粗浅剖析大型混炼挤压造粒机组研制中重大基础问题

粗浅剖析大型混炼挤压造粒机组 研制中的重大基础问题刘梦华( 大连橡胶塑料机械股份有限公司，辽宁大连1 1 6 0 3 9 )1概述我国石化行业乙烯工程已经进入了快速发展的新时期，乙烯工业也是最能拉动国民经济增长的产业之一，是带动我国迈入新阶段的最有影响的产业。乙烯是发展合成树脂、合成橡胶、合成纤维的基础原料。乙烯的产量是衡量一个国家石化工业发展水平的重要标志。因此乙烯装置在石化行业中具有特别重要的地位。聚乙烯( P E ) 和聚丙烯( P P ) 是当前需求量最大、用途最广的合成树脂，是大型乙烯工程的主要产品。大型混炼挤压造粒机组，是指在乙烯工程或煤化工项目上，用于聚合树脂在线混炼挤压造粒的成套机组。是大型乙烯成套装备中的关键设备，是聚乙烯( P E ) 、聚丙烯( P P ) 装置中的核心设备，其工艺流程复杂、配套性强、设计、制造和操作难度大、费用昂贵，是集机、电、仪高度一体化的大型成套化装置。大型混炼挤压造粒机组是将在乙烯工程中催化聚合而成的聚丙烯或聚乙烯树脂，根据用户的要求，与其它辅料按严格的比例均匀混合，并通过机组对其进行混炼、塑化、挤出、水下切粒、分离干燥，并最终加工成规则的颗粒制品。大型混炼挤压造粒机组包括树脂及辅料的计量、混合、挤压造粒、工艺水与聚合物颗粒分离、粒料的干燥贮存，以及工艺水循环等具有高技术含量的全套工艺装置。由于其整体技术水平高、装置运行的可靠性要求较高，我国乙烯装置的大型混炼造粒机组过去曾很长一段时间依赖进口。乙烯工程中用于P P 、P E 等合成树脂造粒的大型混炼挤压造粒机组主要有：大型同向双螺杆混炼挤压造粒机组、大型连续混炼挤压造粒机组、大型单螺杆混炼挤压造粒机组等三大类装备。在乙烯工程或煤化工项目中以其规模在线配用的常用规格：大型同向双螺杆混炼挤压造粒机组( 同向双螺杆机组) 螺杆直径规格系列：17 7 m m 、2 5 0 m m 、3 2 0m m 、3 5 0m m 、3 8 0m m ，基本对应生产能力为7 4 5 万吨年，3 8 0m m 规格生产能力最高可达到6 0 吨小时( 4 5 万吨年) ；大型连续混炼挤压造粒机组( 异向双螺杆机组) 螺杆( 或称转·18 9 ·“ 杯第九屠中营 国际) 橡塑技术、装备与市场高蜂论坛子) 直径规格系歹0 ：2 8 0 m m 、3 2 0 m m 、3 6 0m m 、4 0 0 m m 、4 5 0 m m 、5 0 0m m ，其生产能力最高可达7 0Q E 4 时( 5 0 万吨年) ；单螺杆机组螺杆直径规格系列：3 8 0 m m 、5 0 0 m m 、6 0 0m m 、7 2 0m m 、8 0 0m m ，其生产能力最高可达4 5o E 4 时( 3 5 万D E 年) o近年来，在中石化公司的领导和推动下，遵循“积极、稳妥、先进、可靠”的原则，在充分分析机组的重点、难点、关键点、风险点的基础上，对关键技术、核心技术、垄断技术做了全面攻关，大连橡胶塑料机械股份有限公司( 以下简称D X S ) 制造出我国首台国产化的2 0 万o E 年聚丙烯混炼造粒机组( 同向双螺杆混炼挤压造粒机组) 并于2 0 10 年5 月正式并线运行。继而又于2 0 13 年初研制成功2 5 万吨年聚乙烯混炼造粒机组( 连续混炼挤压造粒机组一异向双螺杆机组) 且正式并线运行。这为开发具有我国自主知识产权的系列机组打下了坚实的基础。大型混炼造粒机组完全实现国产化打破了发达国家的企业对我国进行长期技术封锁、价格垄断、操控我国市场，致使我国的石化行业付出巨大代价，技术发展受制于人的局面。它促进了我国民族工业的发展，具有明显的经济效益和社会效益，现实意义突显o1 1国外大型混炼挤压造粒机组的发展现状目前，国外开发和生产挤压造粒装置的厂商数目较多，但能开发用于石化系统的大型挤压造粒装置的厂商却为数不多。