高凤文，吉豪杰，宋清建，林大平，朱鑫

（中国石油天然气股份有限公司 抚顺石化分公司烯烃厂，辽宁 抚顺 113004）

延长挤压机切刀使用寿命的研究

高凤文，吉豪杰，宋清建，林大平，朱鑫

（中国石油天然气股份有限公司 抚顺石化分公司烯烃厂，辽宁 抚顺 113004）

目前线性低密度聚乙烯装置使用LCM450H型挤压造粒机，由日本神户制钢所生产，是国内最大的挤压造粒系统。在该机组中，切刀为易损部件，其使用情况与产品质量和装置成本有直接的关系。本文介绍了影响切粒机切刀使用寿命的因素及延长使用周期的方法。

切粒机；切刀；模板

Abstract：At present, the linear low density polyethylene plant in Fushun petrochemical company uses LCM450H pelletizer.The pelletizer was produced by Kobe steel company, and now it is the largest pelletizing system in China.The pelletizer cutter is wearing part; its service life affects directly the product quality and benefits of the polyethylene plant. In this paper, the factors of affecting the service life of cutter were analyzed, and the measures of prolonging the pelletizer cutter service life were discussed.

Keywords：Pelletizer；Cutter；Die plate

国内某烯烃厂45万t/a线性低密度聚乙烯装置引进美国Univation公司的气相流化床工艺技术。该装置的挤压切粒机组采用日本神户制钢公司生产的LCM450H型挤压机组，该机组为目前国内最大的挤压造粒机组，设计年操作时间为8 000 h，操作弹性为60%～110%。

挤压造粒机组是聚乙烯装置生产的重要大型设备，其运行时间长短直接影响整个装置的长周期运行。本文重点从切刀的操作参数调整出发，做到避免切刀非正常磨损，以及实现延长切刀使用寿命的目标。

1 切粒机简介

1.1 切粒机型号及规格

抚顺 LLDPE装置采用的切粒机型号为UP1000N，为水下造粒机。切粒机主要规格为：

模板类型：加热通道 ；

孔 径：3.5 mm；

孔 数：6 360个；

加热介质：热油 ；

表面硬化：碳化钛镀层；

切刀数量：20把；

转 速：100～400 r/min；

电机功率：300 kW（VVVF）。

1.2 切刀简介

切刀通过螺栓固定在切刀盘上，切刀盘安装在可以前后移动的刀轴上，切刀通过刀轴自动加压系统，使其一直贴近模板。切刀与模板时刻摩擦，为了避免模板的磨损，切刀本体为不锈钢材质，刀刃一般采用材质较软的复合型碳化钛或高密度陶瓷材料，刀刃最大磨损量一般为2 mm。切刀的使用寿命与其生产的牌号、模板的平行度、切刀与模板的接触压力及操作参数的设定有的关系，根据不同的工况切刀的使用寿命一般在3到6个月不等。

2 切刀正常生产时相关参数的分析

2.1 切刀材质的影响

切刀硬度必须和模板硬度相匹配，如果切刀的材料过硬会导致模板的相对磨损过大；如果切刀的硬度过小会引起切刀磨损量增大生产出不规则的颗粒和产生较多碎屑。切刀刀刃的锋利度对树脂颗粒的形状也有很大影响，切刀刀刃锋利切出的树脂颗粒就比较规则也不带碎屑。反之树脂颗粒将粗糙不规则，有时会带有拖尾，碎屑料，严重者会缠刀造成停车[1]。为了保证颗粒产品粒子晶莹、饱满、无棱角、碎块须选择合适的切刀材料及热处理工艺，通常切刀材质选用 Cr12MOV钢号，硬质合金材料及特殊合金钢[2]。

2.2 进刀压力调整

该切粒机切刀加压系统能自动向切刀加压，使其一直靠近模板，并处于合适压力下，从而增强切刀操作。模板与刀具间的接触压力由液压缸的油压来控制。这个接触压力会影响颗粒的形状及刀具的使用寿命。因此，液压油的设置压力需要认真确定并控制。通常，压力过大会缩短模板与刀具的寿命。而压力过低又会造成颗粒形状不合格而切割不稳定，甚至造成缠刀停车。最佳的设置取决于运行条件，如刀具数量，切割速度及颗粒冷却水温度。

