聚烯烴擠壓造粒機技術(shù)發(fā)展

第36卷_增刊石油化工設備Vol. 36 Supplement2007年8月PETRO CHEMICAL EQUIPMENTAug.2007文章編號: 1000-7466(2007)增刊-0036.06聚烯烴擠壓造粒機技術(shù)發(fā)展巨軍(蘭州石化公司乙烯工程建設指揮部，甘肅蘭州730060)摘要:介紹了聚烯烴擠壓造粒機技術(shù)的發(fā)展,根據石化行業(yè)的應用總結了現階段對設備的要求，對主要的3種機型進(jìn)行了介紹和比較。關(guān)鍵詞:擠壓機;混煉;熔融;螺桿中圖分類(lèi)號: TQ 055. 8文獻標志碼: BDevelopment and Application of Technology of the Pelleting System for PolyolefinJU Jun(Ethylene Project Construction Management Department, Lanzhou PetrochemicalCompany, Lanzhou 730060， China)Abstract: Development of technology of the pelleting system for polyolefin was reviewed. Basedon application in petrochemical plants, the requirements for equipment were summarized. Thethree types of pelleting system were described and compared.Key words: extruder; mix; melt; screw擠壓造粒機是聚烯烴裝置的關(guān)鍵設備,它通過(guò)混展。②1910年~1935 年,橡膠、纖維素、賽璐珞、酪蛋煉擠壓、造粒等過(guò)程將聚合物粉料制成粒料,便于運白及類(lèi)似樹(shù)脂的非連續混煉的實(shí)現。③1935 年~輸及后序加工。目前,只有德國Cw&P公司、日本制1960年,連續式脫水過(guò)程、螺桿捏合器和螺桿脫揮器鋼所JSW.日本神戶(hù)制鋼所KOBE、美國FARREL公的發(fā)明與發(fā)展。④1960年~1985年,實(shí)現對所有熱司等為數不多的幾家公司擁有設計、制造大型混煉造塑性和熱固性塑料的大規模連續混煉和對橡膠非連.粒機組成套技術(shù)的能力,世界范圍內聚烯烴生產(chǎn)多采.續混煉的繼續。⑤1985年~1995年，聚烯烴高產(chǎn)量用連續式混煉造粒技術(shù)。隨著(zhù)裝置規模的大型化,對和獨立生產(chǎn)線(xiàn)概念的出現。聚合物樹(shù)脂混煉能力、混煉效果的要求不斷提高,大塑料一般都經(jīng)過(guò)混煉將聚合物原材料轉變?yōu)榭尚蛿D壓造粒機組多采用雙螺桿技術(shù)。加工的混合物,它通過(guò)聚合物和各種助劑(穩定劑、潤滑劑、塑化劑、顏料、填料、阻燃劑、交聯(lián)劑、發(fā)泡劑1聚 烯烴混煉技術(shù)的發(fā)展等)的混合、熔融及均化,依靠控制剪切條件來(lái)改進(jìn)自19世紀70年代聚合物樹(shù)脂出現以來(lái),隨著(zhù)科流動(dòng)行為并脫去揮發(fā)物(殘余單體、溶劑、水),最終學(xué)技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步,塑料的物理性能和成型加工性通過(guò)擠出、造粒等一系列操作,使混合物形成易于處能逐步優(yōu)于許多傳統材料。1933 年塑料工業(yè)出現了理和適于加工的形式。根據物料的要求、聚合物的混煉這一概念,50年代中期開(kāi)始了固體輸送、熔融等類(lèi)型、物料在混煉后的不同用途等,混煉過(guò)程的復雜理論的定量性研究,60年代推出了大規模的連續混程度也不同。