挤压造粒（精选7篇）
挤压造粒 篇1
1 挤压造粒机组工作原理简述
以某化工厂聚丙烯装置中挤压造粒机为例进行分析, 该机组由日本神户制钢公司制造, 主要由混炼机、齿轮泵、换网器、切粒机四部分组成, 整套机组设备总重约120吨, 安装后呈“T”型排列, 纵向长约21米, 横向长约9米。其工作原理如下:从装置来的粉末料连同各种添加剂进入混炼机, 粉末料在混炼机内被高温挤压, 变成面团状物料, 物料出混炼机进入齿轮泵, 齿轮泵给物料提供动力使其继续向前输送, 物料经换网器和切粒模板, 切粒刀紧贴模板转动, 物料从模板上的小孔出来使被切成颗粒状。切粒是在水中进行的, 水将颗粒的温度降低, 使颗粒不至于贴到一起, 切下的颗粒被压力输送至干燥器, 经干燥器干燥后进入振动筛, 经筛选, 剔除不合理粒料, 合格粒料被送到下个工段。
2 挤压造粒机组施工方案
2.1 设备开箱检查验收
设备的开箱检验, 应由业主代表、监理代表、施工单位代表及制造厂代表共同参加, 按照装箱清单进行检验, 其内容包括:
(1) 核对设备的名称、型号、规格、包装箱号、箱数并检查包装状况;
(2) 检查技术资料及专用工具是否齐全;
(3) 对主机、附属设备及零部件进行外观检查, 并核实零、部件的品种、规格、数量等;
(4) 检验后应提交有签证的检验记录;
(5) 机器和各零部件, 若暂不安装, 应采取适当的防护措施, 妥善保管, 严防变形、损坏、锈蚀、老化、错乱或丢失等现象;
(6) 凡与机器配套的电气、仪表等设备及配件, 应由各专业人员进行验收, 妥善保管。
2.2 基础验收
(1) 基础混凝土达到凝固期以后, 土建和安装单位之间办理移交手续, 基础移交时, 应有材料的质量合格证明书及测量记录;在基础上应明显的画出:标高基准线及基础的纵横中心线;
(2) 对基础外观进行检查, 基础表面不得有油垢和赃物, 不得有裂纹、蜂窝、空洞、露筋等缺陷, 预留孔内不得有积水;
(3) 按有关土建基础图及机器的技术文件, 对基础的尺寸及位置进行复测检查, 其允许偏差应符合表一规定:
2.3 机器安装前应对基础做如下处理
(1) 需要灌浆的基础表面, 应铲出麻面, 麻点深度一般不小于10mm, 密度以每平方分米内有3—5点为宜, 表面不允许有油污或疏松层;
(2) 放置垫铁处 (至周边约50m m) 的基础表面应铲除30—40mm并要铲平, 其水平度允许偏差为2mm/m; (表1)
(3) 螺栓孔内的碎石、泥土等杂物和积水必须清除干净。
2.4 施工程序及简图
挤压造粒机组安装程序一般为:先主轴线后侧线、先主机后辅机, 程序如图1:
(1) →滑动机架及道轨→牵引机构→混炼机电机→机组启动装置
(2) →齿轮泵减速器→齿轮泵电动机
(3) →切粒机及道轨
以上部分安装完毕后依次安装润滑油系统、热油系统、阀站、蒸汽分离系统、PCW系统、BCW系统、液压油系统、粒料干燥器/振动输送系统、干燥排风扇等 (注:PCW、BCW为造粒冷却水) 。
机组安装程序简图如下:
H/S:牵引机构
C:滑动机架
Mix:混炼机
M/R:混炼机减速器
M/M:混炼机电动机
B/D:机组起动装置
G/P:齿轮泵
GP/R:齿轮泵减速器
GP/M:齿轮泵电动机
Pell:造粒机
2.5 混炼机安装
(1) 设备就位
1) 混炼机就位
为保证设备底座不变形, 要在基础上放置足够多的临时垫铁或液压千斤顶;
2) 齿轮减速机就位
就位之前, 将地脚螺栓悬挂在齿轮减速器上, 同时检查底板与齿轮减速器之间的垫片 (5mm) ;
3) 电动机就位
就位之前, 安装电机地脚螺栓并检查底座与电机之间的垫片;
4) 安装滑动机架轨道的预埋垫铁
根据载荷资料设置预埋垫铁, 保证垫铁水平度不得超过0.5mm/m。
(2) 初步定位
1) 混炼机初步定位
a混炼机的中心线应包括垂直方向、纵向、横向和水平;
b纵向和横向方向应与基础中心线上标注一致;
c垂直方向应从设备水平位水平测量标高并做标记;
d水平度应通过临时垫铁或液压千斤顶来调整;精确的水平应在驱动端底座的水平座的划线上测量, 水端底座的水平度不得超过0.1mm/m。
2) 齿轮减速器初步定位
a纵向定位通过调整联轴器间隙找正;
b混炼机和齿轮减速器之间联轴器间隙、外圆偏差及端面偏差调整通过临时垫铁或液压千斤顶进行;
齿轮减速器的水平度:刻在机身水平加工面上。
3) 电动机的初步定位
a电机详细安装规程参照电机说明书;
b纵向定位通过调整联轴器间隙找正, 调整间隙时, 电机转子应处于磁力中心位置;
c电机和齿轮减速器之间联轴器间隙、外圆偏差及端面偏差调整通过临时垫铁或液压千斤顶进行;
4) 启动装置初步定位
小电机、行星齿轮减速器和超速联轴器被固定在同一底座上。
a轴向通过调整混炼机电机和行星齿轮减速器间的联轴器间隙来进行;
b混炼机电机和行星齿轮减速器间的联轴器间隙、外圆偏差及端面偏差调整通过临时垫铁或液压千斤顶进行;
5) 地脚螺栓孔灌浆
初步定位完成以后进行地脚螺栓孔灌浆:
a混凝土表面和地脚螺栓孔内应清理干净, 无油、水和污物, 设备底座下表面也要将赃物和油清理干净;
b灌浆前, 检查地脚螺栓、螺母和垫片的型号规格并调整好地脚螺栓高度, 螺栓应悬挂垂直并处于设备孔中心;
c用无收缩混凝土连续灌浆, 灌浆工作应连续进行。施工时要注意不要碰动设备, 不要使地脚螺栓偏斜;
d混凝土凝固前, 在地脚螺栓两边安放正式垫铁。
e灌浆完成后, 标准养护期为120小时。
(3) 最终定位
1) 混炼机最终定位
撤去临时垫铁或液压千斤顶, 用正式垫铁支撑混炼机, 并通过垫铁调整中心和精确的水平度;松开壳体和驱动端底座螺栓, 用塞尺检查间隙应小于0.05m m (检查4点) , 然后拧紧地脚螺栓 (紧固力矩见表二) , 确保垫铁接触面结合紧密, 点焊垫铁, 二次灌浆。
2) 混炼机减速器最终定位
a撤去临时垫铁或液压千斤顶, 用正式垫铁支撑齿轮减速器, 并通过垫铁调整精确的水平度;
b重新检查混炼机和齿轮减速器间的联轴器间隙、外圆偏差和端面偏差;
c按表二要求紧固齿轮减速器地脚螺栓, 并确保垫铁结合紧密;
d检查齿轮啮合情况, 要与出厂测试检验报告一致, 最后点焊垫铁, 二次灌浆。
3) 混炼机电机最终定位
a撤去临时垫铁或液压千斤顶, 用正式垫铁支撑电动机;
b重新检查电动机和齿轮减速器间的联轴器间隙、外圆偏差和端面偏差;
c按表二要求紧固齿轮减速器地脚螺栓, 并确保垫铁结合紧密;
