提高造粒机负荷的方法实践

关键词:造粒机; 负荷; 方法; 实践

1　提高造粒机负荷的紧迫性

     洛阳石化聚丙烯装置1993年1月建成投产,原设计能力5. 6万t/ a,主要生产装置有三套:设计生产能力7. 0t/h的聚合装置和7. 5 t/h的造粒装置(设计最大负荷8. 5 t/h)以及18 t/h的包装生产线。经过多年来的技术创新、改造, 2006年聚合生产负荷达到11. 5 t/h,造粒负荷为9. 5 t/h,包装生产线最大能力已经达到25 t/h。聚合负荷11. 5 t/h,造粒负荷9. 5 t/h,正常情况下每天有48t粉料需要进行人工卸料、码垛等作业,不但增加了生产成本,而且粉料的价格比粒料每吨低400元以上,每天近两万元的效益白白流失。造粒机原设计最大负荷为8. 5 t/h,经技改后2006年已经达到9. 5 t/h,负荷提高了11. 76%,继续提高负荷有一定的难度,但面对日益激烈的市场竞争,必须降低自己的生产成本,实现公司效益的最佳化。因此,进一步提高造粒机负荷已经成为我公司重要的攻关课题。

2　提高造粒机负荷的方法探讨

2. 1　造粒装置概况
     造粒装置的关键机组CMP - 230X - 9AW造粒机,主电机功率1 900kW,由日本制钢所制造,其辅助系统主要包括粉料下料系统、稳定剂下料系统、热油加热系统、脱水干燥系统、成品粒料输送系统及包装系统等。其作用主要是将聚合装置输送过来的聚丙烯粉料,通过供料系统与各种稳定剂一起送入造粒机进行混合、熔融、挤压、切粒;粒料通过干燥器和振动分选器进行分选;分选出的合格粒料输送到成品料仓进行掺混;掺混均匀后再输送到包装生产线进行包装出厂。

2. 2　提高造粒机负荷的方法探讨
                
     由于聚合装置与成品料输送、掺混、包装系统的能力等相对空间都比较大,因此进一步提高造粒装置生产负荷的关键是提高粉料下料系统和造粒机的处理量。粉料下料系统主要设备是下料秤Z503。设计最大下料量9.5 t/h,目前已经达到100%负荷运行,因此必须首先进行改造或更换; 而造粒机的负荷目前主要受主电机功率及齿轮泵电机功率的制约较大,而更新电机影响太大,费用过高。依据对造粒机的认识, 2005年已经改造一块模板,使用效果较好,因此,只能继续走模板改造的道路。

2. 3　最大理论值的计算
                
     根据造粒机组的使用情况,通过对各环节的比较,当前造粒机组的最大负荷主要受主电机功率制约最大,因此通过主电机负载能力的计算就可以确定造粒机组的最大负载能力,为本次改造提供依据。
      造粒机生产能力达到设计最大能力8. 5 t/h时,主电机的功率不大于1 400 kW,为额定功率的73. 68%;当生产负荷达到9. 5 t/h时,主电机的功率为1 490 kW,为额定功率的78.42%。由于负荷的提高会使效率下降,但在一定范围内效率不会低于82%。
      根据日本制钢所的相关资料,造粒机在生产F - 401熔体指数为2. 43 g / ( 10min)时,聚合物的捏合能Esp =0. 132 kW·h /kg。
      根据螺杆挤压理论: Esp = Pvt /Q
      其中: Pvt ,为螺杆的输入能量, kW; Q ,为机组的处理量即粉料与助剂之和, kg/h。
      所以: Pvt = Esp ×Q
      故: Pvt = P额×82% = 1 900 ×82% = 1 558 kW
      则: Q = Pvt /Esp = 1 558 /0. 132 = 11 803 kg/h
     由于电机余量、功率因数以及聚丙烯粉料指数的波动等因素,一般影响在8%以内,因此:Qmax = 11 803 (1 - 8% ) = 11 803 ×0. 92= 10858 kg/h
      通过以上计算可知,主电机的安全负载可达到10 858 kg/h;因此,造粒机的最大生产负荷理论上可以达到10. 85 t/h。

