Процесс производства труб из ПЭ методом экструзии

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

Государственный Технический Университет

Технологический Институт

Кафедра химической технологии

Отчет по преддипломной практике

На тему:

«Процесс производства труб из ПЭ методом экструзии»

Выполнил: студент гр..

Проверил: проф.

2009

Введение

Еще 20 лет назад полиэтиленовые коммуникации стали символом надежности и долговечности, вытесняя хрупкие и ненадежные металлические трубы.

Газификация считается приоритетным направлением, способствующим стабилизации социально-экономического положения края, решению вопросов обеспечения населения газом теплом, улучшению экологической обстановки.

Строительство газопроводов на основе полиэтилена - это техническое решение, позволяющее радикальным образом решить проблемы надежности и долговечности коммуникаций, сократив при этом затраты как на монтаж, так и поддержание работоспособности в процессе эксплуатации.

Анализ сравнительных характеристик затрат при строительстве газопровода из стальных и полиэтиленовых труб показывает, что:

1. Газопроводы из полиэтиленовых труб при строительстве дешевле втрое, не нужна изоляция, упрощается технология соединения труб и их укладка в траншеи.

2. Время строительства полиэтиленовых газопроводов сокращается по сравнению со стальными в 10 раз.

3. Пропускная способность полиэтиленовой трубы на 25-30% выше, чем у стальной такого же диаметра.

4. Гарантийный срок службы газопроводов из ПЭ труб около 100-150 лет, против 25-30 лет - из стальных.

5.При эксплуатации ПЭ газопроводов отпадает необходимость в осуществлении мероприятий по антикоррозийной защите.

Процесс производства труб из ПЭ методом экструзии прост, производителен, более экономичен, чем производство металлических груб с точки зрения затрат электроэнергии: на 1 тонну ПЭ труб расход в 3-7 раз ниже затрат на 1 тонну металлических труб.

Выпуск ПЭ труб организован по технологии, учитывающей передовые идеи и мировой опыт в области переработки полимерных материалов.

Характеристика сырья и вспомогательных материалов

Трубы изготавливаются из полиэтилена низкого давления средней плотности ПЭ 80 Б марки 275 (производитель ОАО "Казаньоргсинтез") и марки F 3802 (производитель ООО «Ставролен»).

Гранулированный полиэтилен поступает на производство в полиэтиленовых мешках с сертификатом качества с предприятия изготовителя.

Использование вторичного полиэтилена для производства газопроводных труб недопустимо.

Полиэтилен выпускается в виде гранул черного цвета. Гранулы в пределах одной партии должны быть одинаковой геометрической формы и размер их во всех направлениях должен быть от 2 до 5 мм. Допускаются гранулы с отклонениями по геометрической форме и размерам не менее 2 мм и свыше 5 до 8 мм включительно. Массовая доля, которых не должна превышать для каждого размера 1,0% от партии.

Показатели качества полиэтилена должны соответствовать требованиям, указанным в таблице 1.

Таблица 1

Вспомогательные материалы приведены в таблице 2.

Таблица 2

Характеристика производимой продукции

Готовой продукцией являются трубы кольцевого сечения, изготавливаемые из полиэтилена с номинальной длительной прочностью MRS 6,3 МГа (ПЭ 63), MRS 8,0 МПа (ПЭ 80) для подземных газопроводов, транспортирующих горючие газы, предназначенные в качестве сырья и топлива для промышленного и коммунально-бытового использования.

Трубы выпускаются по ГОСТ Р 50838-95 «Трубы из полиэтилена для газопроводов».

Номенклатура выпускаемых предприятием труб указана в таблице 3

Таблица 3

Примечание:

1.Номинальный наружный диаметр соответствует минимальному среднему наружному диаметру.

2.Овальность труб определяют на предприятии-изготовителе.

Трубы должны соответствовать характеристикам, указанным в таблице 4

Расчетная масса 1 метра труб приведена в таблице 5.