d点焊垫铁, 二次灌浆。
4) 启动装置最终定位
同3)
5) 滑动机架及轨道定位
滑动机架及轨道的定位应在混炼机定位完成以后进行;将道轨安装在预先埋设好的垫铁上, 将壳体滑动机架置于轨道上, 调整道轨的水平度和直线度, 同时检查混炼机底座滑动面和滑动机架滑动面之间的偏差。
垂直方向偏差 (A) 小于0.5mm
水平方向偏差 (B) 小于0.5mm
滑动机架水平度0.5mm/m
6) 小电机最终定位
纵向调整通过调整小电机和行星齿轮减速间的联轴器间隙进行, 通过安装在底座上的顶丝和垫片调整联轴器的外圆和端面偏差。
2.6 齿轮泵、换网机构和造粒机安装程序
安装顺序:齿轮泵和换网装置 (安装在同一底座上) →齿轮泵齿轮减速器→造粒机
齿轮泵和换网装置公共底座、齿轮减速器底面在安装前应用煤油清洗干净。
(1) 设备就位和初找正
1) 齿轮泵和滤网交换器的就位和初找正 (混炼机最终调整完以后进行以下工作) 。
设备就位方法同混炼机, 初找正包括垂直、纵向、横向三个方向的定位和机身水平度, 通过调整临时垫铁或液压千斤顶来调整机身的水平度。检查并调整间隙, 在圆周上检查四点, 各处偏差不超0.02mm。
注:定位之前, 紧固4个导向螺栓, 移动调整垫圈 (垫圈向齿轮泵移动) 。
2) 齿轮泵的就位和初找正
设备就位方法同混炼机;纵向定位调整联轴器间隙, 用临时垫铁调整联轴器的对中。
3) 齿轮泵齿轮减速器的就位和初找正
设备就位方法同混炼机;纵向定位调整联轴器间隙, 用临时垫铁调整联轴器的对中。
4) 齿轮泵电动机的就位和初找正
安装时电机与底座之间应加足够的垫片, 纵向定位调整联轴器间隙, 调整之前先将转子调整到磁力中心位置;用临时垫铁调整联轴器的对中。保证联轴器对中的同时, 要兼顾电动机的水平度, 不得超过0.1m m/m。
5) 造粒机及轨道临时定位
将道轨放到垫铁上, 纵向和横向坐标应与基础上的划线一致, 导向轨道中心线与造粒机中心线之间的距离偏差为±1m m;道轨标高应符合图样要求, 水平度允许偏差为0.5mm/m。
将造粒机滑座置于初找正完的道轨上, 检查造粒机滑座高度 (※1) , 驱动端与滑动支架之间间隙 (※3) , 水室与滑动支架之间间隙 (※2) , 应与户动支架图纸相符;检查模板与水室间隙 (4点) , 4点间隙应相等, 允许偏差为0.03mm;在水室结合面和模板上涂红丹粉, 向前推进造粒机滑动机架使水室与模板相接触, 通过在模板上涂红丹粉检查接触情况是否良好。
6) 地脚螺栓孔灌浆
(2) 最终找正
1) 齿轮泵和换网器最终找正
撤去临时垫铁, 用正式垫铁支撑齿轮泵和换网器支座, 重新按照1中1) 的步骤进行安装和定位;用表二规定的力矩紧固地脚螺栓, 应保证垫铁结合紧密;点焊垫铁, 二次灌浆。
2) 齿轮减速器最终找正
撤去临时垫铁, 用正式垫铁支撑;重新检查齿轮减速器热膨胀补偿量;进行联轴器二次对中, 对中要求与初对中时一致;用表二规定的力矩紧固地脚螺栓, 应保证垫铁结合紧密;点焊垫铁, 二次灌浆。
3) 齿轮泵电机最终找正
撤去临时垫铁, 用正式垫铁支撑;进行联轴器二次对中, 对中要求与初对中时一致;用表二规定的力矩紧固地脚螺栓, 应保证垫铁结合紧密;点焊垫铁, 二次灌浆。
4) 造粒机最终找正
造粒机最终找正应在齿轮泵和换网器安装完以后进行。重新检查※1、※2、※3、模板与水室间隙及水室结合情况;用表二规定的力矩紧固地脚螺栓, 应保证垫铁结合紧密;点焊垫铁, 二次灌浆。
(3) 造粒机电机安装
1) 将电机及底座一起置于造粒机滑动机架上。
2) 调整联轴器间的纵向距离 (调整时水腔应加紧, 刀头和模板应联结) 。
3) 联轴器对中, 对中之前应调整模板和切刀轴的垂直度, 并在热态下进行对中。
4) 用规定力矩紧固螺栓。
摘要：挤压造粒机组在聚乙烯装置和聚丙烯装置中属于核心设备, 结构复杂, 安装施工工序多, 找正难度大, 本文从挤压造粒机的工作原理入手, 详细叙述了挤压造粒机组的安装、找正方法, 对挤压造粒机组现场安装施工有一定的指导意义。
关键词：挤压造粒机组,安装,找正
参考文献
[1]《机械设备安装工程施工及验收规范》GB50231-2009
[2]《化工机器安装工程施工及验收通用规范》HG20203-2000
[3]日本神户制钢提供的安装手册
挤压造粒 篇2
中国石化长岭分公司聚丙烯装置原设计能力为7万t/a (10t/h) , 挤压造粒机工作能力为12t/h。2002年经扩能改造, 聚丙烯生产能力提高到10万t/a (15t/h) 。挤压造粒也采用了新模板, 以适应装置扩能的需要。该装置有一块与扩能改造前生产负荷匹配的全新进口模板, 由于不能满足当前10万t/a聚丙烯生产要求, 该模板一直处于闲置状态。该模板价值150万元人民币, 如不能投入使用将造成很大的经济损失。
将闲置进口挤压造粒模板进行增产技术改造以达到现在PP水下切粒产量15t/h要求、进行隔热技术改造以节能和提高颗粒产品质量具有重要意义。
1 闲置进口挤压造粒模板技改方案
1.1 增产技改
将模板出料孔数由原616个增加至696个, 使PP水下切粒产量由10t/h增加至15t/h。模板增孔在造粒带内具体布置如图1黑实原点所示。
增孔后模板需满足条件:不降低模板原来机械强度、增孔流道剖面形状、热熔体流动阻力与原有孔流道剖面形状、热熔体流动阻力相同、伴热通道10MPa液压试验和8MPa气密性试验检验合格、模板造粒带平面与安装基准面平行度0.02mm。
1.2 节能与提高切粒产品质量技改
由于造粒模板出料侧浸入流动冷却水中, 必然导致热量散失。造粒带中部区域由于伴热热量和出料孔流动的热熔体热量足以补偿由流动冷却水带走的热量, 该区域温度基本相同, 各出料孔出料均匀。而造粒带内、外边缘区域的伴热热量和出料孔流动的热熔体热量不足以补偿表面由流动冷却水带走的热量, 结果造成随着向造粒带内、外边缘靠近, 温度逐渐降低, 出料孔出料逐渐减少、甚至“冻死”不出料。从而造成各出料孔出料不均、开孔率低、压力负荷大;颗粒产品中会含有大量薄片、造成产品均匀度不好。
需要解决问题:采取隔热措施, 使造粒带整个区域温度达到基本相同。
文献[1,2,3,4]分别对挤压造粒模板给出了不同的隔热方案。然而这些方案并未从根本上解决使造粒带整个区域温度达到基本相同这一问题;且在本技术改造中无法实施。
