桿輸送能力和70 t/h. .(或)熔融齒輪泵增壓能力都要增強。而過(guò)濾網(wǎng)則2裝置對機組的要求一般來(lái)說(shuō),擠壓造粒機組應當滿(mǎn)足下列要求:中國煤化工(1)可調節手段多且有效,易操作。:HYHCNMHG.1997年畢業(yè)于(2)各部位漏粉、漏膠少,物耗較低。北京工業(yè)大學(xué)機械設計及制造專(zhuān)業(yè)?，F在中國石化工程建(3)水、油、汽等公用工程的“跑、冒、滴、漏”設公司動(dòng)設備室,機械工程師?！?0●石油化工設備技術(shù)2008年不能因過(guò)濾能力增強后通過(guò)能力變差,相應的解另外還有一種用于高壓聚乙烯(LDPE)生產(chǎn)決方法就是增大過(guò)濾網(wǎng)面積等。的單螺桿型擠出機,由于高壓聚乙烯(LDPE)進(jìn)(10)樹(shù)脂混煉度調節方便,裝置運行可靠。.人擠壓機時(shí)是熔融狀態(tài),擠壓機主要起添加劑的過(guò)去我國各小型裝置中原有的擠壓造粒機組分散、揮發(fā)物的脫除以及向模板增壓輸送聚合物的混煉度調節方式均為固定插板式,即通過(guò)更換的功能。機簡(jiǎn)上插板的方式以調節插板與螺桿之間的間參與茂名分公司350 kt/a高密度聚乙烯裝隙,由此達到調節混煉度的作用。每次調節混煉置擠壓造粒機組競標的有德國CWP公司度時(shí)機組需要停車(chē)更換插板,這種調節混煉度的(ZSK350型擠壓機)、日本制鋼所(CIM460型混方法不僅落后、浪費大、成本高、混煉度調節不連煉機+熔融齒輪泵)和日本神戶(hù)制鋼(LCM450H續,而且不利于生產(chǎn)廠(chǎng)根據生產(chǎn)情況實(shí)時(shí)調節混型混煉機+熔融齒輪泵)三家。表1中列出了這煉度以保證產(chǎn)品質(zhì)量。對于新牌號產(chǎn)品開(kāi)發(fā)、試三種機型的技術(shù)特性及綜合布置的對比。產(chǎn)更是非常不利的。因此,新增擠壓造粒機組的4關(guān)鍵問(wèn)題的討論的混煉度調節必須是連續的、平滑的、能夠自動(dòng)/4.1綜合能耗比較手動(dòng)進(jìn)行調節的。過(guò)去在對擠壓造粒機組的能耗進(jìn)行評估時(shí)，(11)綜合布置應合理,占地面積小,利于操只對整個(gè)機組的電機裝機容量進(jìn)行了簡(jiǎn)單的統作。計,根據結果判斷整套機組的能耗。按照一般規很多大型裝置中擠壓造粒廠(chǎng)房的面積是非常律,能耗越大的設備其電機裝機功率也越大。這有限的,如本文所談茂名分公司350 kt/a高密度樣的方法,在一定程度上是準確的,但是也有其固.聚乙烯裝置中擠壓造粒廠(chǎng)房占地只有36 mX .有缺陷。實(shí)際上,對一個(gè)特定的機型生產(chǎn)不同的12m,對于機組的布置提出了相當高的要求。物料其能耗是不同的。影響的因素有:聚合物的3機組配置方案的比較種類(lèi)、合成工藝、添加劑的種類(lèi)、聚合物粉末的物目前可用于聚烯烴裝置的擠壓造粒機組主要理特性和聚合物熔體的粘度(常用聚合物的熔融有以下幾種配置類(lèi)型:指數MI來(lái)表達聚合物熔體的粘度)等。對于一(1)擠壓機+熔融齒輪泵型個(gè)聚合物原料生產(chǎn)裝置來(lái)說(shuō),生產(chǎn)不同的聚合物該機型主要由一臺同向旋轉嚙合雙螺桿/異只是聚合物的MI值不同而已。