中國石化齊魯石化公司塑料廠聚丙烯裝置建于1987年，1990年7月建成投產(chǎn)。工藝包引進(jìn)的是HIMONT公司的液相丙烯環(huán)管聚合法，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為年產(chǎn)7萬噸。裝置主要由催化劑單元、聚合單元、閃蒸回收單元、共聚單元、汽蒸干燥單元、排放單元、原料精制單元、造粒單元和粒料均化單元組成。

 

1工藝流程與事故介紹

擠壓造粒機(jī)組是日本制鋼公司的CMP280X型造粒機(jī)［1］。擠壓造粒機(jī)主要由主電機(jī)、筒體、開車閥、齒輪泵及切粒機(jī)等組成，外圍設(shè)備有切粒水箱、切粒水泵及干燥器等，擠壓造粒機(jī)組如圖1所示�？刂葡到y(tǒng)為OMＲON公司的PLC，2014年更新為西門子公司的S7-400H系統(tǒng)。

 

 

聚丙烯粉料由機(jī)組的筒體段進(jìn)入擠壓造粒機(jī)，在由主電機(jī)驅(qū)動(dòng)的螺桿帶動(dòng)下，通過開車閥進(jìn)入齒輪泵。粉料在經(jīng)過250℃筒體的過程中，因受熱物料形態(tài)由固態(tài)粉料變成熔融狀。在齒輪泵的作用下物料壓力提升到10MPa以上，熔融狀物料通過模板孔進(jìn)入切粒水室，在旋轉(zhuǎn)切刀的作用下被切成顆粒。

造粒機(jī)組切粒出來的顆粒目前都是使用循環(huán)水把顆粒帶出切粒水室，再進(jìn)行水和顆粒分離。切粒水由循環(huán)水泵P801從水箱D807抽出送入切粒水室?guī)ё呶锪项w粒，在D808中完成水和顆粒分離后回到水箱，循環(huán)使用。切粒水管路在進(jìn)入切粒水室之前設(shè)置了三通閥HV829，切粒水可以通過HV829的旁路側(cè)直接返回水箱。設(shè)置三通閥的目的是在擠壓造粒機(jī)開車前把循環(huán)水系統(tǒng)運(yùn)行起來，通過三通閥旁路側(cè)使循環(huán)水建立小循環(huán)，開車時(shí)切換三通閥把切粒水通入切粒水室。停車時(shí)切換三通閥使切粒水保持小循環(huán)，不需要停循環(huán)水泵。

切粒水的作用一是作為輸送載體帶走顆粒物料，二是作為冷卻介質(zhì)給顆粒降溫。正常生產(chǎn)時(shí)，切粒水的流量必須能夠帶走生產(chǎn)出來的顆粒，并能吸收顆粒釋放出的熱量，否則會(huì)造成切粒室內(nèi)顆粒的重新聚集、凝固，嚴(yán)重時(shí)發(fā)生物料堵塞管道的事故，工藝俗稱“灌腸”。切粒水的溫度由TIC825溫度調(diào)節(jié)回路控制，一般控制在70℃。為了避免發(fā)生事故，設(shè)置了FIA822做切粒水流量監(jiān)控，并在擠壓造粒機(jī)的停車聯(lián)鎖里設(shè)置了水流量低的聯(lián)鎖條件，當(dāng)水流量低報(bào)警時(shí)觸發(fā)擠壓造粒機(jī)組聯(lián)鎖停車，保證生產(chǎn)安全。

2018年聚丙烯造粒機(jī)組先后發(fā)生兩次“灌腸”事故。第1次發(fā)生事故時(shí)，物料在切粒水室至D808之間的管線中結(jié)塊，D808無法進(jìn)行物料分離，致使D808的擋板被沖開，水由D808沖出無法返回D807，使水箱抽干水流量低聯(lián)鎖停車。第2次事故時(shí)操作工發(fā)現(xiàn)切粒機(jī)參數(shù)異常手動(dòng)停車。停車后檢查發(fā)現(xiàn)，物料堵塞了從切粒水室至D808的整條管線。

 

2事故原因分析與處理

引起“灌腸”事故可能的原因有:嚴(yán)重墊刀;斷刀;退刀;切粒機(jī)故障，電機(jī)轉(zhuǎn)速過低或停轉(zhuǎn);切粒水流量不足;切粒水溫過熱。

事故發(fā)生后調(diào)取事故發(fā)生前的報(bào)警記錄和工藝歷史數(shù)據(jù)，沒有發(fā)現(xiàn)能引起事故的不正常工藝參數(shù)或報(bào)警信息。對事故現(xiàn)場檢查沒有發(fā)現(xiàn)墊刀、斷刀、退刀的特征。第2次發(fā)生的“灌腸”事故極其嚴(yán)重，從切粒水室至D808近50m管線全部堵塞。