应用辽阳亿方造粒设备有限公司拥有的专利技术—文献[5,6]的隔热方案, 可使模板技术改造得以实施;可达到造粒带整个区域温度达到基本相同这一目的;从而使各出料孔出料均匀、开孔率高、压力负荷低;同时热量散失少、节约了伴热能源、降低了冷却水的热负荷。
2 造粒模板技改工艺
1) 清除残料。采用真空炉对模板加热300℃对残料烧除。
采用进口激光穿孔机穿80个增孔。
2) 清除热油伴热通道污垢, 然后化学抛光技术对热油伴热通道抛光处理。
3) 造粒带区域外环周与内圆周表面喷涂航天纳米绝缘层。
4) 研磨造粒带表面, 达到与安装基准面表面平行度0.02mm、光洁度Ra0.8要求。
5) 将出料孔数696个进行研磨, 光洁度达到Ra0.8。
6) 水压试验 (10MPa) 与气密性试验 (7MPa) 检验。
3 聚丙烯挤压造粒模板技术改造应用实例
中国石化长岭分公司委托辽阳亿方造粒设备有限公司, 于2008年12月对长岭闲置进口挤压造粒模板进行了技术改造并投入使用。技术改造后的模板工作状况良好, 各项指标均达到设计要求, 具体如表1。
4 结论
技术改造获得圆满成功, 具有下述特点:
1) 闲置进口12t/h进口挤压造粒模板得以利用, 改造费用仅为进口新模板的八分之一, 可节省投资130余万元, 具有显著的经济效益。
2) 由于隔热层隔热效果显著, 模板造粒带区域温度基本相同、各孔出料均匀、颗粒均匀度好、提高了产品质量。
参考文献
[1]Kobe Steel Ltd.granulating die for synthetic resin[P].JP10-264152.1998.
[2]Shell Oil Company.Method of underwater granulation[P].US4, 264, 553.1981.
[3]Montedison S.p.A.Die for hot die face cutting thermoplastic polymers[P].US4, 678, 423.1987.
[4]Gala Industries.Insulation plug for underwater pelletizer die face recess (P) .US6, 824, 371.2004.
[5]辽阳亿方造粒设备有限公司.一种节能型造粒模板[P].中国:200820013473.5, 2008.
挤压造粒 篇3
1“气泡料”的危害及产生原因分析
1.1“气泡料”的特征及危害
“气泡料”形似灯泡，前端是气泡，后端是颗粒。化验分析其熔融指数与正常产品相符，排除上游生成其他聚合物的可能;但因无法提取气泡的气体样品，所以无法得出气体的具体成分。
“气泡料”最严重的危害在于：(1)带气熔融物料挤出模孔后，切粒时如果没有形成完整的气泡料，气泡破裂，液体质点相互作用，对金属过流表面产生高频冲击对切刀产生极大的冲击力，破坏切刀的受力平衡，导致切刀倾斜而产生片料;(2)破裂的气泡附着在切刀上，在切刀与模板之间形成间隙，导致垫刀;(3)过流部件点蚀破坏以及在高温和化学作用下造成腐蚀破坏，对模板产生损伤，容易导致模孔边缘钝化，随着时间的推移还可能会导致模板受力不均而产生局部变形。前2种危害在短期内已逐渐显现，垫刀严重至一定程度便导致切粒机无法正常切粒而停车。
同时，“气泡料”有可能威胁产品质量。聚丙烯产品颗粒由切粒水系统输送至离心干燥器经脱水处理，再由振动筛分离出大小颗粒，合格产品经风送进入成品料仓。气泡有可能在切粒水输送粒料及干燥的过程中破裂，导致其无法被振动筛的滤网分离而进入成品料仓，影响产品质量。
1.2“气泡料”产生原因分析
由于原厂的模板螺栓的隔热护板损坏，现在采用的是国内制作的隔热护板，由此怀疑是否因材质不完全相同，导致在高温条件上降解产生气泡。但经分析认为，即便是国产护板降解，也只会产生于切粒室，不能进入物料中。“气泡料”是封闭状态，可见通过模板模孔流道的熔融物料夹带有气体是气泡料形成的直接原因。
所以，找出熔融物料中气体的来源是关键。而挤压机低负荷时更易出现“气泡料”，且“气泡料”的产生是熔融泵投入使用之后，因此对比高低负荷及安装熔融泵前后的工况差别成为研究“气泡料”产生机理的关键途径。由此，分析熔融物料夹带气体的原因可能有：原料(粉料)中气体含量过多，筒体脱气系统不畅;挤出段混炼强度不够，易挥发气体未充分去除;出料段(主要是熔融泵)的工况不佳产生气体。
针对以上可能做了相应试验。
2 试验部分
2.1 试验一
方法：减少粉料中气体含量，保证脱气系统畅通，减少熔融物夹带气体的机率。
本装置采用道化学气相法聚合工艺，是国内首套开工的气相法聚丙烯装置。聚丙烯粉料夹带着气相丙烯，经产品接收仓及净化仓后进入挤压机筒体。产品接收仓中用氮气置换粉料中的烃类气体，净化仓中通入蒸汽及氮气，中和三乙基铝及对粉料进一步净化。因此，如果蒸汽及氮气通入过多，有可能导致挤压机脱气系统超负荷。挤压机低负荷运行时更容易出现“气泡料”，而挤压机低运行往往是因为粉料不足，脱气仓料位低而被迫降低负荷。因此怀疑脱气仓料位低时脱气效果不佳或是净化气体通入过量。于是在反应负荷偏低，脱气仓料位偏低的情况下，将脱气仓的蒸汽通入量适当减少(如在反应负荷由额定负荷25t·h-1降至20t·h-1时，将蒸汽量由30kg·h-1降至25kg·h-1)。同时，寻找挤压机停车机会将筒体脱气系统彻底清理，并将脱气系统排放由火炬改至大气以降低背压，保证畅通。
采取以上措施后，确认脱气系统正常运行(系统中有压力监测点，通畅时为常压)，“气泡料”没有减少。进一步分析，如果气体来源于原料或者脱气不畅，那么熔融物料中的气体应是均匀并连续大量存在，切粒产生的“气泡料”将是大量的。因此，排除原料夹带过多水汽及筒体脱气不彻底的原因。
2.2 试验二
方法：提高筒体温度及螺杆转速，提高混炼强度。
2.2.1 混炼段设置
在ZSK320螺杆设计中，第3段及第5段是混合元件捏合盘所处位置，在两段捏合盘末端都配置有左旋螺纹。物料的剪切塑化、混合和分流发生在这两段。交错排列的捏合盘使物料沿所受剪切的方向产生十分有效地更迭，形成混合效果极佳的几何流型，使物料获得充分的分布或分散性混合[1]。在两段混合元件之间采用正向输送的螺纹元件来分隔混合元件，以避免在熔融区产生过大的温度梯度，使混合元件的分布混合和分散混合作用均布在物料正向输送熔融和均化过程。两段捏合盘末端的反向螺纹设置，形成对熔体的封堵产生返混，使螺槽得以充满，并由此建立起压力差，从而使挥发物易于排除，于第6段筒体排气口处排出。