Таблица 5

Примечания:

1. Расчетная масса 1м труб вычислена при плотности полиэтилена 950 кг/м³ с учетом половины допусков на толщину стенки и средний наружный диаметр.

2. При изготовлении труб плотностью Р, отличающейся от 950 кг/м³, значение, приведенное в таблице, умножают на коэффициент К= Р/950.

Трубы изготавливают в прямых отрезках, бухтах и на катушках. Длина труб в прямых отрезках должна быть от 5 до 24 м с кратностью 0,5 м, предельное отклонение длины от номинальной не более 1%, допускается в партии труб в отрезках до 5 % труб длиной менее 5 м, но не менее 3 м. Допускается по согласованию с потребителем изготовление труб другой длины и предельных отклонений.

Условное обозначение труб состоит из слова «труба»; сокращенного наименования материала (ПЭ 80, где цифра - десятикратное значение MRS), слова «газ» стандартного размерного отношения SDR, тире, номинального диаметра, толщины стенки трубы и обозначения настоящего стандарта.

Описание технологической схемы

1. Хранение полиэтилена

Гранулированный полиэтилен поступает на производство железнодорожным транспортом в полиэтиленовых мешках. После оформления документации на получение сырья, мешки перевозятся на растаривание и загрузку гранул в бункер. Пустые мешки прессуют в пакеты и обвязывают проволокой. Загрузка в бункеры осуществляется вручную после разрезания одного края мешка при помощи ножа.

Входной контроль полиэтилена не осуществляется из-за отсутствия лаборатории.

Если в зимний период сырье хранится в холодном помещении, то перед переработкой полиэтиленовую крошку выдерживают в помещении цеха не менее 12 часов.

2. Загрузка полиэтилена

Из расходных емкостей сырье подается пневмотранспортом в сушилку расположенную над экструдером, в которой встроено устройство для подогрева гранул горячим воздухом (70°С). Подогретые гранулы поступают в загрузочную зону цилиндра экструдера.

3.Экструзия трубной заготовки

Получение трубной заготовки из гранул полиэтилена осуществляется в экструдере, основным рабочим органом которого является шнек, вращающийся в неподвижном обогреваемом цилиндре.

Глубина витков шнека в направлении движения уменьшается. Благодаря взаимодействию рабочей винтовой поверхности и рабочей поверхности цилиндра с поступающими гранулами, последние продвигаются по винтовому каналу в направлении зоны сжатия. По мере продвижения вдоль цилиндра материал прогревается до 220°С. В зоне сжатия происходит его плавление и пластификация, а в последующей зоне дозирования обеспечивается гомогенизация и равномерная подача расплава в головку.

Обогрев экструдера производится при помощи электронагревательных инструментов. (Режимы экструзии приведены в таблице 6). Цилиндр и головка разделены на несколько тепловых зон с самостоятельной автоматической регулировкой температуры в каждой зоне. Для замера температуры используются термопары, установленные в стенке цилиндра и головки.

Для предотвращения перегрева массы цилиндр машины охлаждают при
помощи воды и обдува воздуха. В зоне загрузки гранулированного полиэтилена, охлаждаемой водой, поддерживается температура 100±20°С. Это осуществляется во избежании преждевременного оплавления и зависания гранул в загрузочном бункере экструдера. Регулировка охлаждения цилиндра осуществляется автоматически посредством тепловой автоматики.

Формирование трубы происходит в головке экструдера. Трубная оснастка представляет собой экструзионную трубную головку определенного типоразмера, комплектуемую набором матриц, дорнов, калибров для изготовления труб в определенном диапазоне диаметров и толщины стенок. Чистка оснастки

Таблица 6

Режимы экструзии в зависимости от марки полиэтилена

осуществляется сразу после съема с экструдера, вручную. Остатки расплава полиэтилена, нагара удаляют с помощью инструмента, изготовленного из цветного металла (латуни, бронзы, меди). Рабочие поверхности оснастки смазывают парафином, протирают ветошью, затем наносят пасту ГОИ и полируют.

