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劉東
（中國石化集團(tuán)寧波工程有限公司，浙江寧波 315103）
摘要：擠壓造粒機(jī)組的可靠穩(wěn)定運(yùn)行對保證聚乙烯裝置長周期,、穩(wěn)定生產(chǎn)起關(guān)鍵作用,。介紹了LCM400型擠壓造粒機(jī)組的主要技術(shù)參數(shù)、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及主要部件材質(zhì)選擇,，并與CM410型擠壓造粒機(jī)進(jìn)行比能耗和可靠性比較,，結(jié)合其在聚乙烯裝置的應(yīng)用，指出該型機(jī)組存在的問題,，并提出了相應(yīng)的建議,。
關(guān)鍵詞：擠壓造粒機(jī),；聚乙烯裝置；技術(shù)參數(shù),；結(jié)構(gòu)特點(diǎn),；作用
1、概述
蘭州石化200kt/a的聚乙烯裝置是引進(jìn)美國UNWATDN公司氣相法專利技術(shù)工藝包,，由日本東洋工程公司承擔(dān)基礎(chǔ)設(shè)計(jì),，中石化寧波工程公司承擔(dān)詳細(xì)設(shè)計(jì)而建成，可生產(chǎn)線性低,，高密度多種牌號的聚乙烯產(chǎn)品,。該裝置于2004年5月立項(xiàng)，2006年10月投產(chǎn)開車,，至今一直保持連續(xù),、穩(wěn)定運(yùn)行。其中擠壓造粒機(jī)組的可靠,、穩(wěn)定運(yùn)行是古堡聚乙烯裝置長周期,、穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵機(jī)械設(shè)備。
2擠壓造粒系統(tǒng)的工藝流程
擠壓造粒系統(tǒng)的工藝流程如圖1所示,。脫氣后的粉料樹脂和各種添加劑混合后,，經(jīng)料斗送至混煉機(jī)中熔融，并通過節(jié)流閥調(diào)節(jié)混煉油程度,；熔融樹脂經(jīng)熔融泵增壓,，通過換網(wǎng)器的過濾網(wǎng)去除部分雜質(zhì)后，送至模板,；壓模后的聚乙烯進(jìn)入切粒機(jī)的封閉水腔中,，由旋轉(zhuǎn)切刀在冷卻水中進(jìn)行切割造粒；顆粒料被冷卻水帶入除塊器中,，將大塊顆粒除去后送至離心干燥機(jī)脫水干燥,；干燥后的顆粒料送至振動(dòng)篩篩分，合格產(chǎn)品被送入凈化倉存放,。
3,、主要技術(shù)參數(shù)
本裝置中擠壓造粒機(jī)組選用日本神戶制鋼（KSL）制造的LCM400型機(jī)組。機(jī)組主要由驅(qū)動(dòng)電機(jī),、齒輪箱,、混煉機(jī)、熔融泵,、換網(wǎng)器,、切粒機(jī)，以及其他輔助系統(tǒng)等組成,，機(jī)組呈L形布置,。
LCM400擠壓造粒機(jī)組的主要技術(shù)參數(shù)如下：
螺桿直徑D 492mm
長徑比L/D 8
中心距 425mm
螺桿轉(zhuǎn)速 高速 500r/min
低速 375r/min
裝機(jī)功率 9200Kw
最大產(chǎn)量 正常 46t/h
期望 50t/h
主減速器型號 FLENDER
齒輪泵型號 KNT-100
換網(wǎng)器型號 KSD-300C
切粒機(jī)型號 UP-850N
4,、主要結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
4．1混煉機(jī)
1）結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
混煉機(jī)的主驅(qū)動(dòng)電機(jī)采用恒速電動(dòng)機(jī)，并帶盤車電動(dòng)機(jī),，主減速機(jī)為閉式齒輪兩速減速器（高速500r/min,，低速375r/min），減速器與混煉機(jī)之間采用齒輪聯(lián)軸器聯(lián)結(jié),。
主體混煉機(jī)由兩根截面呈三角形的異向旋轉(zhuǎn)的高速轉(zhuǎn)子組成,，轉(zhuǎn)子兩端支撐，這樣轉(zhuǎn)子與轉(zhuǎn)子之間,，以及轉(zhuǎn)子與殼體之間不會(huì)發(fā)生接觸,，避免了因磨擦而產(chǎn)生金屬磨屑，且可在空料下進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn),。