2.2.2 熔融泵投用后，相同条件下混炼强度下降
混炼段工作状况的好坏影响着易挥发物的去除。如果混炼强度不够，未挥发的气体可能在出料段释放，进入模孔流道。熔融物料得到的能量反映出混炼效果的好坏，熔体温度则是能量的直观表征。熔融泵投用前，螺杆起输送、混炼、加压的作用，螺杆结束端(节流阀前)的压力约为14MPa，模板前熔体温度约为240℃。熔融泵投用后，加压的任务由熔融泵承担，螺杆只起输送及混炼作用，在负荷、筒体温度与熔融泵投用前相差不大，螺杆转速不变的情况下，节流阀前的压力约为4.0MPa，模板前熔体温度约为225℃。混炼段的压力下降后，混炼强度的下降明显反映于熔体温度上。
同理，通过熔融物获得机械能量的公式(式1)，也可得出混炼强度下降的结论。熔融泵承担加压作用后，螺杆驱动电机的功率必然下降，在负荷不变的情况下，熔融物获得的机械能量将会减少。
式中：p—主电机功率，kW;
d—物料通过量，kg·h-1;
s—机械能，kWh·kg-1。
2.2.3 提高混炼强度
先将筒体温度提高20～30℃，模板前熔体温度提高至230℃左右，观察24h，“灯泡料”依旧;再停车将主齿轮箱低速档切换至高速档，螺杆转速由184r·min-1提高至222r·min-1，模板前熔体温度提高至235℃左右，观察24h，“灯泡料”依旧。因此排除熔融泵投用后螺杆混炼强度下降而导致气体未充分挥发而产生“气泡料”的原因。调整结果见表1。
2.3 试验三
方法：提高熔融泵入口压力，提高填充率。
排除来源物料含气多、筒体脱气不畅及混炼强度下降的原因后，研究的重点锁定于熔融泵。熔融泵的安装投用要求高清洁度的筒体环境，因此在机组运行1年后才安装使用，而“气泡料”正是在此之后产生。
2.3.1 熔融泵的润滑特性及温度控制
熔融泵轴承通过工艺介质即熔融物料实现自润滑，因此熔融泵的填充率及物料的特性控制尤为关键。MP 360-1 SBC熔融泵为单轴驱动的齿轮泵，其作用是为切粒提供足够压力，使挤出段螺杆只承担输送及混炼任务，最大限度减轻主电机功率消耗，达到节能目的。该泵的一个特性在于2根齿轮轴上的4个轴承由熔融物料润滑，同时单轴驱动形式也决定了转子齿轮啮合在干摩擦时会产生极大损伤，因此对熔融物料的特性控制，尤其是润滑温度的控制是关键。该泵配有轴和轴承的温度调节系统，严格控制运行温度。对于熔融指数2～4的拉丝料，轴热油温度控制在230℃，轴承热油温度控制在240℃，如轴承温度到达250℃，则自动降轴热油温度;如轴承温度到达260℃，则自动降轴承温度，直至轴热油和轴承热油温度的下限值。如轴承温度仍持续上升至300℃，机组连锁停车。温度调节过程保证轴承比轴的温度高，以使两者间不因轴承冷缩、轴热胀而咬合。正是通过精密的温度控制系统，保证熔融泵转子齿轮及轴承在良好的润滑特性下工作。
2.3.2 高负荷与低负荷相比，填充率少量提高
对比不同负荷下熔融泵工况的区别，认为高负荷时熔融泵填充率少量提高。熔融泵的入口压力通过变频电机调节熔融泵转速控制，在相同的入口压力下，如果齿轮间隙和轴承间隙未完全填满，高负荷必然有利于填充(高负荷时挤出段螺杆的填充率也会提高)。反之，低负荷容易导致填充率不足。
2.3.3 填充率不足可能导致的危害
熔融泵填充率不足可能导致的危害：(1)齿轮间隙和轴承间隙未完全填满熔融物料，气体占据在间隙中，物料从模头挤出时压降很大(模头压力约9.5MPa，切粒室压力约0.25MPa)，到达切粒室时迅速膨胀产生气体;(2)齿间及转轴和轴承间润滑不充分、均匀，导致局部过热。虽然配置有温度调节系统，但受限于仪表探头安装的局部性，过热温度无法被检测。过热的温度可能会导致添加剂降解，产生气体;(3)如果填充率持续的严重不足，熔融泵齿轮之间及转轴和轴承之间发生干摩擦，机械损伤增大。
因为是局部间隙中包含气体和局部过热，所以夹带气体的熔融物料也是局部的，“气泡料”的产生也才会是小部分的。
2.3.4 提高熔融泵入口压力，提高填充率
挤压机负荷受制于上游负荷，不能通过提高负荷来提高填充率，必须寻找其他方法解决该问题。分析填充率计算方法：
式中：d—物料通过量，kg·h-1;
n—熔融泵转速，r·min-1;
vmp—熔融泵容积,dm3·r-1;
ρ—熔融物料密度,kg·dm-3。
d及ρ受限于测量精度，无法保证μ的精确定量值，但可以通过相对值来判断填充率。vmp为定值，在d不变的条件下，认为ρ不变，如果齿轮泵未完全填满，则通过提高泵前入口压力，填充率上升，到达稳态时齿轮泵转速将会相应下降(机组进料不变，如果填充率上升，齿轮泵每转输送的物料增加，所需转速下降;如果填充率已是100%，即已完全充满，输送能力已经达到最大，提高入口压力控制时，调整阶段转速会暂时下降，但达到稳态后恢复原来转速)。
基于以上分析，将熔融泵入口压力由2.0MPa缓慢提高至2.5MPa，转速下降1r·min-1。左右，观察运行2h，“气泡料”明显减少;熔融泵入口压力缓慢提高至3.0MPa，转速再下降0.5r·min-1左右，观察运行24h，“气泡料”消除。因此，可判断“气泡料”产生的根本原因是熔融泵填充率不足，间隙中的气体在通过模板进入切粒室后，因极大的压降而膨胀产生气泡;局部过热可能导致添加剂降解，产生气体。调整结果见表2。
为验证结论的正确性，将主齿轮箱切换至低速档，挤出段温度降低10℃，模板前熔体温度下降至228℃左右，机组在低负荷运行时也未出现“气泡料”。
3 总结
(1)“气泡料”产生的直接原因是通过模板的熔融物料中局部夹带气体。
(2)通过试验，排除来源物料含气多、筒体脱气不畅及混炼强度下降是导致熔融物料夹带气体的原因。
(3)“气泡料”产生的根本原因是熔融泵填充率不足，间隙中的气体在通过模板进入切粒室后，因极大的压降而膨胀产生气泡;局部过热可能导致添加剂降解，产生气体。
(4)通过恢复调整验证了“气泡料”研究结论的正确性。
摘要：挤压造粒机的“气泡料”严重威胁机组正常运行,分析认为其产生的直接原因为通过模板出料孔的熔融物料夹带气体。尝试采取以下措施以消除“气泡料”:减少原料中气体含量,保证挤压机脱气系统通畅,提高筒体温度,增加螺杆转速增强混炼强度。但以上措施效果不佳,再根据高负荷时“气泡料”减少的现象判断熔融泵的填充率不足是根本原因。最终通过提高熔融泵入口压力,提高填充率消除“气泡料”。
关键词：“气泡料”,脱气,混炼强度,熔融泵,填充率
参考文献
挤压造粒 篇4
(一) 主电机系统故障
