提高造粒機負荷的方法實踐

關鍵詞:造粒機; 負荷; 方法; 實踐

1　提高造粒機負荷的緊迫性

     洛陽石化聚丙烯裝置1993年1月建成投產,原設計能力5. 6萬t/ a,主要生產裝置有三套:設計生產能力7. 0t/h的聚合裝置和7. 5 t/h的造粒裝置(設計最大負荷8. 5 t/h)以及18 t/h的包裝生產線。經過多年來的技術創新、改造, 2006年聚合生產負荷達到11. 5 t/h,造粒負荷為9. 5 t/h,包裝生產線最大能力已經達到25 t/h。聚合負荷11. 5 t/h,造粒負荷9. 5 t/h,正常情況下每天有48t粉料需要進行人工卸料、碼垛等作業,不但增加了生產成本,而且粉料的價格比粒料每噸低400元以上,每天近兩萬元的效益白白流失。造粒機原設計最大負荷為8. 5 t/h,經技改后2006年已經達到9. 5 t/h,負荷提高了11. 76%,繼續提高負荷有一定的難度,但面對日益激烈的市場競爭,必須降低自己的生產成本,實現公司效益的最佳化。因此,進一步提高造粒機負荷已經成為我公司重要的攻關課題。

2　提高造粒機負荷的方法探討

2. 1　造粒裝置概況
     造粒裝置的關鍵機組CMP - 230X - 9AW造粒機,主電機功率1 900kW,由日本制鋼所制造,其輔助系統主要包括粉料下料系統、穩定劑下料系統、熱油加熱系統、脫水干燥系統、成品粒料輸送系統及包裝系統等。其作用主要是將聚合裝置輸送過來的聚丙烯粉料,通過供料系統與各種穩定劑一起送入造粒機進行混合、熔融、擠壓、切粒;粒料通過干燥器和振動分選器進行分選;分選出的合格粒料輸送到成品料倉進行摻混;摻混均勻后再輸送到包裝生產線進行包裝出廠。

2. 2　提高造粒機負荷的方法探討
                
     由于聚合裝置與成品料輸送、摻混、包裝系統的能力等相對空間都比較大,因此進一步提高造粒裝置生產負荷的關鍵是提高粉料下料系統和造粒機的處理量。粉料下料系統主要設備是下料秤Z503。設計最大下料量9.5 t/h,目前已經達到100%負荷運行,因此必須首先進行改造或更換; 而造粒機的負荷目前主要受主電機功率及齒輪泵電機功率的制約較大,而更新電機影響太大,費用過高。依據對造粒機的認識, 2005年已經改造一塊模板,使用效果較好,因此,只能繼續走模板改造的道路。

2. 3　最大理論值的計算
                
     根據造粒機組的使用情況,通過對各環節的比較,當前造粒機組的最大負荷主要受主電機功率制約最大,因此通過主電機負載能力的計算就可以確定造粒機組的最大負載能力,為本次改造提供依據。
      造粒機生產能力達到設計最大能力8. 5 t/h時,主電機的功率不大于1 400 kW,為額定功率的73. 68%;當生產負荷達到9. 5 t/h時,主電機的功率為1 490 kW,為額定功率的78.42%。由于負荷的提高會使效率下降,但在一定范圍內效率不會低于82%。
      根據日本制鋼所的相關資料,造粒機在生產F - 401熔體指數為2. 43 g / ( 10min)時,聚合物的捏合能Esp =0. 132 kW·h /kg。
      根據螺桿擠壓理論: Esp = Pvt /Q
      其中: Pvt ,為螺桿的輸入能量, kW; Q ,為機組的處理量即粉料與助劑之和, kg/h。
      所以: Pvt = Esp ×Q
      故: Pvt = P額×82% = 1 900 ×82% = 1 558 kW
      則: Q = Pvt /Esp = 1 558 /0. 132 = 11 803 kg/h
     由于電機余量、功率因數以及聚丙烯粉料指數的波動等因素,一般影響在8%以內,因此:Qmax = 11 803 (1 - 8% ) = 11 803 ×0. 92= 10858 kg/h
      通過以上計算可知,主電機的安全負載可達到10 858 kg/h;因此,造粒機的最大生產負荷理論上可以達到10. 85 t/h。

