擠壓機(jī)運(yùn)行故障分析及處理方法

設(shè)計(jì)能力60t/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，數(shù)字量輸出點(diǎn)253個，模擬量輸入點(diǎn)192個，模擬量輸出點(diǎn)34個，同時設(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)組的自動控制程序采用德國西門子PCS7CFC、SFC軟件編寫，整個程序主要實(shí)現(xiàn)以下自動控制功能。主電動機(jī)起動功能為保證造粒機(jī)組安全開車，設(shè)計(jì)了起動控制程序。當(dāng)以下條件都具備時則允許起動主電動機(jī)：軸承潤滑油泵運(yùn)行，驅(qū)動側(cè)軸承油流量正常，非驅(qū)動側(cè)軸承油流量正常，油箱液位正常，允許起動信號來自MCC勵磁柜，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)起動功能當(dāng)以下條件都具備時，切粒電動機(jī)進(jìn)入自動起動程序：切粒機(jī)允許起動來自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，主電動機(jī)運(yùn)行，電動機(jī)繞組溫度L1～3未高報(bào)，切粒水壓力（安全壓力）未高報(bào)，小車移動泵關(guān)（SFCSTEP9），鎖緊壓力正常，小車移動至模板，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，切粒機(jī)自動起動，0.1s后，切粒水三通閥切換至大循環(huán)，4s后，切刀開始前進(jìn)，4.5s后開車閥切換至模板位置，至此機(jī)組自動起動過程完成。機(jī)組自動停止功能為保證機(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)組自動停止程序。在機(jī)組設(shè)備正常運(yùn)行情況下，手動停止下料時，粉料加料器立即停機(jī)，待主電動機(jī)扭矩降至28%后，延時10s，停止主電動機(jī)。同時切刀軸解鎖，接著檢查齒輪泵吸入口壓力降到0.03MPa后則令齒輪泵電動機(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關(guān)閉顆粒冷卻水蝶閥，自動停機(jī)過程結(jié)束。機(jī)組互鎖保護(hù)功能作為一個大型機(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、“水、刀、料”不能同時到達(dá)模板，導(dǎo)致開車失敗，熔融樹脂纏刀，損壞切刀。同時由于頻繁開停車產(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”的時間匹配上。按照工藝要求切粒機(jī)起動后，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，這時熔融的聚丙烯樹脂從模板孔擠出后不能及時冷卻，就會不斷地纏結(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)重時必須停車處理。在充分考慮產(chǎn)品牌號（不同牌號產(chǎn)品熔融指數(shù)有很大差異，即樹脂流動速率不同MFR＝0.25～65g/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“刀、水、料”的時間匹配產(chǎn)生的影響后，反復(fù)研究、計(jì)算，確定優(yōu)化三同時控制方案，推遲三同時時間基準(zhǔn)，基準(zhǔn)由切粒機(jī)起動更改為切粒機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到低報(bào)警值，開始計(jì)時進(jìn)水、進(jìn)料、進(jìn)刀，確保了水刀料能同時到達(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。振動篩堵料、過載擠壓造粒機(jī)在正常生產(chǎn)過程中，當(dāng)振動篩故障停運(yùn)或堵料時，流經(jīng)干燥后的粒料會堵滿整個振動篩，乃至干燥器管線，最終會因干燥器堵料過載，聯(lián)鎖整個系統(tǒng)停車，造成非計(jì)劃停車，清理需要消耗大量時間。針對以上問題，通過優(yōu)化振動篩、三通閥控制方案，來消除此瓶頸。增加三通閥自動切換程序，當(dāng)振動篩過載或故障跳車后，延時5s，將頂部三通閥自動切換至outlet位，同時底部三通閥自動切換至basic位，使粒料繞過振動篩，經(jīng)旁路進(jìn)入緩沖料斗，并且發(fā)出振動篩跳車報(bào)警。拉料切刀異常動作在開車時，經(jīng)常因拉料切刀不動作而導(dǎo)致開車失敗。原有的控制方案是：起動切刀后，當(dāng)切刀檢測到處于回位時，延時0.2s后伸出，檢測到處于伸出位時，延時0.2s后縮回，如此以固定的頻率往復(fù)運(yùn)動。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。針對以上問題，提出一種新的控制方案，采用時鐘來控制切刀的動作，并且將時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作的依據(jù)，30s內(nèi)均收不到