聚烯烃挤压造粒机技术发展

第36卷_增刊石油化工设备Vol. 36 Supplement2007年8月PETRO CHEMICAL EQUIPMENTAug.2007文章编号: 1000-7466(2007)增刊-0036.06聚烯烃挤压造粒机技术发展巨军(兰州石化公司乙烯工程建设指挥部，甘肃兰州730060)摘要:介绍了聚烯烃挤压造粒机技术的发展,根据石化行业的应用总结了现阶段对设备的要求，对主要的3种机型进行了介绍和比较。关键词:挤压机;混炼;熔融;螺杆中图分类号: TQ 055. 8文献标志码: BDevelopment and Application of Technology of the Pelleting System for PolyolefinJU Jun(Ethylene Project Construction Management Department, Lanzhou PetrochemicalCompany, Lanzhou 730060， China)Abstract: Development of technology of the pelleting system for polyolefin was reviewed. Basedon application in petrochemical plants, the requirements for equipment were summarized. Thethree types of pelleting system were described and compared.Key words: extruder; mix; melt; screw挤压造粒机是聚烯烃装置的关键设备,它通过混展。②1910年~1935 年,橡胶、纤维素、赛璐珞、酪蛋炼挤压、造粒等过程将聚合物粉料制成粒料,便于运白及类似树脂的非连续混炼的实现。③1935 年~输及后序加工。目前,只有德国Cw&P公司、日本制1960年,连续式脱水过程、螺杆捏合器和螺杆脱挥器钢所JSW.日本神户制钢所KOBE、美国FARREL公的发明与发展。④1960年~1985年,实现对所有热司等为数不多的几家公司拥有设计、制造大型混炼造塑性和热固性塑料的大规模连续混炼和对橡胶非连.粒机组成套技术的能力,世界范围内聚烯烃生产多采.续混炼的继续。⑤1985年~1995年，聚烯烃高产量用连续式混炼造粒技术。随着装置规模的大型化,对和独立生产线概念的出现。聚合物树脂混炼能力、混炼效果的要求不断提高,大塑料一般都经过混炼将聚合物原材料转变为可型挤压造粒机组多采用双螺杆技术。加工的混合物,它通过聚合物和各种助剂(稳定剂、润滑剂、塑化剂、颜料、填料、阻燃剂、交联剂、发泡剂1聚 烯烃混炼技术的发展等)的混合、熔融及均化,依靠控制剪切条件来改进自19世纪70年代聚合物树脂出现以来,随着科流动行为并脱去挥发物(残余单体、溶剂、水),最终学技术的发展和进步,塑料的物理性能和成型加工性通过挤出、造粒等一系列操作,使混合物形成易于处能逐步优于许多传统材料。1933 年塑料工业出现了理和适于加工的形式。根据物料的要求、聚合物的混炼这一概念,50年代中期开始了固体输送、熔融等类型、物料在混炼后的不同用途等,混炼过程的复杂理论的定量性研究,60年代推出了大规模的连续混程度也不同。低压聚烯烃(HDPE、LLDPE、PP)粉炼操作。混炼的发展可以分为5个阶段:①1870年~料或颗粒的混炼在近些年基本保持不变,主要包括1910年,非连续混合器.捏合器、脱挥器的发明与发以下中国煤化工顺粒料的塑化。②YHCNMHG收稿日期: 2006-11-24作者简介:巨军(1969-),男 ,陕西威阳人,工程师,工程硕士,从事设备管理工作。增刊巨军:聚烯烃挤 压造粒机技术发展助剂的分散和混合。③除去少量挥发性物质。④熔系统带有聚合物原料仓、助剂储料仓、混炼挤压机及体过滤。⑤造粒。粒料干燥器等设备,其中主要的混炼挤压机被放置典型的聚烯烃混炼挤出系统示意图见图1。该.在一层厂房。图1典型的聚烯烃混炼挤压系统示图2当代聚烯烃粉料混炼设备挤压造粒机的生产能力随着聚烯烃装置规模的扩大同步增长,目前45 t/h 的产率已经成为主流。