阅读训练题及答案:LCM400挤压造粒机组在聚乙烯装置中的应用

来源：　　发布时间:2008-6-2 10:42:29
刘东
（中国石化集团宁波工程有限公司，浙江宁波 315103）
摘要：挤压造粒机组的可靠稳定运行对保证聚乙烯装置长周期、稳定生产起关键作用。介绍了LCM400型挤压造粒机组的主要技术参数、结构特点及主要部件材质选择，并与CM410型挤压造粒机进行比能耗和可靠性比较，结合其在聚乙烯装置的应用，指出该型机组存在的问题，并提出了相应的建议。
关键词：挤压造粒机；聚乙烯装置；技术参数；结构特点；作用
1、概述
兰州石化200kt/a的聚乙烯装置是引进美国UNWATDN公司气相法专利技术工艺包，由日本东洋工程公司承担基础设计，中石化宁波工程公司承担详细设计而建成，可生产线性低，高密度多种牌号的聚乙烯产品。该装置于2004年5月立项，2006年10月投产开车，至今一直保持连续、稳定运行。其中挤压造粒机组的可靠、稳定运行是古堡聚乙烯装置长周期、稳定运行的关键机械设备。
2挤压造粒系统的工艺流程
挤压造粒系统的工艺流程如图1所示。脱气后的粉料树脂和各种添加剂混合后，经料斗送至混炼机中熔融，并通过节流阀调节混炼油程度；熔融树脂经熔融泵增压，通过换网器的过滤网去除部分杂质后，送至模板；压模后的聚乙烯进入切粒机的封闭水腔中，由旋转切刀在冷却水中进行切割造粒；颗粒料被冷却水带入除块器中，将大块颗粒除去后送至离心干燥机脱水干燥；干燥后的颗粒料送至振动筛筛分，合格产品被送入净化仓存放。

3、主要技术参数
本装置中挤压造粒机组选用日本神户制钢（KSL）制造的LCM400型机组。机组主要由驱动电机、齿轮箱、混炼机、熔融泵、换网器、切粒机，以及其他辅助系统等组成，机组呈L形布置。
LCM400挤压造粒机组的主要技术参数如下：
螺杆直径D        492mm
长径比L/D        8
中心距             425mm
螺杆转速 高速   500r/min
低速   375r/min
装机功率          9200Kw
最大产量 正常   46t/h
期望   50t/h
主减速器型号     FLENDER
齿轮泵型号       KNT-100
换网器型号       KSD-300C
切粒机型号       UP-850N
4、主要结构特点
4．1混炼机
1）结构特点
混炼机的主驱动电机采用恒速电动机，并带盘车电动机，主减速机为闭式齿轮两速减速器（高速500r/min，低速375r/min），减速器与混炼机之间采用齿轮联轴器联结。
主体混炼机由两根截面呈三角形的异向旋转的高速转子组成，转子两端支撑，这样转子与转子之间，以及转子与壳体之间不会发生接触，避免了因磨擦而产生金属磨屑，且可在空料下进行运转。
混炼机分为加料段、混合段、节流闸阀、排空段、熔体输送段五部分。加料段螺杆直径比混合段螺杆直径大，以便于低堆积密度物料的加入。混合段转子截面为特殊感触形，物料主要在转子与壳体间的顶隙进行混合和熔化，转子的特殊设计使物料充分混合而达到非常好的熔融效果。节流闸阀是神户制钢所的专利，它可针对生产不同型号和产量的聚乙烯产品来调节闸阀的开度，以调整物料的滞留时间、混炼程度和树脂温度，有效防止物料发生降解和减少鱼眼发生率，节约了能耗，提高了产品质量。由于聚乙烯产品中没有易挥发气体，排空段可以用堵头封住。熔体输送段将熔融好的树脂送至齿轮泵，同时在排空段末端设有出料阀，以便在开车和切换不同型号的产品时除去残存在混炼机中的废料。
2）轴封的特点
混炼机驱动端（粉料端）采用TEFLON密封加油环，并通入氮气。这种结构可以有效防止粉料泄漏及空气渗入机内。湿端（熔融物料端）采用VIS-CO密封，外端轴套用冷却水冷却，使物料保持合理的黏度，并通入氮气以防止物料氧化和介质泄漏，保证了密封的可靠性。
4．2熔融泵
熔融泵选用神户制钢制造的KNT100型齿轮泵，采用变频调整，可根据物料熔融状态和入口压力调节齿轮泵转速，以节约能耗。轴承以熔融树脂润滑，齿轮转子采用热油冷却，以减少轴承的热负荷，延长其使用寿命。
4．3换网器
换网器采用双联式，过滤面积为0.5m2，过滤精度不低于1.4mm，处理能力为50t/h。换网器主要由滑杆、壳体、液压油缸和刹车板等部件组成。当物料残存量较多需要清理过滤网时，可在低速不需停机状态下进行换网，时间只需5min左右。简洁方便的换网器设计保证了机组的连续稳定运行。
4．4切刀及调整方式
整个切粒系统的设计安全、可靠。切刀装置技术服务恒温操作柱，通过恒温控制可始终保持切刀与模板的垂直度，防止切刀在切粒时发生摆动，保证了产品质量。进刀操作采用自动进刀控制系统，使切刀的进刀距离保持稳定，从而减少刀具的磨损，提高其使用寿命。切刀中心设置喷水系统，以降低模板发生汽蚀的可能性，同时清除刀盘中心的切屑，提高了模板使用寿命。刀具采用弹簧预紧，减少刀轴及刀架的震动，达到良好的切粒效果。进发采用自动锁紧系统，使用方便，劳动强度低。
4．5主要部件材料选择
转子材料为锻钢，表面镀铬（δ=0.03mm），混炼机筒体主体采用锻钢，内表面做硬化处理，增加了耐磨性和耐腐蚀性。模板基体采用不锈钢，耐磨板为碳化钛，切刀刀头为碳化钛，有效地增强了切刀的耐磨性，延长了使用寿命。
5、性能分析
5．1比能耗分析
比能耗是指每单位生产能力所水泵的功率，它是评价挤压机性能的重要指标[1]。在保证聚乙烯产品质量和产量的前提下，挤压机比能耗越低表明其性能越好。生产不同型号的聚乙烯产品时，日本神钢（KSL）的LCM400型挤压造粒机与日本制钢（JSW）的CM410CM型挤压造粒机的比能耗见表1。