低壓聚烯烴(HDPE、LLDPE、PP)粉煉操作?；鞜挼陌l(fā)展可以分為5個(gè)階段:①1870年~料或顆粒的混煉在近些年基本保持不變,主要包括1910年,非連續混合器.捏合器、脫揮器的發(fā)明與發(fā)以下中國煤化工順粒料的塑化。②YHCNMHG收稿日期: 2006-11-24作者簡(jiǎn)介:巨軍(1969-),男 ,陜西威陽(yáng)人,工程師,工程碩士,從事設備管理工作。增刊巨軍:聚烯烴擠 壓造粒機技術(shù)發(fā)展助劑的分散和混合。③除去少量揮發(fā)性物質(zhì)。④熔系統帶有聚合物原料倉、助劑儲料倉、混煉擠壓機及體過(guò)濾。⑤造粒。粒料干燥器等設備,其中主要的混煉擠壓機被放置典型的聚烯烴混煉擠出系統示意圖見(jiàn)圖1。該.在一層廠(chǎng)房。圖1典型的聚烯烴混煉擠壓系統示圖2當代聚烯烴粉料混煉設備擠壓造粒機的生產(chǎn)能力隨著(zhù)聚烯烴裝置規模的擴大同步增長(cháng),目前45 t/h 的產(chǎn)率已經(jīng)成為主流。由于單螺桿擠壓機實(shí)際效率極限約為25 t/h,其發(fā)展趨勢受到了極大的限制,而使用雙螺桿技術(shù),產(chǎn)率達75 t/h的高速聚乙烯生產(chǎn)線(xiàn)已經(jīng)投人運行。因此,規模級的聚烯烴裝置大部分采用雙螺桿擠壓造粒機。2.1雙螺桿 擠壓機的分類(lèi)圖3非嚙合 型螺桿示圖根據螺桿嚙合型式,雙螺桿擠壓機可以分成嚙異向非嚙合、同向嚙合型雙螺桿混煉系統因聚合型和非嚙合型兩種，見(jiàn)圖2~圖31;根據轉動(dòng)方合物混煉生壓、溫升等要求，-般都采用- -步式雙螺式,雙螺桿擠壓機有異向旋轉、同向旋轉兩種方式。桿混煉系統及帶后續單螺桿熔體擠出機或齒輪泵的嚙合型、異向雙螺桿擠壓機由于存在著(zhù)與螺桿有關(guān)兩步式雙螺桿混煉系統兩種形式。的機械問(wèn)題，限制了螺桿的最大直徑只能達到2.2雙螺桿 擠壓機的特殊要求170 mm。目前雙螺桿擠壓機主要有異向非嚙合及同.從經(jīng)濟角度考慮,采用相對較高的螺桿轉速是向嚙合兩種形式。必要的。目前同向旋轉設備的螺桿圓周轉速達到3.5m/s,兩步混煉的非嚙合異向旋轉設備的螺桿圓周速度達到6~10 m/s。螺桿的最高轉速是由機械因素和制品的最高工作溫度決定的,物料最高溫度- -般介于230~320 C。當前的大型聚烯烴擠壓造粒機在設計中必須考慮以下特殊要求。2.2.中國煤化工CN M H G刃及良好的分布混合,使得熔體和設有型化的固體作高強度混合，從而圖2嚙合型螺桿示圖避免溫度過(guò)高。這方面日本JSW、日本KOBE、德石油化工設備2007年第36 卷國CW&P公司各有特點(diǎn)。熔融性能改善。西格瑪幾何形狀混合作用強烈,可JSW公司CIM機型混煉螺桿示意圖見(jiàn)圖4.導致聚合物中凝粒的破碎[]。該螺桿混煉段為雙頭螺棱.單段混煉。大螺旋角、多KOBE公司LCM機型混煉螺桿示意圖見(jiàn)圖5。螺棱幾何形狀可有效減小熔膜厚度、增加粘性,導致該螺桿混煉 段為三頭螺紋、兩段混煉。_山圖4 JSW公司CIM型混煉螺桿示圖J衛電L圖5 KOBE 公司LCM型混煉螺桿示圖德國CW&.P公司ZSK機型組合式混煉捏合塊更換性。從嚙合塊的外部形狀還可以看出,它相當示意圖見(jiàn)圖6。CW&.P公司采用積木原理將螺桿于螺紋側面角為90°的螺距等于無(wú)窮大的同向旋轉元件安裝在芯軸上,機筒的分節組裝可以實(shí)現螺桿螺桿的一部分，因此，具有極強的剪切作用和混合作幾何形狀的最佳多樣性以及良好的磨損部件的經(jīng)濟用”1。中國煤化工..HCNMH G(a)帶花鍵槽的復合材料嚙合塊()市地帽的村質(zhì)及百物科咽百塊圖6 CW&.P公司ZSK型混煉嚙合塊示圖增刊巨軍:聚烯烴擠壓造粒機技術(shù)發(fā)展39●2.2.2高效率的 螺桿建壓段一個(gè)正位移泵,是-.種強制輸送系統,其輸送效率極帶后續熔體擠出設備的非嚙合異向旋轉雙螺桿高口。