由于单螺杆挤压机实际效率极限约为25 t/h,其发展趋势受到了极大的限制,而使用双螺杆技术,产率达75 t/h的高速聚乙烯生产线已经投人运行。因此,规模级的聚烯烃装置大部分采用双螺杆挤压造粒机。2.1双螺杆 挤压机的分类图3非啮合 型螺杆示图根据螺杆啮合型式,双螺杆挤压机可以分成啮异向非啮合、同向啮合型双螺杆混炼系统因聚合型和非啮合型两种，见图2~图31;根据转动方合物混炼生压、温升等要求，-般都采用- -步式双螺式,双螺杆挤压机有异向旋转、同向旋转两种方式。杆混炼系统及带后续单螺杆熔体挤出机或齿轮泵的啮合型、异向双螺杆挤压机由于存在着与螺杆有关两步式双螺杆混炼系统两种形式。的机械问题，限制了螺杆的最大直径只能达到2.2双螺杆 挤压机的特殊要求170 mm。目前双螺杆挤压机主要有异向非啮合及同.从经济角度考虑,采用相对较高的螺杆转速是向啮合两种形式。必要的。目前同向旋转设备的螺杆圆周转速达到3.5m/s,两步混炼的非啮合异向旋转设备的螺杆圆周速度达到6~10 m/s。螺杆的最高转速是由机械因素和制品的最高工作温度决定的,物料最高温度- -般介于230~320 C。当前的大型聚烯烃挤压造粒机在设计中必须考虑以下特殊要求。2.2.中国煤化工CN M H G刃及良好的分布混合,使得熔体和设有型化的固体作高强度混合，从而图2啮合型螺杆示图避免温度过高。这方面日本JSW、日本KOBE、德石油化工设备2007年第36 卷国CW&P公司各有特点。熔融性能改善。西格玛几何形状混合作用强烈,可JSW公司CIM机型混炼螺杆示意图见图4.导致聚合物中凝粒的破碎[]。该螺杆混炼段为双头螺棱.单段混炼。大螺旋角、多KOBE公司LCM机型混炼螺杆示意图见图5。螺棱几何形状可有效减小熔膜厚度、增加粘性,导致该螺杆混炼 段为三头螺纹、两段混炼。_山图4 JSW公司CIM型混炼螺杆示图J卫电L图5 KOBE 公司LCM型混炼螺杆示图德国CW&.P公司ZSK机型组合式混炼捏合块更换性。从啮合块的外部形状还可以看出,它相当示意图见图6。CW&.P公司采用积木原理将螺杆于螺纹侧面角为90°的螺距等于无穷大的同向旋转元件安装在芯轴上,机筒的分节组装可以实现螺杆螺杆的一部分，因此，具有极强的剪切作用和混合作几何形状的最佳多样性以及良好的磨损部件的经济用”1。中国煤化工..HCNMH G(a)带花键槽的复合材料啮合块()市地帽的村质及百物科咽百块图6 CW&.P公司ZSK型混炼啮合块示图增刊巨军:聚烯烃挤压造粒机技术发展39●2.2.2高效率的 螺杆建压段一个正位移泵,是-.种强制输送系统,其输送效率极带后续熔体挤出设备的非啮合异向旋转双螺杆高口。只有在高的聚合物填充效率下才能满足挤压挤压机,通常选取设计螺杆长径比为5~9: 1,啮合机的高产率。高填充率的实现，必须要有足够高的型同向双螺杆长径比为15~24 : 1。挤出系统的后扭矩，以达到螺杆喂料端的高装料量。因此,在目前续装备(如过滤网换网器、模板等)上的压力在15~ .采用的机型中均体现出设备的大型化。30MPa.高压导致螺杆存在较长的逆流长度和附加2.2.4可控的塑化效 果和能量输入的能耗.并在高速转动的螺杆上产生高温。目前在开发特殊的聚烯烃材料(管、带、吹膜级、啮合型同向双螺杆可在相对较短的螺距上建立注射等)时提出了特殊要求,挤压机各区段进一步细压力,通过优化压力形成段螺杆几何结构,使得因物化,以使熔体在不同区段经受不同的剪切与温度。料的返流造成的温度升高及能耗增加能够被接受。在不改变螺杆几何形状的情况下切换产品必须改变Cw&P公司ZSK机型的积木式螺杆的优越性在这能量的输入,现在所有大型混炼机采用的方法是通-一点上得到了充分体现。过控制阀来影响塑化效果和能量输入。非啮合异向旋转挤压机有相对较差的压力形成现代大型聚烯烃挤压造粒机组正是充分考虑了能力。为避免逆流长度带来的不可接受的温升,在以上特殊要求,通过优化设计,在严格控制生产温度缩短机器长度的同时要建立压力。典型的做法就是的前提下高速运转,以实现产率的最大化。使用齿轮泵。通过齿轮泵的聚合物熔体将经受-定3三种大型机组的设置和比较程度的温升2。近几年高粘度、背压达到30 MPa、熔体产率达到45 t/h的大型齿轮泵已经大量使用。3.1聚烯烃双螺杆 挤压机主要机组性能简介在面对聚合物对将解不是太敏感或高生产率要求.