从表1可以看到，KSL的LCM400型比JSW的CM410挤压机比能耗要低。在聚乙烯产品的熔融指数F1=9时，LCM400与CM410的比能耗最大；在M1=40时，两者的比能耗相差最大。以装置设计能力为50t/h每年连续运转8000h，1kw·h电费按0.50元计算，则两者的电费差客最大为0.5×50000×8000×(0.142-0.124)=360万元，即LCM400比CM410挤压机每年可节约电费360万元。由此可见，KSL的LCM400型挤压造粒机在性能上是先进的。
5．2可靠性分析
可靠性是指系统和设备在规定条件下和规定时间内完成额定功能的能力[2]。由于物料的混合程度不同，主电动机的装机容量必须留有裕量。功率裕量越大，机组可靠性越高，同时产能扩展裕量越大。但主电动机的裕量过大会降低整机效率，增加能耗。
200kt/a的聚乙烯装置可生产12种型号的聚乙烯产品。由于生产不同型号的产品时电机负荷率不同，为了保证所有型号的产品能正常生产，挤压造粒机组主电动机的装机容量必须要满足装置实际生产中所需的最大功率，并最大限度地留有裕量，即保持高可靠性。生产不同型号的聚乙烯产品时，KSL的LCM400型与JSW的CM410型挤压造粒机的实际最大轴功率见表2。

从表2中可看出，生产DSX4807H（F19）产品时，挤压造粒机的主电动机所需的实际最大轴功率最大。则LCM400的功率裕度为（9200-8280）/8280=11.1%；CM410（装机容量为9800KW）的主电机功率裕量为（9800-9000）/9000=8%。显而易见，LCM400型挤压造粒机的可靠性要比CM410型的高。
另外，以生产市场上主打型号DM-1810聚乙烯产品为例，LCM400的电机负荷率为7790÷9200=84.6%；CM410电机负荷率为7900÷9800=80.6%。显然，LCM400的电机负荷率比CM410的高。当生产其他型号的产品时，比较其计算结果，LCM400的电机负荷率比CM410的相对高一此。因此，LCM400比CM410选配的电机要合理。
从以上分析可以看出，比能耗越低，主电动机的裕量越合理，挤压造粒机组的性能越好。
6、存在问题及建议
LCM400型挤压造粒机组可生产12种型号的聚乙烯产品，生产不同型号的产品时电机负荷率差别也很大。如F1=9时，电机负荷率为90%；当M1=2及M1=20时，电机负荷率仅为58%，即电机长期在低负荷下运行，这是极不经济的。据此，笔者提出以下建议。
1）采用变频电机或液压耦合器调节螺杆转速，提高电机利用率。虽然在建设初期，一次性投资较大，但运行成本会降低，这对于大功率设备是极其重要的。
2）针对设备性能和工艺要求，选择熔融塑化效率高，混合性能好，能耗低的挤压造粒机。如在聚乙烯生产工艺中，LCM型比CM型挤压造粒机性能优越，但在聚丙烯生产工艺中，LCM型就没有CM型挤压造粒机比性能好。
7、结束语
在今后几年中，国际市场对聚乙烯产品的需求量越来越大，选择高产能、低能耗、可靠性高的挤压造粒机更为重要。目前，国内的挤压造粒机制造水平较低，因此挤压造粒机的生产厂家应当本着充分吸收国外先进技术、从小到大、逐步放大、合作制造、消化提高的原则，加快提高国内挤压造粒机的制造水平。
参考文献：
[1]耿孝正，编著，双螺杆挤出机及其应用[M]，北京：中国轻工业出版社，2003：66
[2]JLWhite，H Potente.螺杆挤出[M]，北京；化学工业出版社。2005：125