耿东方 唐迎迎 张绍武 孔 健 徐海波 王兆堃

(1.中国神华煤制油化工有限公司榆林化工分公司；2. 甘肃宇辰化工公司；3. 甘肃蓝科石化高新装备股份有限公司)

兰州石化年产20万t的高压聚乙烯装置引进德国Basell公司LUPOTECHT®管式法反应器技术，以乙烯为主要原料，醋酸乙烯为共聚单体，过氧化物为引发剂，丙烯、丙醛为分子量调整剂；聚合反应是采用乙烯单点进料、过氧化物四点注入的脉冲式反应。装置由意大利TECNIMONT工程公司进行基础设计，大庆石化设计院进行部分详细设计，由中国石油吉林化工建设公司建设。2005年4月15日破土动工，于2006年12月21日投产。装置占地面积近3万m2，设计年生产能力20万t聚乙烯(颗粒)树脂，年操作时数8 000h，可生产薄膜、电缆及管材等高压低密度聚乙烯树脂和乙烯-醋酸乙烯共聚树脂共16个牌号的产品。

1 挤压造粒概况及模板结构

1.1 挤压造粒概况

挤压造粒机是广泛应用于橡塑机械行业的重要设备[1]。挤压和造粒系统的主要组成部分包括主挤出机、辅助挤出机和造粒机。主挤出机型号为单螺杆KE600，螺杆直径600mm，螺杆长度L与直径D比为16∶1，螺杆最大转速为87.5r/min，最大处理能力34.5t/h。辅助挤出机型号为双螺杆KTX73 MX。造粒机型号为UP-650N，期望处理能力40.0t/h，保证处理能力34.5t/h，切刀共20把，材料为工具钢(硬度约为60HRC)，切刀转速200.0～750.0r/min，颗粒水量550m3/h，温度40.0～70.0℃。按照挤压造粒系统工艺操作单元分类，造粒机组设备主要包括3部分：挤压造粒机组本体部分、挤压造粒机组辅助系统和挤压造粒机组外围工艺设备[2]。

挤压和水下切粒工艺流程为：温度在210.0～280.0℃熔融的高压聚乙烯从低压产品分离器经过闸板阀进入主挤压机中；加入添加剂，爽滑剂由计量泵、稳定剂由计量泵注入到进料区的下游。开口剂和返回的不合格品，通过辅助挤压机加入主挤压机中，熔融聚合物与所有添加剂混合，在到达模板前完成。聚合物压力升高并混合均匀后，通过挤压机螺杆输送到模板，然后经水下切粒机切粒，所切粒子由颗粒循环水送到离心干燥器脱水，进入振动筛，在此将不合格的粒子分出后，将合格颗粒送入料仓等待包装[3]。

1.2 造粒模板

造粒模板采用热槽式，本体材料为SUS403。表面硬化层材料为碳化钛，厚度为3mm，硬度为60～62HRC。模板采用HPS加热，模板孔数为3 376个，模板孔径2.4mm。

挤压机造粒时，在挤压机单螺杆的推力作用下，熔融聚乙烯物料从挤压机筒体通过模头滤网孔进入模板流道；高压蒸汽在模板通道内流动，其热量由换热通道传递给熔融物料，熔融物料由出料孔挤出造粒面被冷却水迅速冷却硬化，随即被高速旋转的切刀切割成颗粒，完成整个造粒过程。

1.3 国产模板技术参数

拟试用国产模板参数如下：

钎焊接头剪切强度 不小于150MPa

造粒带表面硬度 62～66HRC

造粒带表面粗糙度 不大于0.8μm

造粒带平面误差度 不大于0.2μm

造粒带与止口平面度误差 不大于30.0μm

造粒带表面温差(工况下) 不大于2.0℃

出料孔直径误差 不大于40.0μm

出料孔粗糙度 不大于1.6μm

2 国产模板及切刀的安装

2.1 国产模板的安装

国产模板与刀轴的垂直度调整是影响模板寿命的关键因素。理想状态下，模板与切刀切割表面是平行的。因此，垂直度调整的好坏，不仅影响模板的寿命，也直接影响产品的质量，在现场实际生产中要求平行数据在30.0μm内。