主电机扭矩过高或过低;主电机转速过低;主电机轴承温度过高;主电机绕组温度过高;主电机水冷的冷却器出入口温度过高;主电机轴承润滑油泵出口流量过低;主电机轴承润滑油泵出口压力过低;主电机水冷的冷却器水泄漏量过高等。
(二) 传动系统故障
齿轮箱变速杆位置偏离;摩擦离合器的仪表风压力过高;摩擦离合器速度差过大;齿轮箱润滑油泵出口压力过低;齿轮箱润滑油泵出口油温过高;摩擦离合器内部故障等。
(三) 挤压造粒机螺杆工艺段故障
节流阀前后熔体压力过高;机头熔体压力过高;换网器前后熔体压差过大;开车阀转动故障等。
(四) 水下切粒系统故障
切粒电机绕组温度过高;切粒机转速过低;切粒机扭矩过高;颗粒水旁通自动切换故障;颗粒水压力过高或过低;颗粒水流量过低;切粒机夹紧螺栓未把紧;切粒室旁路水阀未关;切粒机液压夹紧压力过低;切粒电机故障;液压切刀轴向进给压力过低等。
在上述故障原因中, 出现频次较多的有:主电机系统的主电机扭矩过高或过低;传动系统的摩擦离合器故障;挤压造粒机螺杆工艺段系统的熔体压力高;水下切粒机系统故障等。
二、常见故障原因分析及解决措施
(一) 主电机扭矩过高
原因分析。油润滑系统故障, 主电机输出轴与齿轮箱出入轴对中不良, 电机及离合器振动等原因都将损坏主电机轴承, 导致扭矩过高。此外, 喂料负荷过大或物料熔融不良也都会导致主电机扭矩过高。
解决措施。定期对润滑油系统进行检查、清洗, 用振动测量仪和红外测温仪对主电机轴承进行测量并形成趋势图。如果超趋势值, 则测定主电机空转电流值或功率值是否超规定值, 判断是否应更换轴承。定期检查主电机输出轴与齿轮箱输入轴之间的对中状况, 首次开车或更换轴承运行三个月后必须检查对中情况。进行电气测试检查, 确定转子不平衡的原因;对离合器进行振动速度测试, 如果超出规定值则应重新调整动平衡。定期对筒体加热、冷却系统进行检查, 保证物料受热均匀熔融充分。如果挤压机开车瞬间, 主电机功率曲线和熔体压力曲线瞬间增大, 则表明喂料系统的喂料量瞬间过大, 应减小喂料量。
(二) 主电机扭矩过低
原因分析。喂料系统故障使双螺杆空转将导致主电机扭矩过低。
解决措施。检查判断添加剂系统或主物料下料系统是否有故障, 清理堵塞点。
(三) 摩擦离合器故障
原因分析。主电机瞬间启动电压过低, 摩擦盘、摩擦片过热, 摩擦盘与摩擦片老化, 摩擦盘的空气压力过低等原因都能导致离合器脱开。
解决措施。主电机启动时, 应避开用电高峰, 降低喂料负荷量, 重新启动的间隔时间最短为30分钟;在夏季时, 反覆两次以上启动主电机时, 更应延长间隔时间或用风扇强制降温。用仪表风吹扫并用抹布擦净摩擦片和摩擦盘表面灰迹, 如果磨损较重或表面出现“玻璃化”现象时, 应更换摩擦盘、摩擦片。确认空气压力值是否能使摩擦盘与摩擦片相贴合。
(四) 熔体压力高
原因分析。过滤网目数高, 聚丙烯粉熔融指数低且喂料量大, 各段筒体温度低使物料熔融不彻底, 模板开孔率低使机头物料挤出受阻等原因都能导致熔体压力过高。
解决措施。生产低熔融指数产品时, 应使用低目数的过滤网, 增加节流阀开度以减少背压;及时更换过滤网, 监控各种添加剂的质量及聚丙烯粉料中灰份含量。降低喂料负荷量。在不影响挤压产品质量的条件下, 提高各段筒体温度, 使聚丙烯熔体温度提高, 加大物料流动性。挤压机停车之后, 提高机头温度并恒温一段时间后, 彻底冲洗清理模板。
(五) 水下切粒系统故障
原因分析。切刀磨损过量或切刀刃口损伤, 颗粒水流量过低, 切粒机振动过大, 切刀与模板贴合不紧, 物料熔融指数波动较大使出料流速不一致, 颗粒水温度过高等原因都能导致水下切粒系统停车从而造成整个机组联锁停车。
挤压造粒 篇5
在SNCP一期的聚丙烯装置上, 有2台JSW制造的挤压造粒机, 造粒机型号分别是CMP308和CMP335, 总设计负荷为50万吨/年。两台挤压机于2009年8月安装完成, 并与2010年4月进行了调试和开车工作并投入了使用。经过近2年多的运行操作和检修, 发现了JSW聚丙烯挤压造粒机经常出现的问题。在此针对出现过的疑难杂症问题进行综合分析并总结如下。
2 运行操作方面问题
2.1 挤压机退刀问题
2011年12月份, CMP308在开车的过程中出现了退刀的问题, 退刀的原因为在启机过程中切粒机的进刀风压有波动。当时我们通过检查设备除开车阀处有漏树脂的现象外, 其他均没有改变, 另我们又通过更换新切刀和进刀风压的电液转换器等也没有起到很好的作用。最后通过降低退刀风压的办法将挤压机开起来, 但还是没有解决退刀风压在开机过程有波动的现象。最后在JSW协助的情况下我们修改了切粒机的“三同时”解决了波动问题。
2012年3月份, 挤压机又再次出现了退刀的情况, 这次我们通过多次修改“三同时”的时间也没有解决进刀风压波动。最后通过重新检查和调整切粒机的切刀轴和水室的垂直度、切刀盘平面度、切刀面平面度及轴自身的跳动量彻底解决了问题。具体要求为: (1) 检查确认切刀盘的平面度, 要求≤0.01 mm。 (2) 检查确认切刀轴与水室的垂直度, 要求≤0.03 mm。 (3) 检查确认切刀面的平面度, 要求要求≤0.03 mm。 (4) 检查确认切刀轴的跳动量, 要求≤0.02 mm;
具体原因分析: (1) 第一次退刀的直接原因属于切粒机“三同时”时间问题“即从切粒机转动开始计时, 进刀风压投用的时间、切粒水进水室的时间、开车阀切直通的时间之间的关系”。间接原因可能为:开车调试时“三同时”的时间设定的条件比较苛刻, 适应操作条件的范围小、开车阀处泄漏树脂导致了开车阀切直通的时间发生变化、切粒水切换三通阀动作时间改变。 (2) 第二次退刀的原因属于设备机械方面的问题。在重新调整垂直度和研磨切刀盘后正常。
2.2 切粒机切出的粒子带“小尾巴”和“真空泡”的问题
2012年7月份CMP308挤压机出现了切出的粒子带有小尾巴的问题, 常规的调整方法是重新磨刀、调整切粒机转数、调整退刀风压和树脂的问题就可以进行解决, 在一系列措施均无法解决后经检查发现切粒水的温度影响着切粒机的电流, 切粒水的电流稳定后粒子带“小尾巴”的问题就解决了。
具体原因分析: (1) 直接原因:切粒水温度频繁的波动导致树脂出模孔的形状和硬度在不断的发生变化, 导致了切刀切粒的微环境发生频繁的变化, 进而造成部分粒料产生很多的尾巴料。 (2) 间接原因:切粒水换热器温度控制阀阀体结构为蝶阀, 且PID设定不合适。