不同的機型,如向旋轉非嚙合雙螺桿擠壓機完成聚合物的熔融和ZSK型和CIM型及LCM型對應不同的MI值添加劑的分散以及揮發(fā)物的脫除。向模板增壓輸時(shí),其能耗是不同的.送熔融聚合物的是- -臺齒輪泵。下面以茂名分公司350 kt/a 高密度聚乙烯(2)混煉機+熔融齒輪泵型裝置為例,進(jìn)行闡述。嚴格地說(shuō)該機型已經(jīng)不是擠壓機由圖1可以看出,LCM型機組的能耗是最高(EXTRUDER)類(lèi),而是混煉機(MIXER)類(lèi),在該的,ZSK型機組的能耗最低。CIM型機組的能耗機型中用以完成聚合物的熔融和添加劑的分散的居中。差距比較明顯,ZSK型機組在各個(gè)熔融指是一臺雙轉子、雙支承、側向排料的連續混煉機數下的能耗都比較低,該種機型更適合于生產(chǎn)牌(MIXER)。向模板增壓輸送熔融聚合物的也是.號多,且各種牌號產(chǎn)量比較接近的生產(chǎn)工況,尤其一臺齒輪泵.是對于準備生產(chǎn)低熔融指數的“高檔料”(如電線(xiàn)(3)單擠壓機型電纜料) ,該機型優(yōu)勢更大。該機型主要由一臺同向旋轉嚙合雙螺桿擠壓由于生產(chǎn)什么牌號的物料是由聚合物生產(chǎn)裝機完成聚合物的熔融和添加劑的分散,揮發(fā)物的置所在地區的市場(chǎng)決定,所以在選撣機型時(shí),如果脫除以及向模板增壓輸送聚合物的功能。該機型.能根據一段時(shí)間內的生產(chǎn)計劃、機型能耗曲線(xiàn)等中對擠壓機螺桿,以及傳動(dòng)系統的設計要求很高，中國煤化工出最節能的機問(wèn)世的最晚。.型,并CN M H C支置生產(chǎn)來(lái)說(shuō)，上述第(1)和第(3)種機型一般被稱(chēng)為單支撐選擇能耗較做的機組,能夠在今后的若千年中為機型,而第(2)種機型被稱(chēng)為雙支撐機型。業(yè)主節約- -筆非?？捎^(guān)的費用。第29卷第1期趙晶.大型聚烯烴裝 置擠壓造粒機組的選擇●41●表1三種機型的技術(shù)特性及綜合布置對比 .ZSK350型擠壓機CIM460型混煉機+熔融齒輪泵LCM450H型混煉機t熔融齒輪泵驅動(dòng)電機功事/kW10 263+3 782(VVVF)11 30011 500主減速機形式SUPERPOSITION型雙電機2級轉速單電機驅動(dòng)減速箱驅動(dòng)減速箱螺桿直徑/mm35046050螺桿轉速/(r●min-1)166~240(VFD)280/40040螺桿長(cháng)徑比2118齒輪泵功率/kW2 0001 500機組布置方式螺桿單端支撐，物料不轉向，螺桿雙端支撐,物料轉向,整螺桿雙端支撐,物料轉向,整機“T"整機直線(xiàn)形布置機“T"形布置形布置無(wú)齒輪泵傳動(dòng)損失小;轉子與機筒在任何情況下不轉子與機簡(jiǎn)在任何情況下不摟觸,操作維護工作量小;接觸,開(kāi)車(chē)容易:開(kāi)車(chē)容易;占地面積小,輔助設施少齒輪泵主要起增壓作用,主減齒輪泵主要起增壓作用,主減速箱物料流程短,流道順暢混煉均|速箱所承受的軸向推力小,結構所承受的軸向推力小,結構簡(jiǎn)單簡(jiǎn)單“T”型布置,物料轉向，易積“T"型布置,物料轉向,易積料、降解;初次開(kāi)車(chē)時(shí)要良好充填;料、降解,支承端易有物料泄漏;支承端易有物料泄讕;缺點(diǎn)螺桿與機簡(jiǎn)在開(kāi)車(chē)時(shí)有接觸、螺桿轉速高 ,易造成混煉不均螺桿轉速高,易 造成混煉不均勻和勻和物料停留時(shí)間分布過(guò)寬;物料停留時(shí)間分布過(guò)寬:占地1面積大,較難布置占地面積大,較難布置24 r這兩點(diǎn),擠壓造粒機組的主電機和主傳動(dòng)系統都應該在計算平均值的基礎上至少留有10% ~0.2215%的余量。