将模板常温紧固，然后对模板进行升温，升温时间与梯度均有严格要求，升温过快极有可能造成模板造粒带裂纹，升温过慢则使模板不能达到最佳效果。

对于长时间停车情况，模板加热的升温速度不宜过快，初次加热升温速度应控制在1.0～1.5℃/min，每50.0℃为一个加热梯度，分步进行，每上升50.0℃都应恒温1h后再升温，直到加热到100.0℃。当升温到100.0℃后，按每10.0℃为一个加热梯度继续升温，直到达到工艺要求值，然后进行恒温传热2h，使各部件温度均衡。最后使用专用工具对模板安装螺栓进行热紧固。

对于短时间停车情况，模板温度未降至100.0℃以下，加热升温速度应小于6.0℃/min，温度达到180.0～220.0℃时，同样保持该温度条件下恒温2h。

模板找正方法：将找正专用表固定在切粒机切刀轴上，然后将水室移动使表能接触到造粒带的表面。然后合模、加锁并移去视窗玻璃。此时不急于观测数据，由于千分表的表针刚接触到模板的表面，二者存在较大温度差，因此需将其放置一段时间，然后通过视窗盘车观察。若发现磁力表座的指针在同一位置不再发生偏移，即可进行垂直度的找正工作。此时刀轴联轴器已经脱开，盘车一周记录下8个位置的数据，具体位置如图1所示。位置3的偏移0.01mm，位置6偏移-0.01mm，其余位置无偏移。如果数据超差，必须拆下切刀，清理刀盘的切刀安装槽，重新安装找正，直至数据在正常范围内。

图1 模板找正测量位置标号

2.2 切刀的安装

影响模板使用周期和效果的因素中，除了模板自身质量之外，切刀的选择与安装对其的影响最大。2006年10月开车时，兰州石化高压聚乙烯装置的切粒机是日本神户制钢公司生产的P-650N，刀盘每次换刀量为20把，材料为碳化钨。至2006年12月开车平稳后，为了降低企业生产成本，在不影响设备长周期运行的前提下，兰州石化公司积极推进关键设备部件国产化，并取得巨大成功，实现切刀备件国产化，目前国内同类装置此类备件国产化技术较为成熟。

随着塑料牌号的不断增加，塑料树脂的熔融指数范围逐步增大。高熔融指数塑料造粒过程中，不但要求模板造粒带表面必须平整，出料孔边缘必须锋利，造粒带与切刀刃部的间隙必须相当小，而且对切粒刀刃口的锋利程度要求也非常严格。为了适应生产不同熔融指数树脂原料工况要求，切粒刀的选用原则：

a. 当模板表面状态很平整，切刀与之较容易磨合时，可采用金属陶瓷复合切刀，但刃带宽度应控制在2.5mm以下；

b. 当模板表面状态不平整时，可选用整体复合涂层切粒刀；

c. 调整切粒刀刃部的硬度，为使切粒刀刃部与模板造粒带的硬质面硬度匹配，将切刀刃部的硬度调低至53～55HRC，使之与模板造粒带的硬度差为7～13HRC，以保证模板的正常磨损。硬度差太小会使模板造粒带磨损严重，进而影响产品外观质量和模板寿命；硬度差太大则会造成切刀使用周期太短，甚至造成拖尾料的产生。

切刀使用周期一般为3～6个月，模板使用周期一般为3年。数据显示切刀国产化后，切刀寿命一般为3个月，但可以在不影响产品外观质量的前提下保证模板达到3年的使用寿命，国产切刀寿命约是进口切刀寿命的2/3，但费用为进口切刀费用的1/4，对模板的磨损明显小于进口切刀。

装切刀的时候要清理刀片和刀架的安装面，保证刀片和刀架之间不夹有外界颗粒及熔融料等杂质。固定螺栓的拧紧力矩要控制均衡，要使每个刀刃上的切割表面偏移尽可能小。20把切刀刀刃与模板的平行偏移度控制在30.0μm以内，因为每组刀片的厚度偏差不同，所以一个组中的刀片要一起保存并一起使用。为了确保刀片的位置，要用由厂家提供刀片的专用固定螺栓。

切刀找正方法：切刀安装在切刀盘后，置于找正专用基准平台(图2)，将20把切刀编号为1～20，把千分表固定至第一把切刀，调整至零位，旋转一周分别记录下20把切刀的数据，如数据超出范围，则需要调整后重新找正，切刀找正数据见表1。