正常情况下切刀与模板的接触力F(n)主要受仪表风驱动气缸推力F1和切刀高速旋转产生的推力F2,其关系为：

图1为理想切刀与模板接触力下转速与F1的关系图[3]：

图1 切刀转速与F1的关系图Fig.1 The relationship between cutter rotate speed and F1

2.3 产品颗粒大小的控制

在一定产量下，切刀转数取决于颗粒的重量，在大多数工厂里对颗粒的大小是有要求的，大部分控制在 30～35（mg）。

颗粒重量的计算公式为：

式中：W1——颗粒重量, mg;

Q——产量, kg/h;

N——切刀转数, r/min;

D——膜孔数（按6 000计算）;

K——切刀数（20把）。

由以上公式可以看出在一定的产量下，颗粒重量（W1）与切刀（N）成正比，由此可见，切刀的转数与产量是调整颗粒重量的主要参数。在正常生产时，产量一定，主要调整的切刀的转数。图2为30～35 mg颗粒重量下切刀转速与产量的关系：

图2 切刀转速与产量的关系图Fig.2 The relationship between cutter rotate speed and production capacity

在正常生产中，绝大多数客户对产品颗粒的粒径均无特殊要求，所以粒径在允许范围内控制略大些对切刀有利，这样能减少切割次数进而降低切刀的磨损。

2.4 刀轴锁运行模式的选择

切粒机运行模式有三种：

（1）刀轴向前运行模式。此模式适用于持续向前的压力，刀具总是被压到模板上，而压力不变。一般来说，在生产低粘度树脂时，最好采用刀轴向前的运行模式，以保持模板与刀具之间的压力不变。

（2）刀轴手动锁定运行模式。这种模式利用手柄来减少刀具轴向前运动时刀具的磨损并控制刀具的位置。这种运行模式下，操作人员应该定期检查颗粒的切割状况，必要时手动旋转手柄使刀具轴向前运动，这种操作不适合大型机组连续生产，一般极少采用，主要用于机组调试期间。

（3）刀轴自动锁定运行模式，这种模式在刀轴向前运动时，利用气缸来机械固定刀轴，从而减少刀具的磨损。刀轴锁定时间、解锁时间的长短可由操作人员设定，设定的时间可根据不同等级的产品及产量而变化。产出的颗粒形状不规则时，如出现尾状颗粒，刀轴应解锁并手动适当向前进刀。这种也是目前的主流操作，针对大多数牌号都适合，这种切粒模式即保证了颗粒的外观，又降低了切刀的磨损量，增加了切刀的使用寿命。对于硬度小的料延长自动解锁间隔时间，对于硬度大的料应适当缩短自动解锁间隔时间。对于极特殊的牌号可以直接手动控制刀轴锁，防止退刀、断刀等情况发生。

目前抚顺采用的是第三种模式切粒，程序设定为：开工30 min后自动锁定，每隔1 800 min解锁2 s，进行调整刀距。

2.5 颗粒水温度的控制

颗粒水的作用是冷却、输送颗粒。颗粒水温度对于颗粒的外观及切刀的磨损有重要作用。水温过低挤出的树脂温度低料硬，不但对切刀磨损大易产生细粉，而且易堵膜孔，但优点是切出的颗粒饱满外形较美观。水温过高挤出的树脂温度高料软，切出的颗粒容易带尾，颗粒外形不规则，但优点是对切刀的磨损小。

对颗粒外形没有特殊要求的情况下，切刀前期磨损量小，切割性能好，水温高也不会出现带尾料，这样有利于减少细粉降低切刀的磨损。但水温也是由上限的。温度过高会使颗粒粘连造成下游堵塞。树脂的粘结温度与树脂的密度和指数有关。具体如下式[5]：

T= -482.9+639×D-1.278×ln(MI)（丁烯牌号）[4]

