摘 要 針對(duì)擠壓造粒機(jī)組發(fā)生的“灌腸”事故，對(duì)其原因進(jìn)行了分析，重點(diǎn)對(duì)儀表因素進(jìn)行逐條分析，還分析了發(fā)生事故的間接原因，給出了進(jìn)一步的改進(jìn)措施。
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 CMP 280X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。控制系統(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(duì)事故現(xiàn)場(chǎng)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(chǎng)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(cè)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)各自好立的蝶閥，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(jiǎn)單、動(dòng)作可靠、維修方便、價(jià)格低廉，是一種應(yīng)用#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(chǎng)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(duì)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(jì)是孔板 － 差壓變送器組成的測(cè)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#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(cè)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(cè)量回路和流量計(jì)故障引起測(cè)量值偏大的情況。針對(duì)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)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(duì)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)#早，用戶#熟悉，且應(yīng)用#廣泛的超聲波流量計(jì)。安裝換能器wuxu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(jiǎn)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(duì)高粘度、強(qiáng)腐蝕、非導(dǎo)電的液體進(jìn)行測(cè)量，但不能測(cè)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)，如果流體中的顆粒或氣泡較多，會(huì)使接收器接收不到信號(hào)，造成無法測(cè)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(cè)了進(jìn)入切粒水室的水流量。通過兩臺(tái)流量計(jì)測(cè)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(cè)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(cè)量?jī)x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(cè)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(cè)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(cè)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(chǎng)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(duì)進(jìn)入切粒水室的切粒水息，可以監(jiān)控環(huán)境溫度對(duì)設(shè)備狀態(tài)的影響，增加儀表伴熱的主動(dòng)維護(hù)性和預(yù)測(cè)性，這是近年來新興的一種先金維護(hù)方式———預(yù)測(cè)性維護(hù)的體現(xiàn)。冬季儀表維護(hù)是一件精細(xì)和煩瑣的事，需要很大的財(cái)力和人力，而通過對(duì)儀表表體溫度的采集、監(jiān)控解決了兩個(gè)關(guān)鍵問題: shou先，避免了因環(huán)境溫度過低、儀表凍凝或在超出儀表使用溫度范圍下的設(shè)備損壞而造成的裝置聯(lián)鎖停車事件; 其次，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境溫度進(jìn)行監(jiān)控，在冬季根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)溫度情況控制伴熱溫度，從而節(jié)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(xiàn)儀表冬季智能化監(jiān)控具有一定的應(yīng)用前景。
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