本文刊登于PROCESS《流程工業(yè)》2023年第7期
《擠壓機(jī)運(yùn)行故障分析及處理方法》
(資料圖片僅供參考)
文/ 丁文波
本文作者供職于中天合創(chuàng)能源有限責(zé)任公司化工分公司
設(shè)計(jì)能力 60 t/h 的造粒機(jī)組是國內(nèi)引進(jìn)大型擠壓造粒機(jī)組之一，該機(jī)組是某大型煤炭深加工項(xiàng)目 35 萬 t/a聚丙烯裝置的配套設(shè)備。在運(yùn)行過程中，其自動(dòng)控制系統(tǒng)存在一些需要改進(jìn)和調(diào)整的地方，特別是造粒機(jī)組運(yùn)行過程中經(jīng)常聯(lián)鎖停車，經(jīng)過反復(fù)分析研究，最終找到問題所在，并制定出相應(yīng)的解決方案。該機(jī)組主要由主電動(dòng)機(jī)、減速箱、筒體、熔融泵、換網(wǎng)器、水下切粒機(jī)、干燥器、塊料分離器以及顆粒振動(dòng)篩等主要設(shè)備組成。
項(xiàng)目基本情況
工藝流程簡介
造粒機(jī)組示意如圖 1 所示，聚合單元生產(chǎn)的聚丙烯粉料由脫氣倉進(jìn)行脫活、干燥后，經(jīng)粉料輸送鼓風(fēng)機(jī)送至造粒單元進(jìn)料倉，粉料與助劑經(jīng)過配置并在規(guī)定時(shí)間內(nèi)充分混合，通過助劑計(jì)量稱進(jìn)入筒體。聚丙烯粉料和助劑在筒體中充分混煉、熔融和均化，熔融聚丙烯經(jīng)熔融泵增壓，通過換網(wǎng)器過濾，由水下切粒機(jī)切粒。切粒前產(chǎn)品的熔融指數(shù)用 MFR 在線測定儀測定。熔融聚丙烯經(jīng)過切粒機(jī)模板束狀擠壓后進(jìn)入切粒室，旋轉(zhuǎn)的切刀將聚丙烯切成小顆粒。由于與顆粒冷卻水接觸，顆粒立即固化，同時(shí)由顆粒水送出切粒室。顆粒經(jīng)塊料分離器把大的或不均勻的塊料分離出來，其余送入顆粒干燥器中離心干燥，將顆粒與水完全分離。另外，顆粒干燥器排風(fēng)扇將空氣吹入，加快帶走顆粒表面的水分。干燥的顆粒送到振動(dòng)篩進(jìn)行篩分，大顆粒和小顆粒均被篩掉，合格的顆粒送到顆粒料斗中。最后由風(fēng)送系統(tǒng)輸送到料倉進(jìn)行摻和包裝。
機(jī)組 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
造粒機(jī)組的控制系統(tǒng)采用西門子公司的 PCS7 系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。整個(gè)造粒系統(tǒng)的電源模塊、中央處理器、通信均采用冗余結(jié)構(gòu)，分布式 IO 模塊。32 路數(shù)字輸入模塊12 塊，32 路數(shù)字輸出模塊 10 塊，8 路模擬輸入模塊 10 塊，8 路模擬輸出模塊 10 塊，24 路 F-DI4 安全模塊，6 路 F-AI 安全模塊 3 塊，10 路 F-DO 安全模塊 4 塊。共有數(shù)字量輸入點(diǎn) 372 個(gè)，數(shù)字量輸出點(diǎn) 253 個(gè)，模擬量輸入點(diǎn) 192 個(gè)，模擬量輸出點(diǎn) 34 個(gè)，同時(shí)設(shè)計(jì)了與 PC 上位機(jī)通信的接口。
機(jī)組電控系統(tǒng)
造粒機(jī)組的自動(dòng)控制程序采用德國西門子PCS7 CFC、SFC軟件編寫，整個(gè)程序主要實(shí)現(xiàn)以下自動(dòng)控制功能。
主電動(dòng)機(jī)起動(dòng)功能
為保證造粒機(jī)組安全開車，設(shè)計(jì)了起動(dòng)控制程序。當(dāng)以下條件都具備時(shí)則允許起動(dòng)主電動(dòng)機(jī)：軸承潤滑油泵運(yùn)行，驅(qū)動(dòng)側(cè)軸承油流量正常，非驅(qū)動(dòng)側(cè)軸承油流量正常，油箱液位正常，允許起動(dòng)信號(hào)來自 MCC 勵(lì)磁柜，離合器使能來自離合器 PLC，模板保護(hù)罩蓋好，切粒機(jī)未鎖定，開車閥處于排地位，開車閥熔體壓力 1 正常，換網(wǎng)器上端壓力正常，GKG 熔體壓力1 正常，齒輪箱潤滑油供油溫度正常，供油壓力正常，齒輪箱潤滑油泵至少 1 臺(tái)運(yùn)行，節(jié)流閥處于開車位置，軸封氮?dú)忾y打開，M300.31加熱系統(tǒng)正常，M602.99 熱油系統(tǒng)1、M650.99 熱油系統(tǒng) 2 運(yùn)行正常，M528.99 熔體切斷設(shè)備正常。
切粒機(jī)起動(dòng)功能