只有在高的聚合物填充效率下才能滿(mǎn)足擠壓擠壓機,通常選取設計螺桿長(cháng)徑比為5~9: 1,嚙合機的高產(chǎn)率。高填充率的實(shí)現，必須要有足夠高的型同向雙螺桿長(cháng)徑比為15~24 : 1。擠出系統的后扭矩，以達到螺桿喂料端的高裝料量。因此,在目前續裝備(如過(guò)濾網(wǎng)換網(wǎng)器、模板等)上的壓力在15~ .采用的機型中均體現出設備的大型化。30MPa.高壓導致螺桿存在較長(cháng)的逆流長(cháng)度和附加2.2.4可控的塑化效 果和能量輸入的能耗.并在高速轉動(dòng)的螺桿上產(chǎn)生高溫。目前在開(kāi)發(fā)特殊的聚烯烴材料(管、帶、吹膜級、嚙合型同向雙螺桿可在相對較短的螺距上建立注射等)時(shí)提出了特殊要求,擠壓機各區段進(jìn)一步細壓力,通過(guò)優(yōu)化壓力形成段螺桿幾何結構,使得因物化,以使熔體在不同區段經(jīng)受不同的剪切與溫度。料的返流造成的溫度升高及能耗增加能夠被接受。在不改變螺桿幾何形狀的情況下切換產(chǎn)品必須改變Cw&P公司ZSK機型的積木式螺桿的優(yōu)越性在這能量的輸入,現在所有大型混煉機采用的方法是通-一點(diǎn)上得到了充分體現。過(guò)控制閥來(lái)影響塑化效果和能量輸入。非嚙合異向旋轉擠壓機有相對較差的壓力形成現代大型聚烯烴擠壓造粒機組正是充分考慮了能力。為避免逆流長(cháng)度帶來(lái)的不可接受的溫升,在以上特殊要求,通過(guò)優(yōu)化設計,在嚴格控制生產(chǎn)溫度縮短機器長(cháng)度的同時(shí)要建立壓力。典型的做法就是的前提下高速運轉,以實(shí)現產(chǎn)率的最大化。使用齒輪泵。通過(guò)齒輪泵的聚合物熔體將經(jīng)受-定3三種大型機組的設置和比較程度的溫升2。近幾年高粘度、背壓達到30 MPa、熔體產(chǎn)率達到45 t/h的大型齒輪泵已經(jīng)大量使用。3.1聚烯烴雙螺桿 擠壓機主要機組性能簡(jiǎn)介在面對聚合物對將解不是太敏感或高生產(chǎn)率要求.只有安全、穩定地適應高產(chǎn)率的設備才是有價(jià)時(shí)，雙螺桿擠壓機與齒輪泵的結合達到較佳效果。值的。雙螺桿系統因為有大的螺桿直徑、位置確定2.2.3高填充率的塑化區和使用特制的捏合元件及混合元件,開(kāi)始嚙合型同向雙螺桿依靠摩擦力輸送,因嚙合區初步涉足高壓聚乙烯裝置。目前，聚烯烴大型雙螺有一定的阻力,在加料時(shí)物料受到一定壓縮,物料不桿擠壓造粒機組主要為日本JSW.日本KOBE、德能充滿(mǎn)螺旋槽,因此在加料段多采用多螺紋結構,其國CW&.P公司3家制造商的產(chǎn)品,其各自典型產(chǎn)充滿(mǎn)程度可高達85%。非嚙合異向雙螺桿相當于品的性能分別見(jiàn)表1~表3。表1JSW公司CIM系列機組性能表型號2005028032036040060510簡(jiǎn)體直徑/mm250混煉段螺桿直徑/mm194242.527231335038947496最大驅動(dòng)功率/kW高扭矩.1 8002 9003 9005 4009 30013 40017100標準扭矩1 2002200.4 10010 10013 000螺桿最高轉速/r. min - I56090440420最高扭矩/kg. m高扭矩3 13155387 75211 43415 9382] 56732 629t3 830標準扭矩2 0874 2025764868111 95416 46524 59433 321聚烯烴標準生產(chǎn)能力4.8~8.19~1513~21.519~3226~4436~ 60.54~9072~ 120/t●h表2KOBE公司LCM系列機組性能表450500標準扭矩2 5003 5005 0006500.800010 000012 0003 0004 2006 0008000.10 00012 50015000螺桿轉速/r. min- I670660600中國煤化工44螺桿直徑/mm5450螺桿長(cháng)徑比L./D8.0CNMH G。。