這個(gè)余量的大小直接反映了整個(gè)擠。0.21壓造粒機組系統的“堅韌”程度。余量選得太小，0.19機組的穩定性差,抗千憂(yōu)能力低;但是余量選得太0.18大,又會(huì )使主電機和主傳動(dòng)系統效率降低。如何.0.17+ CIM型混煉機+輪泵平衡能耗與可靠性,則反映出擠壓造粒機組的設0.16- ★zsK型擠壓機*0.15計水平。0.1表2是茂名分公司350 kt/a高密度聚乙烯(4.- 6.5) (75-11) 0.16-0.22 0.23-0.33 0.24-0.40 55~75熔融指數裝置三種擠壓造粒機組的操作穩定性與可擴散性的比較。圖1 ESP曲線(xiàn)注:橫坐標帶括號的數值為重砝碼測量的MI值,不帶括號從表2中可以看出:ZSK型在操作穩定性方面,明顯優(yōu)于其他兩的數值為標準砝碼測量的MI值。套機組,最大余量達到了58%(MI=5. 5~7.5),4.2操作穩定性比較最小余量也能夠達到38%(MI=0.2~0.4).該上面闡述了用擠壓造粒機組的ESP和排產(chǎn)機型的設計屬于偏保守型,主電機和主傳動(dòng)系統計劃可以分析出該機組比較接近實(shí)際的能耗,然的余量很大,考慮安全穩定甚至于能耗,而從前面而衡量- -套機組是否滿(mǎn)足要求,不僅要考慮機組綜合能耗的討論來(lái)看,該機型的能耗指標并不落的綜合能耗,還要考慮機組的操作可靠性。前面.后,充分說(shuō)明ZSK機組要比其他兩種機型先進(jìn)很提到過(guò),由于聚乙烯裝置本身的特點(diǎn),進(jìn)入擠壓造多。但是整機成本也因此高出很多。.粒機組的物料流量不穩定,而同時(shí)由于每種牌號而CIM型和LCM型的能耗偏高,且主電機的聚乙烯物料的MI值,實(shí)際上是該種牌號聚乙和主中國煤化工中也可以看出烯MI的平均值是一個(gè)隨時(shí)間波動(dòng)的值。如果按來(lái),LCNMH(組裕量?jì)H12%該牌號聚乙烯物料的MI平均值設計驅動(dòng)和傳動(dòng)蟲(chóng)熱以網(wǎng)竹仇型屬于雙支撐系統,一旦反應器不穩定,就極易發(fā)生事故。綜合機型,螺桿運轉比單支撐機型相對平穩,但是機組石油化工設備技術(shù)2008年整體穩定性較差,對于在保證生產(chǎn)能力下長(cháng)期運轉的不利影響還是相當大的。表2三種擠壓造粒機組的操作穩定性與可擴散性的比較ZSM350 型CIM460型LCM450H型不同物料牌號過(guò)謔網(wǎng)保證能力/ 主機比能耗/|| 主電機功 | 主機比能耗/||主電機功 主機比能耗/||主電機功的熔融指敷目數| (kg.h-1) |[(kW.b).| x率裕量》/[(kW.h). | x)率裕量”/ |[(kW.h)●()事裕量”/MIkg~1]kWkg-'](4. 5~6.50)245 00000.2201.42 3705.00, 2051.22| 2075.0| 0.202 1.27| 2 410.0(7. 50~11)2(48 5000. 1971.47| 4 490.51.18 1745.5 0.179 1.20 1945.50.16~0.222052 0000. 