當(dāng)以下條件都具備時(shí)，切粒電動(dòng)機(jī)進(jìn)入自動(dòng)起動(dòng)程序：切粒機(jī)允許起動(dòng)來自 MCC 變頻器，節(jié)流閥筒體、開車閥筒體、熔體切斷裝置、換網(wǎng)器筒體、上滑柱、下滑柱以及 GKG 段筒體溫度，加熱系統(tǒng)旁通按鈕，主電動(dòng)機(jī)運(yùn)行，電動(dòng)機(jī)繞組溫度 L1 ～ 3 未高報(bào)，切粒水壓力（安全壓力）未高報(bào)，小車移動(dòng)泵關(guān)（SFC STEP9），鎖緊壓力正常，小車移動(dòng)至模板，切粒機(jī)鎖緊液壓缸 1 ～ 4 打開位置，切粒機(jī)鎖緊液壓缸 1 ～ 4 鎖緊位置，切粒機(jī)鎖緊液壓缸 1 ～ 4 過緊位置。
當(dāng)以上條件都具備時(shí)，切粒機(jī)自動(dòng)起動(dòng)，0.1 s 后，切粒水三通閥切換至大循環(huán)，4 s 后，切刀開始前進(jìn)，4.5 s 后開車閥切換至模板位置，至此機(jī)組自動(dòng)起動(dòng)過程完成。
機(jī)組自動(dòng)停止功能
為保證機(jī)組設(shè)備在正常情況下能夠根據(jù)需要安全、有序地停止運(yùn)行，以最大限度地減少廢料的產(chǎn)生，設(shè)計(jì)了機(jī)組自動(dòng)停止程序。在機(jī)組設(shè)備正常運(yùn)行情況下，手動(dòng)停止下料時(shí)，粉料加料器立即停機(jī)，待主電動(dòng)機(jī)扭矩降至28% 后，延時(shí) 10 s，停止主電動(dòng)機(jī)。
同時(shí)切刀軸解鎖，接著檢查齒輪泵吸入口壓力降到 0.03 MPa 后則令齒輪泵電動(dòng)機(jī)停機(jī)，之后切粒機(jī)停機(jī)。切粒機(jī)停機(jī)后順序令切刀軸后退、冷卻水三通球閥切至小循環(huán)，最后待切粒機(jī)水室液位降至低限時(shí)關(guān)閉顆粒冷卻水蝶閥，自動(dòng)停機(jī)過程結(jié)束。
機(jī)組互鎖保護(hù)功能
作為一個(gè)大型機(jī)組，安全保護(hù)很重要，系統(tǒng)為混煉機(jī)、齒輪泵、切粒機(jī)、換網(wǎng)器、干燥器電動(dòng)機(jī)、顆粒冷卻水以及進(jìn)水三通球閥等設(shè)計(jì)了互鎖保護(hù)，一旦機(jī)組某一設(shè)備出現(xiàn)異常，就能保證機(jī)組按停車次序安全有序地停車，避免造成更大的損失。
存在問題及解決方案
墊刀、纏刀
5 套造粒機(jī)組開車過程中，經(jīng)常出現(xiàn)切粒機(jī)不能正常起動(dòng)、“水、刀、料”不能同時(shí)到達(dá)模板，導(dǎo)致開車失敗，熔融樹脂纏刀，損壞切刀。同時(shí)由于頻繁開停車產(chǎn)生了大量的過渡料、廢料，造成了很大的經(jīng)濟(jì)損失，解決問題迫在眉睫。經(jīng)過認(rèn)真細(xì)致的檢查分析發(fā)現(xiàn)，問題出在“刀、水、料”的時(shí)間匹配上。按照工藝要求切粒機(jī)起動(dòng)后，切刀軸首先前進(jìn)讓切刀與模板充分貼近到位后，之后在熔融聚丙烯樹脂到達(dá)模板的同時(shí)顆粒冷卻水進(jìn)入切粒室，這是保證切粒機(jī)正常切粒的首要條件。如果聚丙烯樹脂先到達(dá)模板，而顆粒冷卻水尚未進(jìn)入切粒室，這時(shí)熔融的聚丙烯樹脂從模板孔擠出后不能及時(shí)冷卻，就會(huì)不斷地纏結(jié)在高速旋轉(zhuǎn)的切刀上，最終導(dǎo)致切粒機(jī)電動(dòng)機(jī)電流超高聯(lián)鎖停車。如果顆粒冷卻水過早進(jìn)入切粒室，使模板溫度過低，當(dāng)高溫熔融聚丙烯樹脂到達(dá)模板孔時(shí)過早冷卻固化而堵塞模板孔，造成切粒大小嚴(yán)重不均，堵塞嚴(yán)重時(shí)必須停車處理。
在充分考慮產(chǎn)品牌號(hào)（ 不同牌號(hào)產(chǎn)品熔融指數(shù)有很大差異，即樹脂流動(dòng)速率不同 MFR ＝0.25 ～ 65 g/10min）、樹脂的溫度壓力、顆粒冷卻水的溫度壓力、流速以及設(shè)備運(yùn)行狀況等因素對(duì)“刀、水、料”的時(shí)間匹配產(chǎn)生的影響后，反復(fù)研究、計(jì)算，確定優(yōu)化三同時(shí)控制方案，推遲三同時(shí)時(shí)間基準(zhǔn)，基準(zhǔn)由切粒機(jī)起動(dòng)更改為切粒機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到低報(bào)警值，開始計(jì)時(shí)進(jìn)水、進(jìn)料、進(jìn)刀，確保了水刀料能同時(shí)到達(dá)模板。邏輯變更和優(yōu)化后的底層組態(tài)如圖 2、圖 3 所示。