1313~2323~3333~4343~ 5454~6969~ 80/t. h-●40●石油化工設備2007年第36 卷表3CW&P公司ZSK系列機組性能表型號92Mc133Me177Me250Mc320Mc :350Mc380Mc單根螺桿扭矩/(N. m)5 00015 10035 000200 000281 000356 0000最高轉速電機功率/kW1 1003 3004000.8 10013 00016 50019 400螺桿最高轉速/rpm1 0001000.550400310280260螺桿直徑/mm92133248315352螺槽深度/mm16. 323.531.5462.667.4最大螺桿長(cháng)徑比L/D48螺桿中心高度/mm] 1001 3001 5001 7002 000聚烯烴標準生產(chǎn)能力/(t.h-1)_3983t557:根據筆者所掌握的資料統計表明,在最近10 a雙螺桿系統是成功的,它正日益占據聚烯烴生產(chǎn)內全世界生產(chǎn)規模200KTA以上的聚烯烴裝置領(lǐng)域。中，德國CW&P公司ZSK機型銷(xiāo)售了30臺、日本3.23種主要機型的配置和比較JSW公司CIM和CMP機型銷(xiāo)售了21臺、日本以標準能力為45 t/h、PE 機型為例,對日本KOBE公司LCM機型銷(xiāo)售了9臺,三大公司雙螺JSW.日本KOBE、德國CW&P公司3家制造商典桿機組占據銷(xiāo)售總量的90%左右。事實(shí)也證明了型產(chǎn)品列表,具體見(jiàn)表4.表43種典型PE造粒機組配置比較表制造商JSWKOBICW&P典型機型CIMLCMZSK機組布局L型1型螺桿形式和數量非 嚙合型雙螺桿非嚙合型雙螺桿嚙合型雙螺桿螺桿長(cháng)徑比15.7螺桿轉動(dòng)方式異向同向螺桿轉速/r●. min-1 280~400 .375~ 500195~298螺桿支撐.雙支撐單支撐整體結構,輸送、混煉段為三頭螺模塊式結構,進(jìn)料段為雙頭螺紋,排螺桿結構整體結構,雙頭螺紋紋,排料段為雙頭螺紋料段為單頭螺紋螺桿材質(zhì)鍛造合金鋼鍛造鉻鉬合金鋼鍛鋼DIN1. 8550螺桿硬化層材質(zhì)鍍鉻鍍硬鉻滲氮末端作表面處理螺桿冷卻螺桿后端需冷卻尤前端填料密封、后端粘性密封+ N2前端填料密封、后端粘性密封+填料密封+螺桿密封吹掃N2吹掃筒體材質(zhì)鍛鋼鍛鋼DINI. 8519簡(jiǎn)體硬化層材質(zhì)簡(jiǎn)體加熱方式燕汽/導熱油蒸汽/導熱油/電溫度傳感器.靠近開(kāi)車(chē)閥設有壓力簡(jiǎn)體檢測設置溫度傳感器傳感器主電機監測溫度溫度速差、振動(dòng)減速箱形式齒輪減速行星齒輪減速95dBA,采用隔音措施后可小于95dBA.采用隔音措施后可小于減速箱噪聲等級85dBA減速箱聯(lián)軸器帶安全設定的齒輪聯(lián)軸器齒輪聯(lián)軸器DESCH型過(guò)扭矩聯(lián)軸器減速箱調速方式手動(dòng)兩級恒速變頻調速輸出轉速980 r. min~'.行星齒輪輸出轉速500 r. min~'.齒輪減速啟動(dòng)電機最高輸出轉速1 500 r. min-1減速比100比100負荷調節裝置型式旋轉調 節桿閥板節流閥負荷調節方式電機液壓齒輪泵配置,自制配置,瑞士MAAG換網(wǎng)器雙滑柱、雙層濾網(wǎng)式雙滑柱、多濾芯簡(jiǎn)式螺桿自清潔能力差中國煤化工螺桿調整適應性5弱物料停留時(shí)間長(cháng)MHCNMHG模板真空層隔熱、整體式長(cháng)通道寬加熱面積式比能/kW.h.kg-1 0. 143~0.2450.136~0. 2250. 135~0. 