Гомогенизированный расплав полиэтилена нагнетается в головку, обтекает торпеду и продавливается в сплошной поток в кольцевом зазоре между мундштуком и дорном.

Горячая трубная заготовка непрерывно выдавливается из кольцевой щели головки и поступает в калибрующее устройство.

4. Калибрование и охлаждение трубы

Основное назначение калибрующего устройства - образование на поверхности заготовки охлажденного, затвердевшего слоя, который к моменту выхода заготовки из калибрующего устройства обеспечивает сохранение трубой необходимой формы и размеров при прохождение через охлаждающие ванны. В качестве охлаждающего агента в ваннах используется фильтрованная вода. В зимний период температура воды не должна опускаться ниже 15°С, а в летний период температура воды в ваннах должна быть не выше 30°С.

В процессе производства ПЭ труб технологические сточные сбрасываются во внутренние сети промплощадки ОАО «Химволокно».

После проведенного анализа сточных вод выявлено:

-рН вода -8,5

-сухой остаток -263,2

-нефтепродукты - не обнаружены

-ацетон -не обнаружен

-взвешенные частицы - 7,6.

Для труб диаметром до 110 мм используется воздушное калибрующее устройство. Оно представляет собой ванну со встраиваемым набором калибрующих пластин. Ванна заполнена водой и соединена с водоструйным насосом. Разность давлений в полости трубы и снаружи в полости ванны -обеспечивает прижатие наружной поверхности заготовки к поверхности калибрующих пластин, при этом обеспечивается интенсивное охлаждение поверхности заготовки непосредственно водой.

Для труб диаметром 160 мм и более используется метод пневмокалибрования. Необходимое для калибрования давление воздуха внутри трубы (0,2 - 0,7 атм) сохраняется с помощью, специальной конструкции «плавающей пробки», которая удерживается в трубе на тросе, закрепленном на дорне головки.

Горячая заготовка поступает в калибрующую насадку, представляющую собой охлажденную металлическую втулку, внутренняя (рабочая) поверхность которой по размерам и конфигурации соответствует (с учетом усадочных явлений) оформляемой трубе.

За счет повышения давления воздуха горячая заготовка прижимается к холодной калибрующей поверхности. При этом мгновенно образуется твердый слой охлажденного, затвердевшего материала, толщина которого по мере продвижения трубы вдоль калибра увеличивается и к моменту выхода из калибра, становится достаточной для обеспечения сохранения трубой необходимых размеров, т.е. для преодоления действия внутреннего избыточного давления собственного веса трубы и давления воды в охлажденной ванне. Кроме того, труба приобретает при калибровке продольную прочность, достаточную для того, чтобы выдержать усилие отвода без излишних деформаций.

Горячая полиэтиленовая труба на выходе из калибрующей насадки поступает в вакуумную водяную ванну, где происходит формирование структуры материала, что обеспечивает физико-механические свойства. Окончательное охлаждение трубы происходит в двух последовательно расположенных водяных ваннах.

5.Маркировка

Для маркировки труб используется маркировочная машина.

Маркировку можно наносить на поверхность трубы нагретым металлическим инструментом или другим способом, не ухудшающим качество трубы, с интервалом не более 1,0 м.

Маркировка должна включать:

1.товарный знак предприятия и условное обозначение трубы без слова «труба». 2.дату изготовления (месяц, две последние цифры года).

3.в маркировку допускается включать другую информацию, например номер партии, линии.

Глубина клеймения не более 0,3 мм для труб номинальной толщиной стенки до 6,8 мм включительно и не более 0,7мм для труб номинальной толщиной стенки более 6,8мм.

Бухты, катушки, пакеты или блок - пакеты снабжают ярлыком с нанесением транспортной маркировки по ГОСТ 14192.

