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。工藝包引進的是HIMONT公司的液相丙烯環管聚合法，設計生產能力為年產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

擠壓造粒機組是日本制鋼公司的CMP280X型造粒機［1］。擠壓造粒機主要由主電機、筒體、開車閥、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。控制系統為OMＲON公司的PLC，2014年更新為西門子公司的S7-400H系統。

 

 

聚丙烯粉料由機組的筒體段進入擠壓造粒機，在由主電機驅動的螺桿帶動下，通過開車閥進入齒輪泵。粉料在經過250℃筒體的過程中，因受熱物料形態由固態粉料變成熔融狀。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。

造粒機組切粒出來的顆粒目前都是使用循環水把顆粒帶出切粒水室，再進行水和顆粒分離。切粒水由循環水泵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，循環使用。切粒水管路在進入切粒水室之前設置了三通閥HV829，切粒水可以通過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車前把循環水系統運行起來，通過三通閥旁路側使循環水建立小循環，開車時切換三通閥把切粒水通入切粒水室。停車時切換三通閥使切粒水保持小循環，不需要停循環水泵。

切粒水的作用一是作為輸送載體帶走顆粒物料，二是作為冷卻介質給顆粒降溫。正常生產時，切粒水的流量必須能夠帶走生產出來的顆粒，并能吸收顆粒釋放出的熱量，否則會造成切粒室內顆粒的重新聚集、凝固，嚴重時發生物料堵塞管道的事故，工藝俗稱“灌腸”。切粒水的溫度由TIC825溫度調節回路控制，一般控制在70℃。為了避免發生事故，設置了FIA822做切粒水流量監控，并在擠壓造粒機的停車聯鎖里設置了水流量低的聯鎖條件，當水流量低報警時觸發擠壓造粒機組聯鎖停車，保證生產安全。

2018年聚丙烯造粒機組先后發生兩次“灌腸”事故。第1次發生事故時，物料在切粒水室至D808之間的管線中結塊，D808無法進行物料分離，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鎖停車。第2次事故時操作工發現切粒機參數異常手動停車。停車后檢查發現，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:嚴重墊刀;斷刀;退刀;切粒機故障，電機轉速過低或停轉;切粒水流量不足;切粒水溫過熱。

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

儀表專業人員認真分析了發生“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。現場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”的情況下實際流量不足的原因，一是流量變送器誤指示，測量值偏高，實際流量低;另一種可能是三通閥HV829內漏。三通控制閥有3個出入口與管道相連，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，當閥在關閉一個出口的同時就打開另一個出口，這種閥有一個入口和兩個出口［2］。這臺三通閥是由一個執行機構和兩個閥體組合而成的開關閥。執行機構是氣動薄膜執行機構，閥體是兩臺各自獨立的蝶閥，旁路方向的閥體通過連桿和執行機構相連。氣動薄膜執行機構結構簡單、動作可靠、維修方便、價格低廉，是一種應用較廣的執行機構［3］。蝶閥阻力損失小、結構緊湊、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］。正常生產時，閥門正路(切粒水室)側閥全開，旁路(返回水箱)側閥全關;停車時正路側閥全關，旁路側閥全開。

針對流量顯示回路的第1種可能性，首先檢查流量變送器。該流量計是孔板－差壓變送器組成的測量系統。差壓流量計發展較早，經過長期的實踐，積累了可靠的實驗數據和運行經驗，成為工業上應用較廣泛的管道流量計［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。孔板低壓側取壓法蘭孔、引壓管的不暢都會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，也會引起較大的誤差［6］。通過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狀態時，旁路側閥板有約15°的開度。做閥門動作試驗，都表現為正常生產時，旁路閥門有15°的開度;閥門切旁路時，旁路閥全開。這樣就造成了正常生產時部分水通過旁路流回了切粒水箱，使進入切粒水室的實際流量偏低。當工藝提高造粒機負荷時，使切粒水室處的切粒水壓力增高，HV829旁路側閥門開度增大流量增加，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，引發了“灌腸”事故的發生。繼續打開閥門氣動執行機構的上膜蓋，取出膜片檢查，發現膜片發生了脫膜穿孔。由此確定在閥門切到生產側時，由于膜片漏氣，執行機構輸出力不足，使生產側閥門不能全開，旁路側閥門不能全關，部分水由旁路側直接返回了切粒水箱，進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，確認閥門動作可靠后安裝復位。

 

3 事故發生的間接原因

分析發生事故的其他原因: 

a． 進入切粒水室的真實水流量沒有得到監控。切粒水流量變送器 FIA822 安裝在 HV829 前的主管路上。如果旁路閥內漏會有部分水從旁路

閥回到切粒水箱，進入切粒水室的實際流量不足，但是 FIA822 體現不出來，進入切粒水室的真實流量得不到監控;

b． 切粒水壓力沒有得到監控; c． D807 水箱液位由浮筒式液位開關控制補水閥保持水箱有足夠的儲水量。由于機械開關存在拒動和開關自身的狀態不受控等情況，報警開關控制水箱水位存在不能及時補水的風險。 4 改進方案針對以上分析，做了相應的改進，改進后的擠壓造粒機組如圖 2 所示。

 

 

具體改造方案為:

a．在HV829閥門后面進入切粒水室的管道上安裝一臺外貼式超聲波流量計，用來監控進入切粒水室的真實水流量。在HV829閥門后面進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的時候觀察和調整切粒水流量，保證切粒水流量滿足要求。外貼式超聲波流量計是生產較早，用戶較熟悉，且應用較廣泛的超聲波流量計。安裝換能器無需管段斷流，即貼即用。它充分體現了超聲波流量計安裝簡單、使用方便的特點［7］。超聲波流量計適用于純凈的或含少量雜質的液體，能對高粘度、強腐蝕、非導電的液體進行測量，但不能測量懸浮顆粒和氣泡超過某一范圍的液體［8］。傳播時間法超聲波流量計，如果流體中的顆粒或氣泡較多，會使接收器接收不到信號，造成無法測量。因此這臺流量計只能安裝在切粒水進入切粒水室前的管段上。新安裝的流量計直觀地檢測了進入切粒水室的水流量。通過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關PSH827，當壓力高報警時觸發聯鎖自動停車。開關的缺點是不能體現被測量的實時變化。根據安全儀表系統宜采用模擬量測量儀表的原則［9］，把壓力開關更換為壓力變送器PT827，利用壓力變送器的測量值做出壓力的高報警點來實現聯鎖功能。在流程圖畫面上做顯示點，可以實時看到壓力情況，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關更換為液位變送器。利用頂裝式浮筒開關的安裝法蘭，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，然后通過電纜將信號傳到容器上部，經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，來實現液位低報警打開閥門補水，液位高報警補水閥門關閉，保持水箱液位在正常范圍內。在流程圖畫面上做顯示點，可以實時看到液位情況。如果液位顯示值明顯偏離正常情況，操作人員可以現場檢查確認，確保水箱水位正常。

 

5 結束語

通過改進，完善了對進入切粒水室的切粒水流量和壓力的監控，保證有充足的切粒水進入水室。通過兩臺流量計顯示值的比較可以判斷HV829是否存在內漏，為預知性檢修提供依據。另外，水箱在水位低的時候能夠及時補水，儲水量得到有效保障。從儀表控制的角度降低了發生“灌腸”事故的概率。