3　提高造粒機負荷的方法與實施

3. 1　粉料下料秤的改進方法與實施
3. 1. 1　粉料下料秤的改進方法
     粉料下料秤原設計最大能力8. 5 t/h,經過改造目前負荷已經達到9. 5 t/h (最大) ,要進一步提高造粒機負荷,首先是下料秤的下料量。經過多方技術論證后認為,可以采用提高計量秤電機頻率的方法擴大電機轉速的調節范圍來達到擴大計量秤稱量范圍的目的。此方法簡單、經濟,不增加設備投資。
3. 1. 2　方法實施
      2007年元月15日,在造粒機組上進行實際試驗,當粉料下料秤電機的頻率范圍由原來的0～55Hz調整到0～65Hz時,下料秤負荷最大可以提高到11. 0t/h,能夠滿足造粒機擴能后的需要。經過近一年的連續運行,該設備運行穩定、高量程范圍內計量效果較好。

3. 2　造粒機模板的改造方法與實施
3. 2. 1　模板概況
                
     造粒工藝過程是指聚丙烯粉料及添加劑在造粒機體內熔融、混合,從模板的模孔擠出后,立即被高速旋轉的切刀切成顆粒,這些聚丙烯粒料被切粒室的冷卻水帶走進行分離干燥。
     造粒機模板形式為熱通道型,利用熱油進行加熱。模板與切刀的接觸面是厚度為3. 0 mm的TiC硬質合金環形表面(Φ 370 ×Φ250) ,環形面上有544個直徑為Φ 2. 3 mm的小孔規則的分布在合金板上。
3. 2. 2　改進方法與依據
      我公司2005年已經改造試用了一塊模板, 2005年7月8日開始試用,首次連續運行126天,造粒機模板的流體通道擴大10%,相同負荷條件下,生產同樣牌號的聚丙烯產品時,主電機功率下降70～90kW;齒輪泵電機功率下降10～20 kW;切割機電機功率下降12kW[ 1 ] 。對于造粒機組來說,使用改進模板在相同工況下主電機等主要動力設備功率降低,即相對提高了造粒機的處理量。根據推算,上述改造可以使造粒機負荷增加約0.5 t/h。因此通過模板流體通道擴大的方法,進一步提高造粒機負荷是有效可行的。
3. 2. 3　模板改進方案確定
      原設計使用的模板為Φ 2. 3 ×544個模孔,其有效通過面積為2 259 mm2 ; 2005年一塊模板已改造為Φ 2. 4×580個模孔,有效通過面積為2 622 mm2。根據模板的實際情況,仍然有增加孔數、擴大孔徑的余地,最大可擴至Φ 2. 5×684個模孔,其有效通過面積為3 356 mm2 ;但綜合考慮造粒機組等各方面的實際情況,確定模板模孔為Φ 2. 5×624個較為合理,此時其有效通過面積為3 061 mm2 ,理論生產負荷可達11. 52t/h。另外,對熱載體容積、截面積深度、寬度等也進行了不同程度的技術改造,以滿足增容后對模板熱容量的需要。
3. 2. 4　改進方案的實施
     2007年2月,按上述計算結果與遼陽斯佳機械配件廠再次簽訂了新模板制造供貨技術合同。新模板到貨后于2007年5月30日進行安裝試運行,試驗中,造粒機組順利通過了10.80 t/h的最高負荷連續24 h的考核試驗。考慮到機組運行的安全性,公司決定將造粒機負荷最高控制在10. 20t/h進行長周期試運行,目前該模板已連續高負荷運行半年以上。
      改造模板使用后,物料在造粒機筒體中的停留時間縮短4. 6s,其它與原工況基本相同,完全滿足各種助劑的技術要求。但為了消除改造后對物料熔融、混煉帶來的微觀影響,在實際操作中將造粒機筒體溫度提高5～10℃;切割機轉速提高50～100 r/min;其它輔助系統工藝參數根據生產情況也做了相應調整。試運行生產至今已過半年,各種牌號產品質量穩定,沒有出現任何質量事故。

4　結論

     我們完全依靠自己的力量和國產的造粒機模板配件,取得了進一步提高造粒機負荷攻關的成功。改造后造粒機組負荷由原來的最大9. 50 t / h提高到現在的10. 20 t/h高負荷運行,已經過半年多的連續運行(目前仍在繼續運行中),設備運行平穩,產品質量穩定,說明造粒機組的進一步擴能改造取得圓滿成功。
造粒機運行時間按照每年8 000h、每噸粉料與粒料的價格差按最低400元進行計算,造粒機負荷提高后每年可直接增加經濟效益為224萬元,可持續受益。本次擴能改造設備投資僅增加一塊模板,價值25萬元(進口配件報價180萬元人民幣) 。改造后半年即實現五倍多的投資回報,效益可觀。