儀表專業(yè)人員認(rèn)真分析了發(fā)生“灌腸”的原因。排除機(jī)械設(shè)備故障的原因外，引起“灌腸”的原因是切粒水流量不足或水溫畸高。現(xiàn)場確認(rèn)切粒水水溫正常，排除水溫高造成顆粒物料再次聚集結(jié)塊的可能。從歷史記錄看切粒水流量在兩次事故中顯示都正常。分析在“正常數(shù)據(jù)”的情況下實(shí)際流量不足的原因，一是流量變送器誤指示，測量值偏高，實(shí)際流量低;另一種可能是三通閥HV829內(nèi)漏。三通控制閥有3個(gè)出入口與管道相連，按作用方式可分為合流和分流兩種。分流是把一種流體通過閥后分成兩路，當(dāng)閥在關(guān)閉一個(gè)出口的同時(shí)就打開另一個(gè)出口，這種閥有一個(gè)入口和兩個(gè)出口［2］。這臺(tái)三通閥是由一個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)和兩個(gè)閥體組合而成的開關(guān)閥。執(zhí)行機(jī)構(gòu)是氣動(dòng)薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)，閥體是兩臺(tái)各自獨(dú)立的蝶閥，旁路方向的閥體通過連桿和執(zhí)行機(jī)構(gòu)相連。氣動(dòng)薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單、動(dòng)作可靠、維修方便、價(jià)格低廉，是一種應(yīng)用較廣的執(zhí)行機(jī)構(gòu)［3］。蝶閥阻力損失小、結(jié)構(gòu)緊湊、壽命長，特別適用于低壓差、大口徑、大流量氣體和帶有懸浮物流體的場合［4］。正常生產(chǎn)時(shí)，閥門正路(切粒水室)側(cè)閥全開，旁路(返回水箱)側(cè)閥全關(guān);停車時(shí)正路側(cè)閥全關(guān)，旁路側(cè)閥全開。

針對流量顯示回路的第1種可能性，首先檢查流量變送器。該流量計(jì)是孔板－差壓變送器組成的測量系統(tǒng)。差壓流量計(jì)發(fā)展較早，經(jīng)過長期的實(shí)踐，積累了可靠的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，成為工業(yè)上應(yīng)用較廣泛的管道流量計(jì)［5］。根據(jù)差壓變送器的工作原理分析，施加到差壓變送器上的壓差增大會(huì)引起變送器輸出值增加。變送器測量值偏高的原因有變送器故障和引壓管路不暢兩種情況。孔板低壓側(cè)取壓法蘭孔、引壓管的不暢都會(huì)使施加到變送器的壓差增大，變送器輸出增大。在使用中，要保持節(jié)流裝置的清潔。如在節(jié)流裝置處有沉淀、結(jié)焦及堵塞等現(xiàn)象，也會(huì)引起較大的誤差［6］。通過引壓管排污閥排水檢查，確認(rèn)孔板的取壓法蘭孔、引壓管不存在堵塞不暢的情況。在變送器表頭的放空絲堵處檢查，排除了三閥組不暢引起差壓增大的可能。變送器采用打壓試驗(yàn)驗(yàn)證，變送器工作性能正常。通過檢查排除了測量回路和流量計(jì)故障引起測量值偏大的情況。

針對第2種可能性，打開HV829閥門的管道安裝法蘭做閥芯位置檢查。打開連接法蘭后看到在處于生產(chǎn)狀態(tài)時(shí)，旁路側(cè)閥板有約15°的開度。做閥門動(dòng)作試驗(yàn)，都表現(xiàn)為正常生產(chǎn)時(shí)，旁路閥門有15°的開度;閥門切旁路時(shí)，旁路閥全開。這樣就造成了正常生產(chǎn)時(shí)部分水通過旁路流回了切粒水箱，使進(jìn)入切粒水室的實(shí)際流量偏低。當(dāng)工藝提高造粒機(jī)負(fù)荷時(shí)，使切粒水室處的切粒水壓力增高，HV829旁路側(cè)閥門開度增大流量增加，切粒水室水壓降低。當(dāng)切粒水壓力不足以把切粒水揚(yáng)升到D808所處的高度時(shí)，引發(fā)了“灌腸”事故的發(fā)生。繼續(xù)打開閥門氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的上膜蓋，取出膜片檢查，發(fā)現(xiàn)膜片發(fā)生了脫膜穿孔。由此確定在閥門切到生產(chǎn)側(cè)時(shí)，由于膜片漏氣，執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出力不足，使生產(chǎn)側(cè)閥門不能全開，旁路側(cè)閥門不能全關(guān)，部分水由旁路側(cè)直接返回了切粒水箱，進(jìn)入切粒水室的水流量不足是引起“灌腸”事故的直接原因。更換了新膜片，確認(rèn)閥門動(dòng)作可靠后安裝復(fù)位。

 

3 事故發(fā)生的間接原因

分析發(fā)生事故的其他原因: 

a． 進(jìn)入切粒水室的真實(shí)水流量沒有得到監(jiān)控。切粒水流量變送器 FIA822 安裝在 HV829 前的主管路上。如果旁路閥內(nèi)漏會(huì)有部分水從旁路