1901.42 4165.00.1911.14 1368.0 0.192 1.15| 1516.00.23~0. 3352 5000.185 1.45 4 332.50. 1871.15 1482.5| 0.190 1.15 1 525.00.24~0. 4055 00000. 1851.38 3 870.00.1811.14 1345.0 0.186 1.12| 1270.05. 50~7.5052 00000. 1711.58 5 153.00.180 1.21 1940.0| 0.165 1.34 2 920. 0注:輸助系統中的水電蒸汽、液壓油、潤滑油的能耗未計人,齒輪泵傳動(dòng)損失未計入。1) X=主電機裝機功率/(保證比能耗X保證能力)。2)主電機功率裕量-主電機裝機功事- (保證比能耗X保證能力)。4.3物料停留時(shí)間時(shí)間的分布則要寬于ZSK型。聚烯烴粉料在經(jīng)過(guò)加料系統加人到擠壓造粒ZSK自潔作用機組時(shí)呈固態(tài),經(jīng)過(guò)機組的加熱系統和螺桿本身螺桿所用機筒zsK型~剪切熱的作用下被熔融成流體狀態(tài),在- -定溫度、壓力下,螺桿對熔融的聚烯烴樹(shù)脂進(jìn)行混煉加工，其他機型以使成品顆粒具有所需要的各項物性指標、均勻其他類(lèi)型螺桿性和外觀(guān)。理想的狀態(tài)是同一時(shí)間進(jìn)人擠壓造粒所用機筒機組的聚烯烴粉料,能夠在同一時(shí)間被擠出造粒,即物料在機筒內的停留時(shí)間是相同的。但是由于時(shí)間漏流、機簡(jiǎn)阻力、樹(shù)脂粘性.由于螺桿自潔性不佳圖2物料停留時(shí)間與擠出物料的關(guān)系曲線(xiàn)而在螺槽內的積料，以及雙支撐機型由于物料轉向造成的積料等因素,單位物料在機筒內的停留5結論時(shí)間是不一致的,可以想象,當物料停留時(shí)間不一擠壓造粒機組作為石油化工聚烯烴裝置中的致的時(shí)候,造粒的質(zhì)量是難以保證的,而且長(cháng)時(shí)間大型機組設備,在選型時(shí)需要考忠的因素是多方積聚在機簡(jiǎn)內的物料會(huì )降解而影響產(chǎn)品品質(zhì).面的,本文中未討論的機組相關(guān)配套設施如:主電聚烯烴粉料在機筒內的停留時(shí)間服從正態(tài)分機扭矩保護聯(lián)軸器、主齒輪箱結構、螺桿端部密封布。根據數理統計,正態(tài)分布曲線(xiàn)的圖形變得越形式、調節混煉度的節流閥形式、換網(wǎng)器結構形尖,物料在機筒內的停留時(shí)間的--致性就越高。式、切粒模板結構形式等部分。對于大型裝置，在與各擠壓造粒機組生產(chǎn)廠(chǎng)討論物料停留時(shí)機組設計合理且較佳的性能/價(jià)格比,往往是用戶(hù)間的問(wèn)題時(shí),根據各制造商提供的數據,定性地繪選擇的決定因素,如ZSK機型,雖然優(yōu)點(diǎn)很多，制了各機型物料停留時(shí)間進(jìn)行對比的圖,從圖2整機性能也高,但是過(guò)高的價(jià)格成為用戶(hù)不選擇中可以看出ZSK型因其先進(jìn)的系統設計和優(yōu)秀的理由。而其機組在能耗、成本、可靠性之間較好的螺桿自潔性能,保證了物料停留時(shí)間的- -致性，的控制了平衡點(diǎn),也在不少裝置中得到了用戶(hù)的物料停留時(shí)間分布很窄,而其他機型的物料停留選擇。中國煤化工MHCNMH.歡迎訂閱《石油化工設甾x不》