只有安全、稳定地适应高产率的设备才是有价时，双螺杆挤压机与齿轮泵的结合达到较佳效果。值的。双螺杆系统因为有大的螺杆直径、位置确定2.2.3高填充率的塑化区和使用特制的捏合元件及混合元件,开始啮合型同向双螺杆依靠摩擦力输送,因啮合区初步涉足高压聚乙烯装置。目前，聚烯烃大型双螺有一定的阻力,在加料时物料受到一定压缩,物料不杆挤压造粒机组主要为日本JSW.日本KOBE、德能充满螺旋槽,因此在加料段多采用多螺纹结构,其国CW&.P公司3家制造商的产品,其各自典型产充满程度可高达85%。非啮合异向双螺杆相当于品的性能分别见表1~表3。表1JSW公司CIM系列机组性能表型号2005028032036040060510简体直径/mm250混炼段螺杆直径/mm194242.527231335038947496最大驱动功率/kW高扭矩.1 8002 9003 9005 4009 30013 40017100标准扭矩1 2002200.4 10010 10013 000螺杆最高转速/r. min - I56090440420最高扭矩/kg. m高扭矩3 13155387 75211 43415 9382] 56732 629t3 830标准扭矩2 0874 2025764868111 95416 46524 59433 321聚烯烃标准生产能力4.8~8.19~1513~21.519~3226~4436~ 60.54~9072~ 120/t●h表2KOBE公司LCM系列机组性能表450500标准扭矩2 5003 5005 0006500.800010 000012 0003 0004 2006 0008000.10 00012 50015000螺杆转速/r. min- I670660600中国煤化工44螺杆直径/mm5450螺杆长径比L./D8.0CNMH G。。1313~2323~3333~4343~ 5454~6969~ 80/t. h-●40●石油化工设备2007年第36 卷表3CW&P公司ZSK系列机组性能表型号92Mc133Me177Me250Mc320Mc :350Mc380Mc单根螺杆扭矩/(N. m)5 00015 10035 000200 000281 000356 0000最高转速电机功率/kW1 1003 3004000.8 10013 00016 50019 400螺杆最高转速/rpm1 0001000.550400310280260螺杆直径/mm92133248315352螺槽深度/mm16. 323.531.5462.667.4最大螺杆长径比L/D48螺杆中心高度/mm] 1001 3001 5001 7002 000聚烯烃标准生产能力/(t.h-1)_3983t557:根据笔者所掌握的资料统计表明,在最近10 a双螺杆系统是成功的,它正日益占据聚烯烃生产内全世界生产规模200KTA以上的聚烯烃装置领域。中，德国CW&P公司ZSK机型销售了30台、日本3.23种主要机型的配置和比较JSW公司CIM和CMP机型销售了21台、日本以标准能力为45 t/h、PE 机型为例,对日本KOBE公司LCM机型销售了9台,三大公司双螺JSW.日本KOBE、德国CW&P公司3家制造商典杆机组占据销售总量的90%左右。事实也证明了型产品列表,具体见表4.表43种典型PE造粒机组配置比较表制造商JSWKOBICW&P典型机型CIMLCMZSK机组布局L型1型螺杆形式和数量非 啮合型双螺杆非啮合型双螺杆啮合型双螺杆螺杆长径比15.7螺杆转动方式异向同向螺杆转速/r●. min-1 280~400 .375~ 500195~298螺杆支撑.双支撑单支撑整体结构,输送、混炼段为三头螺模块式结构,进料段为双头螺纹,排螺杆结构整体结构,双头螺纹纹,排料段为双头螺纹料段为单头螺纹螺杆材质锻造合金钢锻造铬钼合金钢锻钢DIN1. 8550螺杆硬化层材质镀铬镀硬铬渗氮末端作表面处理螺杆冷却螺杆后端需冷却尤前端填料密封、后端粘性密封+ N2前端填料密封、后端粘性密封+填料密封+螺杆密封吹扫N2吹扫筒体材质锻钢鍛钢DINI. 8519简体硬化层材质简体加热方式燕汽/导热油蒸汽/导热油/电温度传感器.靠近开车阀设有压力简体检测设置温度传感器传感器主电机监测温度温度速差、振动减速箱形式齿轮减速行星齿轮减速95dBA,采用隔音措施后可小于95dBA.