振動(dòng)篩堵料、過載
擠壓造粒機(jī)在正常生產(chǎn)過程中，當(dāng)振動(dòng)篩故障停運(yùn)或堵料時(shí)，流經(jīng)干燥后的粒料會(huì)堵滿整個(gè)振動(dòng)篩，乃至干燥器管線，最終會(huì)因干燥器堵料過載，聯(lián)鎖整個(gè)系統(tǒng)停車，造成非計(jì)劃停車，清理需要消耗大量時(shí)間。
針對(duì)以上問題，通過優(yōu)化振動(dòng)篩、三通閥控制方案，來消除此瓶頸。增加三通閥自動(dòng)切換程序，當(dāng)振動(dòng)篩過載或故障跳車后，延時(shí) 5 s，將頂部三通閥自動(dòng)切換至 outlet 位，同時(shí)底部三通閥自動(dòng)切換至 basic 位，使粒料繞過振動(dòng)篩，經(jīng)旁路進(jìn)入緩沖料斗，并且發(fā)出振動(dòng)篩跳車報(bào)警。
拉料切刀異常動(dòng)作
在開車時(shí)，經(jīng)常因拉料切刀不動(dòng)作而導(dǎo)致開車失敗。原有的控制方案是：起動(dòng)切刀后，當(dāng)切刀檢測到處于回位時(shí)，延時(shí) 0.2 s 后伸出，檢測到處于伸出位時(shí)，延時(shí) 0.2 s 后縮回，如此以固定的頻率往復(fù)運(yùn)動(dòng)。這種控制方案存在的問題是，經(jīng)常因切刀檢測不到回位或出位，而聯(lián)鎖動(dòng)作?，F(xiàn)場切刀實(shí)物和優(yōu)化后的底層組態(tài)如圖 4、圖 5 所示。
針對(duì)以上問題，提出一種新的控制方案，采用時(shí)鐘來控制切刀的動(dòng)作，并且將時(shí)鐘頻率開放至上位機(jī)，操作工可以根據(jù)開車負(fù)荷，隨時(shí)調(diào)整切刀速度。伸出位和縮回位接近開關(guān)作為確保切刀正常動(dòng)作的依據(jù)，30 s 內(nèi)均收不到伸出、縮回回信，發(fā)出報(bào)警提示。避免因拉料切刀不動(dòng)作，導(dǎo)致開車失敗。
結(jié)語
本文圍繞著造粒機(jī)組開工過程中暴露出的邏輯設(shè)計(jì)缺陷，詳細(xì)分析原因，有針對(duì)性地制定切實(shí)有效整改措施，并實(shí)施，使其電控系統(tǒng)趨于完善，既合理保護(hù)機(jī)組安全，同時(shí)又避免了過保護(hù)造成的大機(jī)組非計(jì)劃停工，穩(wěn)定性與可靠性得到很大提高，大機(jī)組運(yùn)行周期得到有效提升。
本文系“流程工業(yè)”首發(fā)，未經(jīng)授權(quán)不得轉(zhuǎn)載。版權(quán)所有，轉(zhuǎn)載請(qǐng)聯(lián)系小編授權(quán)（id：msprocess）。本文作者丁文波，供職于中天合創(chuàng)能源有限責(zé)任公司化工分公司，責(zé)任編輯胡靜，責(zé)任校對(duì)何發(fā)。本文轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明來源：流程工業(yè)
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我是小前，我來為大家解答以上問題。夢見領(lǐng)導(dǎo)對(duì)自己不滿意要解雇，夢見
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特一藥業(yè)8月2日在互動(dòng)平臺(tái)表示，公司全資子公司新寧制藥及臺(tái)山化工已對(duì)
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08月01日，中一科技被深股通減持萬股，最新持股量為萬股，占公司A股總
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交通運(yùn)輸是經(jīng)濟(jì)社會(huì)的“先行官”。“上半年，隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)全面恢復(fù)常態(tài)
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（重倉股調(diào)倉收益率按重倉股調(diào)入調(diào)出當(dāng)季的季度均價(jià)估算而來）基金經(jīng)理
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