图2 切刀找正专用基准平台

表1 切刀找正数据

3 模板的操作维护

3.1 模板与切刀的对磨

切刀与模板的第一次磨合对整个模板的寿命有重要影响。进刀压力过大会造成切刀啃噬模板造粒带表面硬质层，减少模板的使用寿命；进刀压力过小会使切刀研磨不均，无法达到磨刀效果，开车后有可能产生拖尾料，影响产品质量。根据进口模板的相关经验，同时考虑国产模板的特殊性，初次磨刀进刀压力控制在0.17MPa，磨刀时间约20min，解锁检查切刀正常磨损是否均匀。磨刀的最好效果是切刀与造粒带的结合处每把切刀都有轻微、均匀的磨损痕迹。同时，磨刀后检查造粒带有无细小裂纹，内六方紧固检查造粒带内侧固定合金垫内六方有无松动，确认是否具备开车条件。

3.2 关键工艺操作及设备滤网的优化

开车前氧化熔融物料未全部排出、排料后部分模孔堵塞、部分模孔未填充均匀熔融物料、开车前模板表面物料清理不彻底及未涂抹相关保护油脂等，都将严重影响产品质量和模板使用寿命。同时，颗粒水工艺参数对模板也有影响，一般将水温控制在55.0℃左右。水温过低会使模板上、下游长期处于高温差和高压差环境，对模板寿命有严重影响；水温过高会使熔融物料造粒后产生拖尾料，因此颗粒水的温度要随着生产产品熔融指数进行相应的调整。颗粒水的流量也要控制在一个合适的范围之内，一般控制在550m3/h左右。

模头滤网是主挤压机模板最重要的保护部件，是熔融物料进入模板流道前的保护设施，其作用是过滤掉挤压机筒体内熔融物料的机械杂质及未融添加剂等，保护模孔不被堵塞。对于原装进口模头滤网，由于生产特点的局限性，使用周期短，约3个月需更换滤网，远低于计划检修周期。在外方专家和相关技术单位的配合下，通过对模头滤网进行多次技术改造，最终把进口原装四层复合滤网的4种滤网目数规格改为40mm×100mm×40mm×20mm，改造后运行平稳。

理论上滤网目数越大对模板模孔保护越好，但是会提高模头压力，严重时会造成止推轴承失效，因此，合理的滤网目数对于模板及主挤压机具有重要的影响。

4 国产模板与进口模板对比

4.1 产品关键数据对比

自2012年6月17日更换国产模板后，先后多次生产了车间的3种代表性产品——2426H、2426F、1810D。3种产品熔融指数由高至低，其中2426H为装置生产过的熔融指数最高的产品，1810D为装置生产过的熔融指数最低的产品，此3种产品可以代表装置的产品结构。通过随机抽取这3种产品的相关生产数据，对比进口与国产模板的性能，使用进口模板与国产模板产品关键数据见表2。通过对比挤压机关键技术参数，国产模板可以达到进口模板的运行工况。

表2 KE600挤压机使用进口模板与国产模板关键数据对比

4.2 产品外观质量对比

在正常开车时，随机抽取进口模板与国产模板产品进行外观质量对比(表3)。通过对比产品外观质量发现，国产模板的产品外观质量优于进口模板外观质量。国产模板试用过程中常见异常现象及对策见表4。

表3 进口、国产模板粒料外观质量对比

表4 国产模板试用过程中常见异常现象及对策

5 结束语

高压聚乙烯装置KE600挤压机通过积极推进关键设备核心部件的国产化，将进口模板更换

成国产模板，运行一年半后，挤压机模板运行平稳，产品外观、质量甚至优于进口模板的。通过测量模板表面造粒带磨损情况，对比同期进口模板磨损情况发现，数据均优于进口模板，预计寿命可达3.0～3.5年。国产化模板的成功应用，将会对此类装置设备核心部件的国产化产生积极影响。

[1] 赵文增.聚丙烯挤压造粒机组自控系统分析及故障处理措施[J].化工自动化及仪表,2012,39(11): 1397～1403.

[2] 刘瑞年.PCS7在聚丙烯挤压造粒机控制系统中的应用[J].化工自动化及仪表，2010,37(8):124～126,130.

[3] 曾正，师燕燕.590P系列直流调速器在双螺杆挤压造粒机主机调速中的应用[J].化工自动化及仪表，2010,37(9):132～136.