世界上在该领域技术处于领先的国家有德国、日本、美国及意大利等，代表性的公司有德国的H F ( W P ) 、日本的J S W 、K O B E L C O 和德国的B e r s t o r f f 等几家公司拥有设计、制造和安装调试石化系统所采用的大型混炼挤压造粒机组成套技术的能力。其产品由于性能优良、技术上比较成熟、适应性强和工艺包认可而占据了国际市场的较大份额。根据其结构特点生产制造大型混炼挤压造粒机组的公司各有侧重特点：第一类：大型同向双螺杆混炼挤压造粒机组，主要适用于合成的粉 状树脂如：PP 、图1 1德国H F ( 忡) 同向双螺杆混炼挤压造粒机组现场照片·1 9 0 ·L L D P E 、M D P E 、H D P E 、F D P E 的混炼造粒，世界上技术先进的机组有德国H F ( W P ) 公司生产的Z S K 系列机组( 如图1 1 ) 、日本的日本制钢所( J S W ) 生产的C M P 系列机组。螺杆直径已达3 8 0 m m ，其生产能力可达至l J 6 0 I E J 时( 4 5 万吨年) ；原来两系列机组的最大区别为螺杆的计量段，Z S K 系列机组计量段为全啮合式，其结构如图1 2 图1 3所示，C M P 系列机组计量段为非啮合式，其结构如图1 4 所示。但随近几年日本制钢所推出计量段全啮合式C M P X ¨系列机组，如图1 5 所示，其结构逐渐趋于一致。第二类：连续混炼挤压造粒机组( 异向双螺杆机组) ，主要适用于合成的粉状树脂如：F D P E 、L L D P E 、M D P E 、H D P E 、P P 的混炼造粒，世界上技术先进的生产商有日本神户制钢所( K O B E L C O ) 、日本制钢所( J S W ) 、美国F a r r e l l 公司等。连续混炼挤压图1 - 2德国H F ( W P ) 同向双螺杆挤出机图1 - 3Z S K 系列混炼挤压系统结构图( 样本图片) 积木式双螺杆照片图1 - 4C M P 系列混炼挤压系统结构图( J S W 样本图片)·19 1 ·”杯第九届中国( 国际1 橡塑技术、装备与市场高峰论坛造粒机组，是最早应用于乙烯工程上的树脂混炼造粒装备之一，上世纪7 0 年代和8 0 年代前期，流行的二阶式混炼挤压( 连续混炼机+ 单螺杆挤出) 造粒工艺，在8 0 年代后期几乎全部被先进的单阶式混炼挤压( 即连续混炼机+ 熔体齿轮泵) 造粒的工艺所代替。转子基本直径已达5 0 0 m m ，生产能力可达7 0 l i 电J 1 , - J - ( 5 0 万吨年) o其结构排列为“L ”型，见图1 6 所示。日本神户制钢所( K O B E L C O ) 生产的LCM 系列机组的混炼装置结构见图1 7 所示，其转子整体为三头螺纹见图1 8 所示。 日本制钢所( J S W ) 生产的CM 系列机组的混炼装置结构见图1 10 、图1 11 所示。其转子整体为两头螺纹、非啮合式，混炼段为正反两头转子( 见图1 9 、图1 12 所示) o第三类：单螺杆混炼挤出造粒机组，主要适用于合成的熔融树脂如L D P E 的混炼造粒，主要的生产厂商有德国的B e r s t o r f f 、日本的神户制钢所( K O B E L C O ) 、日本制钢所( J S W ) o 单螺杆混炼挤出机螺杆直径高达8 0 0m m ，其生产能力最高可达4 5 1 ；E J J ' , 时( 3 5 万n ：年) o 其外形及螺杆结构见图1 13 、图1 14 0虽然，三类设备在混炼机上有很大区别，但其下游设备诸如：开车阀、背压调节阀、融体齿轮泵( 根据工艺要求选择) 、换网装置、机头、水下切粒装置、粒子冷却系统、离心干燥机、振动分筛机等，配选基本一致。