中國石化齊魯石化公司塑料廠(chǎng)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，設計生產(chǎn)能力為年產(chǎn) 7 萬(wàn)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

擠壓造粒機組是日本制鋼公司的 CMP 280X型造粒機［1］。擠壓造粒機主要由主電機、筒體、開(kāi)車(chē)閥、齒輪泵及切粒機等組成，外圍設備有切粒水箱、切粒水泵及干燥器等，擠壓造粒機組如圖 1 所 示�？刂葡到y為 OMＲON 公司的 PLC，2014 年更新為西門(mén)子公司的 S7-400H 系統。

聚丙烯粉料由機組的筒體段進(jìn)入擠壓造粒機，在由主電機驅動(dòng)的螺桿帶動(dòng)下，通過(guò)開(kāi)車(chē)閥進(jìn)入齒輪泵。粉料在經(jīng)過(guò) 250℃ 筒體的過(guò)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(guò)模板孔進(jìn)入切粒水室，在旋轉切刀的作用下被切成顆粒。

 

造粒機組切粒出來(lái)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 抽出送入切粒水室帶走物料顆粒，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)入切粒水室之前設置了三通閥 HV829，切粒水可以通過(guò) HV829 的旁路側直接返回水箱。設置三通閥的目的是在擠壓造粒機開(kāi)車(chē)前把循環(huán)水系統運行起來(lái)，通過(guò)三通閥旁路側使循環(huán)水建立小循環(huán)，開(kāi)車(chē)時(shí)切換三通閥把切粒水通入切粒水室。停車(chē)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(lái)的顆粒，并能吸收顆粒釋放出的熱量，否則會(huì )造成切粒室內顆粒的重新聚集、凝固，嚴重時(shí)發(fā)生物料堵塞管道的事故，工 藝 俗 稱(chēng)“灌 腸”。切粒水的溫度由TIC825 溫度調節回路控制，一般控制在 70℃。為了避免發(fā)生事故，設置了 FIA822 做切粒水流量監控，并在擠壓造粒機的停車(chē)聯(lián)鎖里設置了水流量低的聯(lián)鎖條件，當水流量低報警時(shí)觸發(fā)擠壓造粒機組聯(lián)鎖停車(chē)，保證生產(chǎn)安全。 

 

2018 年聚丙烯造粒機組先后發(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(xiàn)中結塊，D808 無(wú)法進(jìn)行物料分離，致使 D808 的擋板被沖開(kāi)，水由 D808 沖出無(wú)法返回 D807，使水箱抽干水流量低聯(lián)鎖停車(chē)。第 2 次事故時(shí)操作工發(fā)現切粒機參數異常手動(dòng)停車(chē)。停車(chē)后檢查發(fā)現，物料堵塞了從切粒水室至D808 的整條管線(xiàn)。

 

 2 事故原因分析與處理

引起“灌腸”事故可能的原因有: 嚴重墊刀;斷刀; 退刀; 切粒機故障，電機轉速過(guò)低或停轉; 切粒水流量不足; 切粒水溫過(guò)熱。

 

事故發(fā)生后調取事故發(fā)生前的報警記錄和工藝歷史數據，沒(méi)有發(fā)現能引起事故的不正常工藝參數或報警信息。對事故現場(chǎng)檢查沒(méi)有發(fā)現墊刀、斷刀、退刀的特征。第 2 次發(fā)生的“灌腸”事故極其嚴重，從切粒水室至 D808 近 50m 管線(xiàn)全部堵塞。

 

儀表專(zhuān)業(yè)人員認真分析了發(fā)生“灌腸”的原因。排除機械設備故障的原因外，引起“灌腸”的原因是切粒水流量不足或水溫畸高�，F場(chǎng)確認切粒水水溫正常，排除水溫高造成顆粒物料再次聚集結塊的可能。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“正常數據”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(guò)閥后分成兩路，當閥在關(guān)閉一個(gè)出口的同時(shí)就打開(kāi)另一個(gè)出口，這種閥有一個(gè)入口和兩個(gè)出口［2］。這臺三通閥是由一個(gè)執行機構和兩個(gè)閥體組合而成的開(kāi)關(guān)閥。執行機構是氣動(dòng)薄膜執行機構，閥體是兩臺各自好立的蝶閥，旁路方向的閥體通過(guò)連桿和執行機構相連。氣動(dòng)薄膜執行機構結構簡(jiǎn)單、動(dòng)作可靠、維修方便、價(jià)格低廉，是一種應用#廣的執行機構［3］。蝶閥阻力損失小、結構緊湊、壽命長(cháng)，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(chǎng)合［4］。正常生產(chǎn)時(shí)，閥門(mén)正路( 切粒水室) 側閥全開(kāi)，旁路( 返回水箱) 側閥全關(guān); 停車(chē)時(shí)正路側閥全關(guān)，旁路側閥全開(kāi)。

 