混煉機(jī)分為加料段,、混合段、節(jié)流閘閥,、排空段,、熔體輸送段五部分。加料段螺桿直徑比混合段螺桿直徑大,，以便于低堆積密度物料的加入,。混合段轉(zhuǎn)子截面為特殊感觸形,，物料主要在轉(zhuǎn)子與殼體間的頂隙進(jìn)行混合和熔化,，轉(zhuǎn)子的特殊設(shè)計(jì)使物料充分混合而達(dá)到非常好的熔融效果。節(jié)流閘閥是神戶制鋼所的專利,，它可針對生產(chǎn)不同型號和產(chǎn)量的聚乙烯產(chǎn)品來調(diào)節(jié)閘閥的開度,，以調(diào)整物料的滯留時(shí)間、混煉程度和樹脂溫度,，有效防止物料發(fā)生降解和減少魚眼發(fā)生率,，節(jié)約了能耗,，提高了產(chǎn)品質(zhì)量,。由于聚乙烯產(chǎn)品中沒有易揮發(fā)氣體，排空段可以用堵頭封住,。熔體輸送段將熔融好的樹脂送至齒輪泵,，同時(shí)在排空段末端設(shè)有出料閥，以便在開車和切換不同型號的產(chǎn)品時(shí)除去殘存在混煉機(jī)中的廢料,。
2）軸封的特點(diǎn)
混煉機(jī)驅(qū)動(dòng)端（粉料端）采用TEFLON密封加油環(huán),，并通入氮?dú)狻＿@種結(jié)構(gòu)可以有效防止粉料泄漏及空氣滲入機(jī)內(nèi),。濕端（熔融物料端）采用VIS-CO密封,，外端軸套用冷卻水冷卻,，使物料保持合理的黏度，并通入氮?dú)庖苑乐刮锪涎趸徒橘|(zhì)泄漏,，保證了密封的可靠性,。
4．2熔融泵
熔融泵選用神戶制鋼制造的KNT100型齒輪泵，采用變頻調(diào)整,，可根據(jù)物料熔融狀態(tài)和入口壓力調(diào)節(jié)齒輪泵轉(zhuǎn)速,，以節(jié)約能耗。軸承以熔融樹脂潤滑,，齒輪轉(zhuǎn)子采用熱油冷卻,，以減少軸承的熱負(fù)荷，延長其使用壽命,。
4．3換網(wǎng)器
換網(wǎng)器采用雙聯(lián)式,，過濾面積為0.5m2，過濾精度不低于1.4mm,，處理能力為50t/h,。換網(wǎng)器主要由滑桿、殼體,、液壓油缸和剎車板等部件組成,。當(dāng)物料殘存量較多需要清理過濾網(wǎng)時(shí)，可在低速不需停機(jī)狀態(tài)下進(jìn)行換網(wǎng),，時(shí)間只需5min左右,。簡潔方便的換網(wǎng)器設(shè)計(jì)保證了機(jī)組的連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。
4．4切刀及調(diào)整方式
整個(gè)切粒系統(tǒng)的設(shè)計(jì)安全,、可靠,。切刀裝置技術(shù)服務(wù)恒溫操作柱，通過恒溫控制可始終保持切刀與模板的垂直度,，防止切刀在切粒時(shí)發(fā)生擺動(dòng),，保證了產(chǎn)品質(zhì)量。進(jìn)刀操作采用自動(dòng)進(jìn)刀控制系統(tǒng),，使切刀的進(jìn)刀距離保持穩(wěn)定,，從而減少刀具的磨損，提高其使用壽命,。切刀中心設(shè)置噴水系統(tǒng),，以降低模板發(fā)生汽蝕的可能性，同時(shí)清除刀盤中心的切屑,，提高了模板使用壽命,。刀具采用彈簧預(yù)緊，減少刀軸及刀架的震動(dòng),，達(dá)到良好的切粒效果,。進(jìn)發(fā)采用自動(dòng)鎖緊系統(tǒng),，使用方便，勞動(dòng)強(qiáng)度低,。
4．5主要部件材料選擇
轉(zhuǎn)子材料為鍛鋼,，表面鍍鉻（δ=0.03mm），混煉機(jī)筒體主體采用鍛鋼,，內(nèi)表面做硬化處理,，增加了耐磨性和耐腐蝕性。模板基體采用不銹鋼,，耐磨板為碳化鈦,，切刀刀頭為碳化鈦，有效地增強(qiáng)了切刀的耐磨性,，延長了使用壽命,。
5、性能分析
5．1比能耗分析
比能耗是指每單位生產(chǎn)能力所水泵的功率,，它是評價(jià)擠壓機(jī)性能的重要指標(biāo)[1],。在保證聚乙烯產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量的前提下，擠壓機(jī)比能耗越低表明其性能越好,。生產(chǎn)不同型號的聚乙烯產(chǎn)品時(shí),，日本神鋼（KSL）的LCM400型擠壓造粒機(jī)與日本制鋼（JSW）的CM410CM型擠壓造粒機(jī)的比能耗見表1。
從表1可以看到,，KSL的LCM400型比JSW的CM410擠壓機(jī)比能耗要低,。在聚乙烯產(chǎn)品的熔融指數(shù)F1=9時(shí)，LCM400與CM410的比能耗最大,；在M1=40時(shí),，兩者的比能耗相差最大。以裝置設(shè)計(jì)能力為50t/h每年連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)8000h,，1kw·h電費(fèi)按0.50元計(jì)算,，則兩者的電費(fèi)差客最大為0.5×50000×8000×(0.142-0.124)=360萬元，即LCM400比CM410擠壓機(jī)每年可節(jié)約電費(fèi)360萬元,。由此可見,，KSL的LCM400型擠壓造粒機(jī)在性能上是先進(jìn)的。