6.Отвод трубы

Отвод трубы производится с помощью специально предназначенного для этого тянущего устройства гусеничного типа - «траков», которые плотно обхватывают трубу и обеспечивают отвод с постоянной скоростью за счет бесступенчаторегулируемого привода для равномерного изменения скорости отвода трубы. От плавности движения тянущих органов отводного устройства зависит стабильность равномерных и качественных показателей вдоль трубы.

Скорость отвода бесступенчато регулируется в весьма широких пределах.

7.Резка или намотка в бухты и на катушки

За тянущим устройством устанавливается режущее или намоточное устройство.

Трубы изготавливаются в прямых отрезках. Допускается трубы диаметром до 160 мм изготовлять в бухтах и на катушках.

Резка трубы на прямые отрезки заданной длины осуществляется дисковой пилой маятникового типа. Во время резки трубы дисковая пила перемещается вместе с ней, не нарушая непрерывности процесса. Труба защищена металлическим кожухом. Отрезанная труба при движении нажимает на конечный выключатель, приводит в действие механизм сбрасывания и сбрасывается в лоток.

Отрезное устройство может работать как с периодическим включением режущего инструмента для резки труб на большие длины, так и постоянно включенной пилой для резки труб на отрезки малой длины. При резке труб образующиеся стружки полиэтилена ссыпаются в металлическую емкость, расположенную под отрезным устройством.

Намотка труб в бухты выполняется на барабане специального намоточного устройства. Скорость намотки должна плавно регулироваться в широких пределах.

8.Упаковка и складирование

Трубы, выпускаемые в отрезках, связывают в пакеты массой до 3 т. По согласованию с потребителем из пакетов допускается формировать блок - пакеты массой до 5 т.

Внутренний диаметр бухты должен быть не менее 20 наружных диаметров трубы.

При упаковке труб используются средства по ГОСТ 21650.

Пакеты труб скрепляют не менее чем в двух местах на расстоянии 2 - 2,5 м, а пакеты труб, предназначенных для районов Крайнего Севера и труднодоступных районов - на расстоянии 1-1,5 м. Бухты скрепляют не менее чем в шести местах.

При упаковке труб в бухты и на катушки концы труб должны быть жестко закреплены.

По согласованию с потребителем возможна отгрузка трубы без упаковки. После проведения контроля качества, складирование труб, снабженных сопроводительной документацией (дата получения, № смены, роспись сменного мастера), производится через деревянные брусы с ограничителями для исключения падения трубы со стеллажей.

Перемещение труб от приемного лотка производят с помощью грузоподъемного механизма (кран балки) на специально отведенное для складирования место. Высота складирования не более 1,5 м.

9.Контроль технологического процесса

Все контролируемые технологические параметры заносятся машинистом в сменную карту с указанием времени контроля. Сменная карта выдается сменным мастером дневной смены и заполняется машинистом дневной и ночной смены с двух сторон. Образец сменной карты см. в приложении. В карте обязательно указывается № трубы п/п с начала смены для контроля проходимости труб по времени на определенном участке линии. Соответственно маркируются и все трубы с начала до конца смены. Каждая смена начинает нумерацию с начала. В карте ставит роспись машинист, сдающий смену, а также машинист, принимающий смену, с соответствующим сличением всех рабочих параметров.

Для контроля параметров технологического процесса применены приборы, серийно выпускаемые отечественной промышленностью. Тип приборов подобран с учетом требований технических процессов и свойств контролируемых сред.

10.Правила приемки и контроль качества получаемой продукции

Трубы принимают партиями. Партией считается количество труб одного размера (одного номинального наружного диаметра и номинальной толщины стенки), изготовленных из одной марки или партии сырья на одной технологической линии и сопровождаемых одним документом о качестве.

Размер партии должен быть не более:

-15000 м - для труб диаметром 32 мм и менее;

-10000 м - для труб диаметром от 40 до 90 мм;

-5000 м - для труб диаметром от 110 до 160 мм;

-2000 м - для труб диаметром от 180 до 225 мм.