閥回到切粒水箱，進(jìn)入切粒水室的實(shí)際流量不足，但是 FIA822 體現(xiàn)不出來，進(jìn)入切粒水室的真實(shí)流量得不到監(jiān)控;

b． 切粒水壓力沒有得到監(jiān)控; c． D807 水箱液位由浮筒式液位開關(guān)控制補(bǔ)水閥保持水箱有足夠的儲(chǔ)水量。由于機(jī)械開關(guān)存在拒動(dòng)和開關(guān)自身的狀態(tài)不受控等情況，報(bào)警開關(guān)控制水箱水位存在不能及時(shí)補(bǔ)水的風(fēng)險(xiǎn)。 4 改進(jìn)方案針對以上分析，做了相應(yīng)的改進(jìn)，改進(jìn)后的擠壓造粒機(jī)組如圖 2 所示。

 

 

具體改造方案為:

a．在HV829閥門后面進(jìn)入切粒水室的管道上安裝一臺(tái)外貼式超聲波流量計(jì)，用來監(jiān)控進(jìn)入切粒水室的真實(shí)水流量。在HV829閥門后面進(jìn)入切粒水室的管道上增加一臺(tái)流量計(jì)的原因，是還需要在水系統(tǒng)小循環(huán)的時(shí)候觀察和調(diào)整切粒水流量，保證切粒水流量滿足要求。外貼式超聲波流量計(jì)是生產(chǎn)較早，用戶較熟悉，且應(yīng)用較廣泛的超聲波流量計(jì)。安裝換能器無需管段斷流，即貼即用。它充分體現(xiàn)了超聲波流量計(jì)安裝簡單、使用方便的特點(diǎn)［7］。超聲波流量計(jì)適用于純凈的或含少量雜質(zhì)的液體，能對高粘度、強(qiáng)腐蝕、非導(dǎo)電的液體進(jìn)行測量，但不能測量懸浮顆粒和氣泡超過某一范圍的液體［8］。傳播時(shí)間法超聲波流量計(jì)，如果流體中的顆�；驓馀葺^多，會(huì)使接收器接收不到信號(hào)，造成無法測量。因此這臺(tái)流量計(jì)只能安裝在切粒水進(jìn)入切粒水室前的管段上。新安裝的流量計(jì)直觀地檢測了進(jìn)入切粒水室的水流量。通過兩臺(tái)流量計(jì)測量值的比較還可以判斷出HV829是否存在內(nèi)漏現(xiàn)象，為預(yù)知性維修提供依據(jù)。

b．切粒水系統(tǒng)在切粒水室前的管道上設(shè)置了壓力開關(guān)PSH827，當(dāng)壓力高報(bào)警時(shí)觸發(fā)聯(lián)鎖自動(dòng)停車。開關(guān)的缺點(diǎn)是不能體現(xiàn)被測量的實(shí)時(shí)變化。根據(jù)安全儀表系統(tǒng)宜采用模擬量測量儀表的原則［9］，把壓力開關(guān)更換為壓力變送器PT827，利用壓力變送器的測量值做出壓力的高報(bào)警點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)聯(lián)鎖功能。在流程圖畫面上做顯示點(diǎn)，可以實(shí)時(shí)看到壓力情況，并形成歷史記錄以查看壓力變化情況。

c．把控制補(bǔ)水的液位開關(guān)更換為液位變送器。利用頂裝式浮筒開關(guān)的安裝法蘭，安裝一臺(tái)投入式液位計(jì)。投入式液位計(jì)是將壓力傳感器投到容器底部，測容器底部壓力，然后通過電纜將信號(hào)傳到容器上部，經(jīng)放大轉(zhuǎn)換而得到容器液位的一種儀表［10］。使用液位變送器的測量值做出液位的高、低報(bào)警點(diǎn)，來實(shí)現(xiàn)液位低報(bào)警打開閥門補(bǔ)水，液位高報(bào)警補(bǔ)水閥門關(guān)閉，保持水箱液位在正常范圍內(nèi)。在流程圖畫面上做顯示點(diǎn)，可以實(shí)時(shí)看到液位情況。如果液位顯示值明顯偏離正常情況，操作人員可以現(xiàn)場檢查確認(rèn)，確保水箱水位正常。

 

5 結(jié)束語

通過改進(jìn)，完善了對進(jìn)入切粒水室的切粒水流量和壓力的監(jiān)控，保證有充足的切粒水進(jìn)入水室。通過兩臺(tái)流量計(jì)顯示值的比較可以判斷HV829是否存在內(nèi)漏，為預(yù)知性檢修提供依據(jù)。另外，水箱在水位低的時(shí)候能夠及時(shí)補(bǔ)水，儲(chǔ)水量得到有效保障。從儀表控制的角度降低了發(fā)生“灌腸”事故的概率。