5．2可靠性分析
可靠性是指系統(tǒng)和設(shè)備在規(guī)定條件下和規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成額定功能的能力[2],。由于物料的混合程度不同,，主電動(dòng)機(jī)的裝機(jī)容量必須留有裕量,。功率裕量越大,，機(jī)組可靠性越高，同時(shí)產(chǎn)能擴(kuò)展裕量越大,。但主電動(dòng)機(jī)的裕量過大會(huì)降低整機(jī)效率,，增加能耗,。
200kt/a的聚乙烯裝置可生產(chǎn)12種型號的聚乙烯產(chǎn)品。由于生產(chǎn)不同型號的產(chǎn)品時(shí)電機(jī)負(fù)荷率不同,，為了保證所有型號的產(chǎn)品能正常生產(chǎn),，擠壓造粒機(jī)組主電動(dòng)機(jī)的裝機(jī)容量必須要滿足裝置實(shí)際生產(chǎn)中所需的最大功率，并最大限度地留有裕量,，即保持高可靠性,。生產(chǎn)不同型號的聚乙烯產(chǎn)品時(shí)，KSL的LCM400型與JSW的CM410型擠壓造粒機(jī)的實(shí)際最大軸功率見表2,。
從表2中可看出,，生產(chǎn)DSX4807H（F19）產(chǎn)品時(shí)，擠壓造粒機(jī)的主電動(dòng)機(jī)所需的實(shí)際最大軸功率最大,。則LCM400的功率裕度為（9200-8280）/8280=11.1%,；CM410（裝機(jī)容量為9800KW）的主電機(jī)功率裕量為（9800-9000）/9000=8%。顯而易見,，LCM400型擠壓造粒機(jī)的可靠性要比CM410型的高,。
另外，以生產(chǎn)市場上主打型號DM-1810聚乙烯產(chǎn)品為例,，LCM400的電機(jī)負(fù)荷率為7790÷9200=84.6%,；CM410電機(jī)負(fù)荷率為7900÷9800=80.6%。顯然,，LCM400的電機(jī)負(fù)荷率比CM410的高,。當(dāng)生產(chǎn)其他型號的產(chǎn)品時(shí)，比較其計(jì)算結(jié)果,，LCM400的電機(jī)負(fù)荷率比CM410的相對高一此,。因此，LCM400比CM410選配的電機(jī)要合理,。
從以上分析可以看出,，比能耗越低，主電動(dòng)機(jī)的裕量越合理,，擠壓造粒機(jī)組的性能越好,。
6、存在問題及建議
LCM400型擠壓造粒機(jī)組可生產(chǎn)12種型號的聚乙烯產(chǎn)品,，生產(chǎn)不同型號的產(chǎn)品時(shí)電機(jī)負(fù)荷率差別也很大,。如F1=9時(shí)，電機(jī)負(fù)荷率為90%,；當(dāng)M1=2及M1=20時(shí),，電機(jī)負(fù)荷率僅為58%，即電機(jī)長期在低負(fù)荷下運(yùn)行，這是極不經(jīng)濟(jì)的,。據(jù)此,，筆者提出以下建議。
1）采用變頻電機(jī)或液壓耦合器調(diào)節(jié)螺桿轉(zhuǎn)速,，提高電機(jī)利用率,。雖然在建設(shè)初期，一次性投資較大,，但運(yùn)行成本會(huì)降低,，這對于大功率設(shè)備是極其重要的。
2）針對設(shè)備性能和工藝要求,，選擇熔融塑化效率高,，混合性能好，能耗低的擠壓造粒機(jī),。如在聚乙烯生產(chǎn)工藝中,，LCM型比CM型擠壓造粒機(jī)性能優(yōu)越，但在聚丙烯生產(chǎn)工藝中,，LCM型就沒有CM型擠壓造粒機(jī)比性能好,。
7、結(jié)束語
在今后幾年中,，國際市場對聚乙烯產(chǎn)品的需求量越來越大,，選擇高產(chǎn)能、低能耗,、可靠性高的擠壓造粒機(jī)更為重要,。目前，國內(nèi)的擠壓造粒機(jī)制造水平較低,，因此擠壓造粒機(jī)的生產(chǎn)廠家應(yīng)當(dāng)本著充分吸收國外先進(jìn)技術(shù),、從小到大、逐步放大,、合作制造,、消化提高的原則，加快提高國內(nèi)擠壓造粒機(jī)的制造水平,。
參考文獻(xiàn)：
[1]耿孝正,，編著，雙螺桿擠出機(jī)及其應(yīng)用[M],，北京：中國輕工業(yè)出版社,，2003：66
[2]JLWhite，H Potente.螺桿擠出[M],，北京,；化學(xué)工業(yè)出版社。2005：125
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