T= -482.9+639×D-1.278×ln(MI)-5（己烯牌号且0.931≤D）[5]

T= -482.9+639×D-1.278×ln(MI)-3（己烯牌号且0.931＜D＜0.950）[5]

T= -482.9+639×D-1.278×ln(MI)（己烯牌号且 D≤0.950）[5]

式中：T——树脂粘结温度,℃;

D——树脂密度, g/cm3;

MI——树脂熔融指数, g/10 min。

正常的操作温度最高温为T-10（℃），即切粒室出口温度不得高于T-10（℃）。为保险起见我们将切粒室出口温度报警值根据不同的牌号改为T-15（℃）。

随着切刀的使用磨损量增大，我们根据颗粒外形调整水温，但水温不能过低，高温度模板遇到过低温的水不但容易产生内部应力损坏模板，而且易堵塞膜孔影响造粒。根据颗粒形状及切刀磨损情况，抚顺石化生产的丁烯-1共聚低密度膜料产品来说最佳温度范围为70～75 ℃。

2.6 正确的磨刀操作

切刀的安装水平直接影响磨刀效果，磨刀的目的是使刀与模板完全贴合，如安装时刀面的偏差过大，磨刀时就会有部分刀磨损过大影响切刀的使用寿命。刀与刀表面偏差理想值是0.015 mm，且越低越好。

磨刀根据刀的厂家不同操作时间也不同，在磨刀时防止刀压过高造成切刀根部磨损过大严重影响切刀的寿命。正常磨刀一般在低压低速下进行，磨刀时间根据经验进行摸索，不同的刀所需时间不同。所有刀都刚好磨到是磨刀的最佳状态。如磨刀时间不够，刀与模板未完全贴合，生产时容易产生大小粒。如磨刀时间过长，切刀磨损量大，减少切刀的使用寿命。同时模板的平整度对切刀影响也很大，所以每次没到之前要检查清理好模板，使模板表面清洁平整，在每次磨刀或开车之前涂好硅油，增加刀与模板间的润滑减少切刀的磨损。

2.7 其他相关操作

影响切刀和切粒效果的其他因素还有很多，如机组频繁开停、频繁提降产量、操作期间参数大的波动等等。平稳操作对所有运行的机组来说都是有利的，尤其对于挤压机这样的联合机组更是如此，因此应该在平稳操作上多下功夫，加强日常维护、保养，强化巡检力度及时发现问题并及时处理，避免不必要的停车。

3 结束语

挤压造粒机组作为聚烯烃树脂生产线上的大型机组，程序复杂，连锁条件相对较多，经常出现各种各样的问题。切刀作为切粒机的核心部件，需要我们不断的探索、完善，使其能长周期运行，从而实现整个机组的更长周期平稳运行。抚顺石化45万吨/年线性低密度聚乙烯装置通过长期对切粒机操作条件的摸索，实现了切刀使用寿命长达 23个月的运行时间，为挤压机的长周期运行提供了有效保障。

［1］王刚，刘峰．挤压机常见切粒故障分析及处理[J]．石化技术，2011(2).

［2］王进泽.造粒机模板与切刀对聚乙烯颗粒质量的影响[J].合成树脂及塑料,1996(6).

［3］KSW操作维护手册[R].

［4］E.H. Theobald, "Resin Sticking Temperature"[R]. Memorandum to J. M.Jenkins, III, August 25, 1988.

［5］M. W. Blood, "Kill Temperatures for PE"[R]. Memorandum to R. N. Reib,January 27, 1997.

Study on Prolonging the Pelletizer Cutter Service Life

GAO Feng-wen, JI Hao-jie, SONG Qing-jian, LIN Da-ping, ZHU Xin

(PetroChina Fushun Petrochemical Company Olefin Factory, Liaoning Fushun 113004, China)

TQ 325

A

1671-0460（2014）09-1916-03

2017-05-10

高凤文（1981-），男，辽宁省抚顺市人，工程师， 2005毕业于辽宁石油化工大学环境工程，研究方向：从事石油化工技术工作。E-mail：gaofengwen@petrochina.com.cn。