图卜6LCM 机组排列形式( K O B E L C O 样本图片)图卜7LcM 机组混炼装置结构( K O B E L C O 样本图片)·19 2 ·aC lM ·P 图1 - 8L C M 系列机组转子( K O B E L C O 样本图片)图1 - 9C I M 系列机组转子( J S W 样本图片)一j一“_ u 。¨与¨图卜1 1CIM 双转子连续混炼挤压造粒机组现场照片图1 - 1 2CIM 双转子连续混炼挤压造粒机转子现场照片对于上游设备除熔融L D P E 采用熔体齿轮泵计量外，其他的无论主料、添加剂均采用计量配混系统，配选也基本一致。这些国际知名公司自身不仅拥有强大的研发制造能力，而且在配套的基础部件、材料、工艺手段上亦有无与伦比的协作优势，促成了其在石化领域较长时间的垄断地位。目前，我国石化用的大型混炼挤压造粒机组的供货厂家主要有德国H F ( WP ) 公 司、日本制钢所( J S W ) 、日本神户制钢所( K O B E L C O ) 等为数不多的几家公司。他们又在不同的技术领域形成自己的技术特点，分置世界石化市场。从技术发展上来看，·1 9 3 ·釉杯第九屠中国( 国际 橡塑技术、装备与市场高峰论坛图1 - 1 3德国B e r s t o r f f 单螺杆混炼挤压造粒机 组现场照片图1 - 1 4德国B e r s t o r f f 单螺杆挤压造粒机螺杆现场照片大型同向双螺杆混炼挤压造粒机组的应用范围在逐渐扩大，将是以后乙烯工程上应用量最多的一类，特别是P P 树脂的混炼造粒更多选用大型同向双螺杆混炼挤压造粒机组；由于连续混炼挤压造粒机组具有双支点式支撑、低剪切等特点，对于特殊工艺要求的树脂，如对全密度聚乙烯( L L D P E 、M D P E 、H D P E 、F D P E 等树脂) 的造粒，从机械强度上考虑，仍不乏被采用o1 2国内大型混炼挤压造粒机组的发展现状我国乙烯装置的大型混炼造粒机组过去曾很长一段时间依赖进口。为打破这种被动局面，在国家相关部门及中石化领导的正确领导和悉心组织下，在设计院及石化用户的大力支持下，D X S 从2 0 0 7 年开始进行大型混炼挤压造粒机组国产化攻关研制，2 0 10 年我国首台国产化的2 0 万吨年聚丙烯( P P ) 同向双螺杆混炼造粒机组投入运行，2 0 1 3 年初又研制成功2 5 万吨年聚乙烯( P E ) 连续混炼造粒机组( 异向双螺杆) o 现已先后承接了九条大型混炼挤压造粒机组的国产化任务。国产化工作的成功，初步形成中、德、日鼎立格局，图1 15国产首台2 0 万吨年P P 同向双螺杆混炼挤压造粒机组在I ) X S 装配现场1 3发展趋势这为开发具有我国自主知识产权的系列机组打下了坚实的基础。见图1 15 1 19 02 0 0 9 年D X S 自实现首台整套大型混炼挤压造粒机组国产化以来，又成功为国内十佘家石化企业的进口大型混炼挤出造粒机组改造、应急检维修服务和关键零部件的国产化等方面做了大量卓有成效的工作，均取得了良好的效果，受到了用户的一致好评。纵观国外大型造粒机的发展趋势，大型造粒机正向着高效化、大型化、高产量、高性·19 4 ·图1 16国产首台14 万吨年p p l 叹螺杆挤压造粒机组图1 1 7国产首台1 0 万吨年P P 双螺杆挤压造粒机组图1 1 8国产首台2 5 万吨年H D P E 双转子连续混炼挤压造粒机组在D x S 组装现场·19 5 ·”杯第九屠中国l 国际1 橡塑技术、装备s 市场高峰论坛图卜19国产首台2 5 万吨年H D P E 双转子连续混炼挤压造粒机组在用户运行现场能、低能耗、高度自动化、智能化及机型多样化方向发展，以适应乙烯工业的总体发展需求。同向双螺杆混炼挤压造粒机组和双转子连续混炼挤压造粒机组在这一方面发展神速。仅以大型同向双螺杆混炼挤压造粒机为例，其最为突出的特点有以下几方面：为了提高造粒机的生产能力，减少造粒机齿轮箱止推轴承承受的负荷，近几年来，各厂商大多采用齿轮泵来建立挤出所需的压力，承担计量段的功能，当然熔体齿轮泵的增加也使设备