191第36卷增刊石油化工設備...Vol.36 Supplement2007年8月PETRO CHEMICAL. EQUIPMENTAug. 2007文章編號: 1000-7466(2007)增刊-0041-03淺析壓力容器應力腐蝕及其控制措施楊洲，李明君，高磊(四川科宏石油天然氣工程有限公司華陽(yáng)設計院，四川成都610213)摘要:分析了壓力容器應力腐蝕的危害性及其影響因素，闡述了壓力容器應力腐蝕的形態(tài)特征,綜述了近年來(lái)學(xué)者們對壓力容器應力腐蝕的研究進(jìn)展,并提出了控制壓力容器應力腐蝕斷裂可采取的措施。關(guān)鍵詞:壓力容器:應力腐蝕;殘余應力.中圖分類(lèi)號: TH 49; TQ 050. 9文獻標志碼: B .The Analysis on Stress Corrosion Cracking and Its Control MeasuresYANG Zhou, LI Ming-jun，GAO Lei .( Sichuan Kehong Oil &. Natural Engineering Co. Ltd.，Chengdu 610213， China)Abstract: The damage of the stress corrosion cracking and its factors were analyzed. The forma-tion feature of the stress corrosion cracking were presented and corresponding measures were putforward as well.Key words: pressure vessel; stress corrosion; residual stress壓力容器是工業(yè)生產(chǎn)中的常用設備,在石油、化.SCC)是指敏感金屬或合金在一定的拉應力(施加的工、冶金、食品、制藥、城市煤氣、環(huán)境工程、重型機外應力或殘余應力)和一-定腐蝕介質(zhì)的共同作用下械、能源、核站、宇航工程和海洋開(kāi)發(fā)等領(lǐng)域得到廣產(chǎn)生的一.種特殊斷裂方式,是化學(xué)工業(yè)、天然氣與石泛應用中。油開(kāi)采以及加工工業(yè)、冶金工業(yè)、火電工業(yè)及核電工應力腐蝕斷裂(Stress Corrosion Cracking,業(yè)等領(lǐng)域使用的壓力容器的最危險的損傷之一。據Cw&P公司ZSK機型采用行星齒輪減速結經(jīng)生產(chǎn)運行考核主要技術(shù)指標已經(jīng)達到設計要求，構，螺桿轉速可調,其主電機工作效率相對較高。根10X10*t/a聚丙烯裝置混煉擠壓機組施工圖設計據有關(guān)資料計算,變速驅動(dòng)效率要明顯優(yōu)于恒速驅已經(jīng)完成但還沒(méi)有實(shí)際應用,因而國內大中型聚烯動(dòng),年運行費用可降低10%左右。烴裝置用擠壓造粒機全部依靠進(jìn)口。我國大型擠壓從上述比較內容可以看出,德國CW&P公司造粒機組的技術(shù)研發(fā)與世界水平還有一定的差距，ZSK機型在系統配置中技術(shù)最為先進(jìn)、安全可靠性對于大型聚烯烴設備的國產(chǎn)化工作任重道遠。最高、生產(chǎn)適應性最強、能耗最低,完全與業(yè)內人士的一致好評相符合,因此它一直為用戶(hù)的首選。參考文獻:[1] 耿孝正,張沛.塑料混合及設備[M].北京:中國輕工業(yè)出版4結語(yǔ)社,1992.[2] Chris Rauwendal.塑料擠出[M].北京:中國輕工業(yè)出版社，我國開(kāi)發(fā)擠壓造粒機技術(shù)的時(shí)間相對比較晚，中國煤化工研發(fā)的只是中小型機組,其中ABS萬(wàn)噸混煉擠壓機(許編)YHCNMHG收稿日期: 2007-02-26作者簡(jiǎn)介:楊洲(1983-),女,四川宣漢人,助理工程師,學(xué) 士,主要從事壓力容器設計工作。