采用隔音措施后可小于减速箱噪声等级85dBA减速箱联轴器帶安全设定的齿轮联轴器齿轮联轴器DESCH型过扭矩联轴器减速箱调速方式手动两级恒速变频调速输出转速980 r. min~'.行星齿轮输出转速500 r. min~'.齿轮减速启动电机最高输出转速1 500 r. min-1减速比100比100负荷调节装置型式旋转调 节杆阀板节流阀负荷调节方式电机液压齿轮泵配置,自制配置,瑞士MAAG换网器双滑柱、双层滤网式双滑柱、多滤芯简式螺杆自清洁能力差中国煤化工螺杆调整适应性5弱物料停留时间长MHCNMHG模板真空层隔热、整体式长通道宽加热面积式比能/kW.h.kg-1 0. 143~0.2450.136~0. 2250. 135~0. 191第36卷增刊石油化工设备...Vol.36 Supplement2007年8月PETRO CHEMICAL. EQUIPMENTAug. 2007文章编号: 1000-7466(2007)增刊-0041-03浅析压力容器应力腐蚀及其控制措施杨洲，李明君，高磊(四川科宏石油天然气工程有限公司华阳设计院，四川成都610213)摘要:分析了压力容器应力腐蚀的危害性及其影响因素，阐述了压力容器应力腐蚀的形态特征,综述了近年来学者们对压力容器应力腐蚀的研究进展,并提出了控制压力容器应力腐蚀断裂可采取的措施。关键词:压力容器:应力腐蚀;残余应力.中图分类号: TH 49; TQ 050. 9文献标志码: B .The Analysis on Stress Corrosion Cracking and Its Control MeasuresYANG Zhou, LI Ming-jun，GAO Lei .( Sichuan Kehong Oil &. Natural Engineering Co. Ltd.，Chengdu 610213， China)Abstract: The damage of the stress corrosion cracking and its factors were analyzed. The forma-tion feature of the stress corrosion cracking were presented and corresponding measures were putforward as well.Key words: pressure vessel; stress corrosion; residual stress压力容器是工业生产中的常用设备,在石油、化.SCC)是指敏感金属或合金在一定的拉应力(施加的工、冶金、食品、制药、城市煤气、环境工程、重型机外应力或残余应力)和一-定腐蚀介质的共同作用下械、能源、核站、宇航工程和海洋开发等领域得到广产生的一.种特殊断裂方式,是化学工业、天然气与石泛应用中。油开采以及加工工业、冶金工业、火电工业及核电工应力腐蚀断裂(Stress Corrosion Cracking,业等领域使用的压力容器的最危险的损伤之一。据Cw&P公司ZSK机型采用行星齿轮减速结经生产运行考核主要技术指标已经达到设计要求，构，螺杆转速可调,其主电机工作效率相对较高。根10X10*t/a聚丙烯装置混炼挤压机组施工图设计据有关资料计算,变速驱动效率要明显优于恒速驱已经完成但还没有实际应用,因而国内大中型聚烯动,年运行费用可降低10%左右。烃装置用挤压造粒机全部依靠进口。我国大型挤压从上述比较内容可以看出,德国CW&P公司造粒机组的技术研发与世界水平还有一定的差距，ZSK机型在系统配置中技术最为先进、安全可靠性对于大型聚烯烃设备的国产化工作任重道远。最高、生产适应性最强、能耗最低,完全与业内人士的一致好评相符合,因此它一直为用户的首选。参考文献:[1] 耿孝正,张沛.塑料混合及设备[M].北京:中国轻工业出版4结语社,1992.[2] Chris Rauwendal.塑料挤出[M].北京:中国轻工业出版社，我国开发挤压造粒机技术的时间相对比较晚，中国煤化工研发的只是中小型机组,其中ABS万吨混炼挤压机(许编)YHCNMHG收稿日期: 2007-02-26作者简介:杨洲(1983-),女,四川宣汉人,助理工程师,学 士,主要从事压力容器设计工作。