在聚丙烯粒料出现“尾巴料”的同时也出现了“真空泡”粒子, 分析有以下几点。
原因: (1) 经过设备的系统检查发现了挤压机的真空脱气口被树脂堵住, 影响了进入挤压机水汽和不凝气的排气。 (2) 由于挤压机换网器前的压力较低, 不能完全将树脂内部的气体排出。
2.3 两台挤压机筒体上真空脱气孔段经常出现被树脂堵塞的情况
挤压机在经过频繁的开停和长期的运行后, 均出现了真空脱气孔容易被树脂堵塞的情况。此项检修清理难度较大, 主要原因为真空系统的操作不当造成。经过与JSW技术人员沟通, 能造成真空脱气段树脂冒料的原因有如下: (1) 挤压机进料量与挤压机的转数:在低转数的情况下过多的进料量会导致出料不及时而冒料; (2) 换网器前的压力太高:由于换网器的堵塞造成换网器前压力高也会导致出料不畅; (3) 挤压机末端筒体温度过高:温度过高导致树脂的流动性增强, 更容易被吸入到真空脱气孔内; (4) 真空系统的投用过早:真空系统如果在挤压机启动前就投用, 就会在开启的过程中因真空吸力过大, 将低负荷下的树脂吸入到真空脱气孔内。
2.4 挤压机在运行过程中出现了螺杆与筒体的碰磨情况
2012年10月7日, 挤压机CMP308出现了筒体与螺杆碰磨的声音, 打开换网器检查发现了需要金属杂质如下, 经SEM (扫描电子显微镜) 和EDX (能量色散X射线光谱仪) 分析确认部分金属碎片确实属于挤压机的螺杆和筒体上剥落下的。 (注:挤压机螺杆和筒体的材质为JDH-1型渗氮钢) 。
原因分析:螺杆由于在筒体内部属于悬臂结构加之重量较大、长度较长, 如果负荷和换网器前压力较底, 螺杆伸出端最远处和部分螺杆段将无法充分的被树脂垫起和充满, 继而出现了振动大和螺杆与筒体碰磨的情况。 (注:螺杆长11.4 m, 7.5 t) 。
处理措施:将换网器的目数从20目更换成100目, 换网器前压力从6 MPa升高至8 MPa后, 碰磨声音消失。同时将挤压机的运行负荷控制在设计值的下线之上。
3 挤压机更换模板及修复
2012年10月CMP308挤压机的模板出现了有部分模孔被堵塞、多数模孔边缘有圆滑过渡和颗粒出现“小尾巴料”和大小粒的现象, 经如上2.2的处理没有结果的情况下, 我们根据JSW的模板更换经验和国内模板专业厂家的建议, 更换了CMP308挤压机的模板。经过更换模板后, 挤压机的切粒恢复了正常。
4 结语
如上出现的挤压机的问题属于挤压机在运行和检修过程中出现比较棘手的难题, 尤其挤出机的退刀现象属于JSW首次遇到的技术问题, 经过JSW与我们耐心分析和认真的总结, 共同将诸如此类疑难杂症进行了解决, 为装置以后的稳定操作和计划检修奠定了基础。
参考文献
挤压造粒 篇6
关键词：高熔融指数,聚丙烯熔融,挤压造粒机
0引言
聚丙烯是一种利用合成树脂生产的塑料原材料, 也是近年来所有塑制品中发展最快的一种。聚丙烯产品根据使用范围一般可以分为通用料和专用料两种。我国由于技术水平受限, 大部分的生产是以低级的通用料为主, 市场竞争激烈, 企业经济效益一般。因此在现阶段加强对高熔融指数聚丙烯对挤压造粒机运行影响研究, 分析高熔融指数对生产过程的影响对于开发生产高性能的PP材料具有至关重要的意义, 能够有效提高聚丙烯材料生产企业的产品技术含量和核心竞争力, 促进企业更好的发展。
1聚丙烯熔融过程
物质的熔融指的是物质在高温环境下由晶相转变为液相的一个过程。聚丙烯的熔融过程是在挤压造粒机中进行的。挤压造粒机提供一种高温高压的环境, 将聚丙烯原材料投放到挤压造粒机的进料段中, 通过造粒机筒体的熔化段, 经过熔融过程, 变成液相的聚丙烯, 然后再流经捏合段和增压段。在流动过程中, 熔融状态的聚丙烯依次经过挤压造粒机中的节流阀、过滤网等, 最后流入造粒机的模板, 通过挤压成型得到颗粒状的聚丙烯材料。
挤压造料机中的聚丙烯材料是以液相流动的状态存在, 其中最主要的参数就是挤压造粒机的流量Q。这里的Q值是由正流流量QZ、逆流流量QN和漏流流量QL三种流量值共同决定, Q=QZ-QN-QL。
2高熔融指数对挤压造粒机运行影响
2.1高熔融指数与熔体温度的关系
本文讨论的挤压造粒机的筒体是采用蒸汽加热和脱盐水冷却方式来控制造粒机筒体的温度, 在熔融过程中高熔融聚丙烯熔体的流动性受熔体温度的影响比较大。粉状聚丙烯在挤压造粒机双螺杆的作用下会将机械能转变为热能, 使得聚丙烯的温度逐渐升高, 当温度升到160℃左右, 达到聚丙烯的软化点, 这时候通过挤压造粒机筒体冷却水的作用保持聚丙烯熔体温度的恒定。经过分析可知, 熔体温度与高熔融指数呈反比关系, 高熔融指数越高, 熔体温度越低。
2.2高熔融指数与挤压造粒机主电机功率的关系
在挤压造粒机中注入的聚丙烯材料总量不变的情况下, 高熔融指数越高, 相应的熔体流动性就越高, 流动性加快, 就会降低双螺杆对聚丙烯熔体的剪切作用力, 从而降低主电机的做功, 使得主电机功率下降。由此可知, 在聚丙烯熔融过程中, 挤压造粒机的主电机功率与熔体流量是呈正比的, 可以通过主电机的运行功率来间接获取挤压造粒机的工作负荷。
2.3高熔融指数与熔体压力的关系
聚丙烯熔融过程中是以流体状态在筒体内流动, 为了便于分析这里可以把聚丙烯熔体看作黏性流体, 根据流体动力学原理得知关于挤压造粒机流量Q和熔体压差△P以及聚丙烯熔体的黏度u之间的关系为:
从关系式可知在挤压造粒机的流量保持不变的前提下, 高熔融指数的升高会导致熔体黏度u的降低, 进而会导致熔体压差△P变小。由此可知, 高熔融指数与熔体压力呈反比, 在聚丙烯颗粒生产过程中要想得到高熔融指数的产品需要适当提高挤压造粒机的负荷, 从而提高熔体压力来保证产品质量。
3挤压造粒机安全运行解决办法
3.1控制挤压造粒机筒体温度
上文提到高熔融指数与熔体温度有直接关系, 而熔体的温度需要挤压造粒机筒体温度的调节来维持。当熔融指数升高的时候会导致熔体温度和聚丙烯熔化温度的降低。而为了保持聚丙烯熔体良好的流动性, 保证产品质量, 就需要适当降低筒体保温温度, 一般热油温度都略高于熔体温度。根据研究分析确定, 要想得到高熔融指数的聚丙烯产品, 要控制挤压造粒机筒体温度在250℃左右, 从而实现比较好的聚丙烯切粒效果。
3.2调整节流阀的开度
