摘 要 針對擠壓造粒機組發生的“灌腸”事故，對其原因進行了分析，重點對儀表因素進行逐條分析，還分析了發生事故的間接原因，給出了進一步的改進措施。
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。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 CMP 280X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，閥體是兩臺各自好立的蝶閥，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#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，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#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#早，用戶#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息，可以監控環境溫度對設備狀態的影響，增加儀表伴熱的主動維護性和預測性，這是近年來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，而通過對儀表表體溫度的采集、監控解決了兩個關鍵問題: shou先，避免了因環境溫度過低、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鎖停車事件; 其次，對現場環境溫度進行監控，在冬季根據現場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 協議和 VS 技術實現儀表冬季智能化監控具有一定的應用前景。
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