3　提高造粒机负荷的方法与实施

3. 1　粉料下料秤的改进方法与实施
3. 1. 1　粉料下料秤的改进方法
     粉料下料秤原设计最大能力8. 5 t/h,经过改造目前负荷已经达到9. 5 t/h (最大) ,要进一步提高造粒机负荷,首先是下料秤的下料量。经过多方技术论证后认为,可以采用提高计量秤电机频率的方法扩大电机转速的调节范围来达到扩大计量秤称量范围的目的。此方法简单、经济,不增加设备投资。
3. 1. 2　方法实施
      2007年元月15日,在造粒机组上进行实际试验,当粉料下料秤电机的频率范围由原来的0～55Hz调整到0～65Hz时,下料秤负荷最大可以提高到11. 0t/h,能够满足造粒机扩能后的需要。经过近一年的连续运行,该设备运行稳定、高量程范围内计量效果较好。

3. 2　造粒机模板的改造方法与实施
3. 2. 1　模板概况
                
     造粒工艺过程是指聚丙烯粉料及添加剂在造粒机体内熔融、混合,从模板的模孔挤出后,立即被高速旋转的切刀切成颗粒,这些聚丙烯粒料被切粒室的冷却水带走进行分离干燥。
     造粒机模板形式为热通道型,利用热油进行加热。模板与切刀的接触面是厚度为3. 0 mm的TiC硬质合金环形表面(Φ 370 ×Φ250) ,环形面上有544个直径为Φ 2. 3 mm的小孔规则的分布在合金板上。
3. 2. 2　改进方法与依据
      我公司2005年已经改造试用了一块模板, 2005年7月8日开始试用,首次连续运行126天,造粒机模板的流体通道扩大10%,相同负荷条件下,生产同样牌号的聚丙烯产品时,主电机功率下降70～90kW;齿轮泵电机功率下降10～20 kW;切割机电机功率下降12kW[ 1 ] 。对于造粒机组来说,使用改进模板在相同工况下主电机等主要动力设备功率降低,即相对提高了造粒机的处理量。根据推算,上述改造可以使造粒机负荷增加约0.5 t/h。因此通过模板流体通道扩大的方法,进一步提高造粒机负荷是有效可行的。
3. 2. 3　模板改进方案确定
      原设计使用的模板为Φ 2. 3 ×544个模孔,其有效通过面积为2 259 mm2 ; 2005年一块模板已改造为Φ 2. 4×580个模孔,有效通过面积为2 622 mm2。根据模板的实际情况,仍然有增加孔数、扩大孔径的余地,最大可扩至Φ 2. 5×684个模孔,其有效通过面积为3 356 mm2 ;但综合考虑造粒机组等各方面的实际情况,确定模板模孔为Φ 2. 5×624个较为合理,此时其有效通过面积为3 061 mm2 ,理论生产负荷可达11. 52t/h。另外,对热载体容积、截面积深度、宽度等也进行了不同程度的技术改造,以满足增容后对模板热容量的需要。
3. 2. 4　改进方案的实施
     2007年2月,按上述计算结果与辽阳斯佳机械配件厂再次签订了新模板制造供货技术合同。新模板到货后于2007年5月30日进行安装试运行,试验中,造粒机组顺利通过了10.80 t/h的最高负荷连续24 h的考核试验。考虑到机组运行的安全性,公司决定将造粒机负荷最高控制在10. 20t/h进行长周期试运行,目前该模板已连续高负荷运行半年以上。
      改造模板使用后,物料在造粒机筒体中的停留时间缩短4. 6s,其它与原工况基本相同,完全满足各种助剂的技术要求。但为了消除改造后对物料熔融、混炼带来的微观影响,在实际操作中将造粒机筒体温度提高5～10℃;切割机转速提高50～100 r/min;其它辅助系统工艺参数根据生产情况也做了相应调整。试运行生产至今已过半年,各种牌号产品质量稳定,没有出现任何质量事故。

4　结论

     我们完全依靠自己的力量和国产的造粒机模板配件,取得了进一步提高造粒机负荷攻关的成功。改造后造粒机组负荷由原来的最大9. 50 t / h提高到现在的10. 20 t/h高负荷运行,已经过半年多的连续运行(目前仍在继续运行中),设备运行平稳,产品质量稳定,说明造粒机组的进一步扩能改造取得圆满成功。
造粒机运行时间按照每年8 000h、每吨粉料与粒料的价格差按最低400元进行计算,造粒机负荷提高后每年可直接增加经济效益为224万元,可持续受益。本次扩能改造设备投资仅增加一块模板,价值25万元(进口配件报价180万元人民币) 。改造后半年即实现五倍多的投资回报,效益可观。