聚丙烯在生产过程中要经过不同物料的混炼, 根据混炼程度的不同能够得到不同质量的产品。混炼程度越高, 就能得到更高熔融指数的产品。而影响物料混炼程度的就是挤压造粒机中节流阀的开度, 当调大节流阀开度的时候, 物料不能得到充分混炼, 产品质量较差。因此要想得到高熔融指数的产品, 就需要适当关小节流阀的开度。通过适当调小节流阀的开度能够有效提高熔体压力和挤压造粒机的流量, 从而提高物料的混炼程度。由统计数据分析可知, 比较理想的节流阀开度一般略高于40°, 在45°以内的状态下能够实现物料的良好混炼, 从而得到比较高的熔融指数。
3.3控制颗粒冷却水温度
颗粒冷却水的作用是对聚丙烯颗粒进行冷却、固化和输送。其中颗粒冷却水对温度对冷却固化过程影响比较大。温度过高会导致冷却慢, 颗粒粘连;温度过低则会导致冷却过快, 切粒不平整。因此在生产过程中要严格控制冷却水的温度, 一方面可以确保切粒质量, 另一方面能够保护切刀, 提高挤压造粒机的寿命。一般情况下将颗粒冷却水的温度控制在63℃左右能够得到高熔融指数的聚丙烯产品。
控制挤压造粒机按照上表所示的运行参数进行生产可以在保证挤压造粒机正常运转的前提下得到高熔融指数的聚丙烯产品。
4结论
通过对挤压造粒机运行参数的调节, 能够很好的满足高熔融指数聚丙烯的生产, 促进我国专用性聚丙烯产业的发展。
参考文献
[1]王志雄, 张世立.高熔融指数聚丙烯对挤压造粒机运行的影响[J].石油化工应用, 2010, 29 (10) :101~102, 106.
[2]秦化渤.聚丙烯挤压造粒机组控制系统分析与设计[D].大连理工大学, 2007.
挤压造粒 篇7
上海石化聚丙烯装置是两套年产量10万吨的聚丙烯生产装置, 各有一套挤压造粒系统, 原控制系统采用西门子S5-135U PLC加模拟盘二次表的混合控制模式, 运行到现在已经有20年, 设备老化严重, S5早已停止生产, 备件采购成本高, 供应无法保证, 影响装置平稳运行;近年来故障频繁, 由于当时技术水平的限制, 系统没有SOE (报警事件记录) 功能, 也没有配置操作员站和工程师站, 给故障原因分析和日常操作、维护带来很大的困难和不便。为此, 于2009年10月利用西门子PCS7对原系统进行更新改造[1]。
此次改造使用西门子以S7系列PLC为硬件基础的PCS7替换原有S5系统, PCS7分布式控制系统具备强大的组态工具, 成熟的Profibus系统总线技术, 专业应用于过程控制领域的编程方式, 详细的上位机显示画面以及完备的报警、趋势管理系统, 能够充分满足改造的要求。
2工艺概述
挤压造粒机将聚丙烯粉末和添加剂以一定的配比进行掺混后进入筒体, 经高温熔融后, 在主电机的驱动下, 筒体中的旋转螺杆搅动并将融体送至模板, 高速旋转的切粒刀将融体切成小颗粒, 经切粒水带到干燥部分, 经干燥后, 进入振动筛筛选, 最后将合格的颗粒送入料仓等待包装。
3原系统结构简介
原控制系统采用现场盘、S5PLC加模拟盘的混合控制方式, 现场盘主要是各种控制操作按钮、指示灯以及部分盘装显示仪表, 用于操作员的现场操作控制;S5PLC是原系统的核心, 所有的控制逻辑全部在此实现, 系统中全是数字量点;模拟盘通过模拟二次表来集中显示和控制, 包括温度、压力、转矩等信号的显示, 联锁阀值的设定, 筒体温度的加热和冷却控制, 趋势记录等。
4 PCS7系统的硬件配置和系统构成
4.1 PCS7系统概述
SIMATICPCS7是西门子公司结合最先进的计算机软、硬件技术, 在西门子公司S5/S7系列可编程控制器及TELEPERM系列集散系统的基础上, 面向所有过程控制应用场合的先进过程控制系统。
PCS7系统采用西门子S7-417H加ET200M分布式I/O的结构模式, 输入输出模块为S7-300模块, 通讯系统采用的是工业以太网和Profibus现场总线, 上位机软件WinCC作为操作和监控的人机界面。
4.2系统配置
这次升级改造中, 原来的所有盘装显示、控制仪表都直接进入PCS7系统, 现场盘的按钮、指示灯等功能保留, 用西门子触摸屏取代原来的模拟显示表, 原模拟盘完全拆除。新系统网络构成如图1所示。
工程师站一台, 用于系统工程组态以及维护过程中的程序或参数修改, 如系统网络硬件组态, 控制回路组态, 用户程序设计、调试、下载, 过程趋势和参数的设定, 流程图画面, 报表的生成等, 正常情况下也作为操作员站使用。
操作员站一台, 19"液晶显示器, 作为系统和操作员间的人机接口, 工业以太网用于系统站之间的数据通讯。
根据经济及装置的实际情况, 配置一台S7-417控制站, 用于对过程装置进行常规、逻辑以及顺序控制。控制机柜四个, 用于安装控制站、四个分布式I/OET200M站以及电源、接线端子、继电器等辅助元件。ETM通过Profibus-DP总线与控制站进行通讯。
现场操作柜配有一台西门子操作屏, 通过Profibus-DP总线与控制站通讯, 可以在现场进行控制操作和数据监控。
整个系统构成三级网络结构:第一级是工厂信息管理网, 通过上位机OPC通讯接口, 连接工厂信息管理网;
第二级是工业以太网, 通信速率为100Mbps, 实现控制站与上位机、上位机与下位机之间的数据快速通讯;
第三级是Profibus-DP网, 是控制器S7-417主站与ET200M从站及现场显示屏之间的通讯实现形式[2]。
5程序设计
这次升级改造中, 要把原来的盘装显示、控制仪表都直接嵌入PCS7系统, 这样势必会引起对原控制程序的大量修改, 既增加了工作量, 又会出现许多不可预知的问题, 可能会给开车调试带来诸多困难, 为了避免以上问题的发生, 同时充分运用PCS7强大的过程控制功能和内嵌的WinCC过程监控系统, 我们采取了保持原有的控制程序不变的方法, 其所有的输入输出全部采用中间变量, 在PCS7的CFC (连续功能图) 中实现中间变量与实际的输入输出地址的连接;对于所有需要修改和增加的地方全部在CFC中实现。系统控制程序主要包括筒体温度控制、离合器控制、辅机启动控制、主机的启动和停止控制等五大部分, 下面以两个有代表性的控制程序设计为例来加以说明。
5.1筒体温度控制
5.1.1程序组态
工艺上需要聚丙烯在熔融状态下进行挤压造粒, 要把筒体温度控制在250℃左右, 通过控制电加热电流大小和冷却水的流量来保持温度恒定, 冷却水的流量是通过对脉冲电磁阀通断时间的长短来控制的, 改造前的控制功能是通过两块模拟二次表实现的, 改造后需要在PCS7中通过CFC实现。
在系统的部件层级中打开控制站AS1, 点击Charts, 在右边窗口点击鼠标右键, 选择新建, 这时会有一个新的Chart图标出现, 重命名为Barrel1, 然后双击图标进入程序组态画面, 在窗口左面的块库中选择需要的块拖入CFC功能图中。