針對流量顯示回路的第 1 種可能性，shou先檢查流量變送器。該流量計是孔板 － 差壓變送器組成的測量系統。差壓流量計發(fā)展較早，經(jīng)過(guò)長(cháng)期的實(shí)踐，積累了可靠的實(shí)驗數據和運行經(jīng)驗，成為工業(yè)上應用#廣泛的管道流量計［5］。根據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�？装宓蛪簜热�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，要保持節流裝置的清潔。如在節流裝置處有沉淀、結焦及堵塞等現象，也會(huì )引起較大的誤差［6］。通過(guò)引壓管排污閥排水檢查，確認孔板的取壓法蘭孔、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驗證，變送器工作性能正常。通過(guò)檢查排除了測量回路和流量計故障引起測量值偏大的情況。針對第 2 種可能性，打開(kāi) HV829 閥門(mén)的管道安裝法蘭做閥芯位置檢查。打開(kāi)連接法蘭后看到在處于生產(chǎn)狀態(tài)時(shí)，旁路側閥板有約 15°的開(kāi)度。做閥門(mén)動(dòng)作試驗，都表現為正常生產(chǎn)時(shí)，旁路閥門(mén)有 15°的開(kāi)度; 閥門(mén)切旁路時(shí)，旁路閥全開(kāi)。這樣就造成了正常生產(chǎn)時(shí)部分水通過(guò)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。當工藝提高造粒機負荷時(shí)，使切粒水室處的切粒水壓力增高，HV829 旁路側閥門(mén)開(kāi)度增大流量增加，切粒水室水壓降低。當切粒水壓力不足以把切粒水揚升到 D808 所處的高度時(shí)，引發(fā)了“灌腸”事故的發(fā)生。繼續打開(kāi)閥門(mén)氣動(dòng)執行機構的上膜蓋，取出膜片檢查，發(fā)現膜片發(fā)生了脫膜穿孔。由此確定在閥門(mén)切到生產(chǎn)側時(shí)，由于膜片漏氣，執行機構出力不足，使生產(chǎn)側閥門(mén)不能全開(kāi)，旁路側閥門(mén)不能全關(guān)，部分水由旁路側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，確認閥門(mén)動(dòng)作可靠后安裝復位。 

 

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(méi)有得到監控。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 體現不出來(lái)，進(jìn)入切粒水室的真實(shí)流量得不到監控; b． 切粒水壓力沒(méi)有得到監控; c． D807 水箱液位由浮筒式液位開(kāi)關(guān)控制補水閥保持水箱有足夠的儲水量。由于機械開(kāi)關(guān)存在拒動(dòng)和開(kāi)關(guān)自身的狀態(tài)不受控等情況，報警開(kāi)關(guān)控制水箱水位存在不能及時(shí)補水的風(fēng)險。 4 改進(jìn)方案針對以上分析，做了相應的改進(jìn)，改進(jìn)后的擠壓造粒機組如圖 2 所示。

具體改造方案為: a． 在 HV829 閥門(mén)后面進(jìn)入切粒水室的管道上安裝一臺外貼式超聲波流量計，用來(lái)監控進(jìn)入切粒水室的真實(shí)水流量。在 HV829 閥門(mén)后面進(jìn)入切粒水室的管道上增加一臺流量計的原因，是還需要在水系統小循環(huán)的時(shí)候觀(guān)察和調整切粒水流量，保證切粒水流量滿(mǎn)足要求。外貼式超聲波流量計是生產(chǎn)#早，用戶(hù)#熟悉，且應用#廣泛的超聲波流量計。安裝換能器wuxu管段斷流，即貼即用。它充分體現了超聲波流量計安裝簡(jiǎn)單、使用方便的特點(diǎn)［7］。超聲波流量計適用于純凈的或含少量雜質(zhì)的液體，能對高粘度、強腐蝕、非導電的液體進(jìn)行測量，但不能測量懸浮顆粒和氣泡超過(guò)某一范圍的液體［8］。傳播時(shí)間法超聲波流量計，如果流體中的顆�；驓馀葺^多，會(huì )使接收器接收不到信號，造成無(wú)法測量。因此這臺流量計只能安裝在切粒水進(jìn)入切粒水室前的管段上。新安裝的流量計直觀(guān)地檢測了進(jìn)入切粒水室的水流量。通過(guò)兩臺流量計測量值的比較還可以判斷出HV829 是否存在內漏現象，為預知性維修提供依據。b． 切粒水系統在切粒水室前的管道上設置了壓力開(kāi)關(guān) PSH827，當壓力高報警時(shí)觸發(fā)聯(lián)鎖自動(dòng)停車(chē)。開(kāi)關(guān)的缺點(diǎn)是不能體現被測量的實(shí)時(shí)變化。根據安全儀表系統宜采用模擬量測量?jì)x表的原則［9］，把壓力開(kāi)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警點(diǎn)來(lái)實(shí)現聯(lián)鎖功能。在流程圖畫(huà)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． 把控制補水的液位開(kāi)關(guān)更換為液位變送器。利用頂裝式浮筒開(kāi)關(guān)的安裝法蘭，安裝一臺投入式液位計。投入式液位計是將壓力傳感器投到容器底部，測容器底部壓力，然后通過(guò)電纜將信號傳到容器上部，經(jīng)放大轉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、低報警點(diǎn)，來(lái)實(shí)現液位低報警打開(kāi)閥門(mén)補水，液位高報警補水閥門(mén)關(guān)閉，保持水箱液位在正常范圍內。在流程圖畫(huà)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，操作人員可以現場(chǎng)檢查確認，確保水箱水位正常。

 

5 結束語(yǔ)

通過(guò)改進(jìn)，完善了對進(jìn)入切粒水室的切粒水息，可以監控環(huán)境溫度對設備狀態(tài)的影響，增加儀表伴熱的主動(dòng)維護性和預測性，這是近年來(lái)新興的一種先金維護方式———預測性維護的體現。冬季儀表維護是一件精細和煩瑣的事，需要很大的財力和人力，而通過(guò)對儀表表體溫度的采集、監控解決了兩個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題: shou先，避免了因環(huán)境溫度過(guò)低、儀表凍凝或在超出儀表使用溫度范圍下的設備損壞而造成的裝置聯(lián)鎖停車(chē)事件; 其次，對現場(chǎng)環(huán)境溫度進(jìn)行監控，在冬季根據現場(chǎng)溫度情況控制伴熱溫度，從而節省不必要的能源損耗。因此，利用 HAＲT 協(xié)議和 VS 技術(shù)實(shí)現儀表冬季智能化監控具有一定的應用前景。