本例中首先需要两个模拟量输入块CH AI, 因为需要在监控画面显示实时值, 所以需要两个显示块MEAS MON, 这两个输入还具有选择输入功能, 所以同时进入选择块FC 15;PID控制块CTRL PID对温度进行常规控制, 选择块FC 15的输出作为PID控制块的PV值;PID控制块的输出需要实现分程控制, 在0～50%时停止加热, 只进行冷却控制, 同时脉冲电磁阀的脉冲时间可调, 在50%～100%时停止冷却, 只进行加热控制;另外还需要一个比较块CMP R、一个脉冲定时块AFP, 二者经过一个与逻辑块输出到DO块CH DO, 实现逻辑输出;加热控制直接通过一个模拟量输出块CH AO实现, 把50%～100%对应到4～20mA电流输出, 实现加热控制筒体温度控制回路组态如图2所示。
5.1.2回路分析
筒体温度控制系统设计关键点主要在两个地方, 一是采用温度选择控制, 这是改造中新增加的功能, 原系统中一个热电偶进PID控制, 一个进记录仪, 全部改造进入PCS7系统后, 我们在操作员画面上设置切换开关, 当一个测温点出现故障时, 可以马上切换另一路进入控制回路, 避免停车, 增加筒体温度控制的可靠性;另一个是筒体温度的分程控制, 即PID在0～50%只有冷却控制, 停止加热, 在50%～100%只有加热控制, 停止冷却。从图2中可以看出直接通过一个比较块实现, 关键点在冷却脉冲的时间控制上, 因为在控制时需要对脉冲动作时间控制, 来实现对冷却水流量的控制, 以满足工艺要求, 为此, 我们在操作画面上设计了两个输入框, 一个输入脉冲周期, 一个输入脉冲周期中正值时间。脉冲周期时间通过在改造前现场测试大约为10s, 这个值在新系统中也保持不变;鼠标单击“脉冲周期中正值时间”输入框, 会出现一个下拉式选择菜单, 有0ms、100ms、200ms、300ms、500ms、700ms、900ms、1s、2s、3s、5s、10s等可供选择, 也就是通过控制现场电磁阀的通断时间长短来控制冷却强度的大小;加热时通过模拟量输出通道块CH AO把4～20mA电流输出到电气电加热控制器, 实现加热强度控制。
5.2主电机停机控制
5.2.1程序组态
为了改造的可靠性同时减少停车时间, 在设计中保持主电机程序不变, 直接由s5导入s7, 原来的外部输入DI点全部转换为200对应的中间变量, 如I1.1对应为M 201.1, 原来的外部输出DO点全部转换为300对应的中间变量, 如Q 11.1对应为M 311.1, 原来的中间变量保持不变, 这样就保证了在调试和试车时遇到问题就可以排除对原程序设计错误的怀疑, 节省查找故障的时间。主电机停机控制逻辑框图如图3所示, 与外部的输入输出连接全部在CFC中通过CH DI块和CH DO块实现, 如图4所示。
5.2.2控制逻辑分析
1#挤压机主电机功率4 400kW, 2#挤压机主电机功率3 900kW, 是整个挤出造粒部分的核心设备, 所以主电机联锁停逻辑就是保证在异常情况下主电机能安全停车, 防止对操作人员的伤害, 同时也保护设备不受损坏。该联锁程序所有的条件连接到一个与门, 与门的输出通过硬件回路输出一副触点到电气的主电机电源控制回路, 所有联锁信号正常时, 输出信号为“1”, 继电器常开触点闭合, 主电机电源回路通电;当有联锁条件出现时, 输出信号为“0”, 继电器常开触点断开, 主电机电源回路失电, 主电机停机。从图3中可以看到所有参与联锁的条件, 首先是直接进与门的条件, 开车时只有在离合器啮合命令发出15s之后才可以启动主机, 因为离合器的啮合是通过一定压力的仪表空气来推动的, 这需要一定的时间。在主机正常运行期间出现以下任何一个条件:离合器控制程序联锁、旋转阀RF802停3min以上、开车阀故障15s以上、主机停按钮等22个条件之一、切粒机旁路时开车阀切向地面和切粒机保护罩位置同时不满足要求、切粒机未旁路时出现切粒机压力高等7个条件之一, 主电机会马上停车。
6系统改造中的经验总结和分析
(1) 运用合适的程序设计方法。因为旧程序肯定是正确的, 在升级改造中把其作为一个整体原封不变的导入新系统, 通过中间变量实现新老程序的连接, 这样可大大提高程序的可靠性, 减少调试时间, 便于故障原因分析。
(2) 所有的现场有源变送器输入信号需安装隔离栅。因为现场有大功率电机, 电气设备比较多, 干扰信号比较强, 由于在设计时考虑不周, 没有设计隔离栅, 所有的现场有源变送器输入信号都出现频率很高的干扰信号, 会触发联锁条件, 致使无法开车, 安装隔离栅后才较好地解决了这一问题。
(3) 完善程序设计, 确保筒体加热和冷却正常控制。充分利用原系统的条件, 设计了PID控制器PV输入的双路选择控制, 当一路故障时可切换到另一路输入, 提高控制的可靠性, 减少停车。另外在冷却脉冲电磁阀的时间选择分布上要前密后稀, 就是说100ms～1s范围内要时间间隔短, 在1～10s范围内可时间间隔长, 这样可提高控制的精确性。
(4) 系统增加SOE功能。把现场关键的检测信号和主要的操作信号接入SOE卡板, SOE最重要的作用就是以ms分辨率记录信号动作, 可以在停车时快速找到第一时间联锁动作信号, 便于原因分析和减少停车时间。
(5) 设计人性化的操作画面, 便于操作和管理根据工艺流程设计了工艺显示画面、操作画面、重要的关联趋势画面, 特别是操作画面, 要根据它们的重要性、关联性来确定布局。同时为操作人员设计了重要数据一览画面, 方便抄写数据记录表。
7结束语
目前该系统运行平稳, 操控简单方便, 通过对该系统的升级, 解决了原系统中存在的问题, 发挥了PCS7系统的优势, 改造后, 挤压机的运行情况有明显改善, 停车次数大幅下降, 对增加聚丙烯产量, 提高企业效益起到很好的作用。
今后还可以利用PCS7良好的可扩展性和强大的网络功能, 实现与聚丙烯送料系统、称量系统的融合与数据传输, 达到控制的优化。
参考文献
[1]于波, 王桂云, 吴颐轩.芳烃联合装置DCS系统的升级改造[J].化工自动化及仪表, 2009, 36 (6) :97-100.
[2]丁明华, 王建明, 凌立国.PCS7控制系统在甲烷氯化物项目中的冗余应用[J].化工自动化及仪表, 2009, 36 (3) :87-89.