Контроль качества получаемой продукции на смене осуществляет сменный мастер. По окончании времени кондиционирования, конечный контроль качества производит технолог предприятия. Затем полученная продукция сдается на склад с заполнением сертификата качества.

Для контроля качества труб по показателям внешнего вида поверхности, относительного удлинения при разрыве, а также по размерам от партии отбирают не менее пяти проб в виде отрезков труб, а для контроля стойкости при постоянном внутреннем давлении при 20°С и 80°С, изменения длины труб после прогрева, стойкости к газовым составляющим, термической стабильности отбирают не менее трех проб. Отбор проб проводят равномерно в течение производства. В случае разногласий отбор проб от партии проводят методом случайной выборки.

В связи с отсутствием на предприятии лаборатории и оборудования для испытаний труб, контроль качества получаемой трубы осуществляется в сторонних лабораториях по договорам.

11.Транспортирование и хранение

Трубы не относят к категории опасных грузов в соответствии с ГОСТ 19433 и транспортируют любым видом транспорта в соответствии с правилами перевозки грузов, действующими на данном виде транспорта

Рис.1. Схема экструзионной линии производства полиэтиленовых труб:

1- промежуточная емкость; 2- сушилка; 3-загрузочный бункер; 4- экструдер; 5 – экспрузионная головка; 6 – калибр; 7- вакуумная ванна охлаждения; 8- ванны охлаждения (2 шт); 9- устройство маркирующее, 12- приемное устройство; 13- намоточное устройство

Характеристика основного оборудования приведена в таблице 7

Таблица 7

Характеристика вспомогательного оборудования приведена в таблице 8.

Таблица 8

Материальный баланс

Материальный баланс на единицу выпускаемой продукции изображен на схеме:

1. - потери при приеме сырья, хранении, транспортировании и растаривании сырья;

2. - потери в виде летучих при экструзии, сушку и в виде пыли при резке;

3. - частично оплавленное сырье при чистке фильтров, шнека, экструзионной головки, а также затвердевшие куски массы вытекающие из материального цилиндра и уплотнений. Включаются также отходы, образующиеся при наладке и запуске оборудования, выходе оборудования на заданные технологические режимы, переходе с одного размера труб на другой, при отборе контрольных образцов в установленном порядке, некондиционные трубы при внезапных остановках.

Общий плановый объем производства 2400 т/год.

Суммарный расходный коэффициент технологических потерь и отходов составляет:

К - 1 + (К1 + К2 + КЗ + К4)= 1 + (0,0035 + 0,0046 + 0,0350 + 0,0020) = 1, 046

К1 -расходный коэффициент технологических потерь, образующихся в виде летучих при экструзии и пылевидных фракций при резке;

Ка = 0,0025

Кр-0,0010 К1 = Ка +Кр = 0,0025 + 0,0010 = 0,0035 (0,35 %)

К2 - расходный коэффициент технологических потерь твердых продуктов; К2 = 0,0046 (0.46%) – нормативный;

КЗ -расходный коэффициент технологических отходов. По нормативам предусматривается от 0,04 до 0,06 (4-6%).Для условий производства ООО «Трубопласт-С» принято КЗ = 0,035 (3,5%);

К4 - коэффициент потерь при приеме, хранении, транспортировании и растаривании сырья. Для условий производства ООО «Трубопласт-С» определено К4 - 0,002 (0,2%);

Все отходы и потери на каждый тип трубы сведены в таблицу 9.

Таблица 9

Нормы расхода сырья и энергоресурсов

Расходные нормы сырья на 1 п.м. труб из ПЭ 80.

Таблица 10

Примечание:

1. Расчетная масса 1м труб вычислена при плотности полиэтилена 0,95 г/см² с учетом половины допусков на толщину стенки и средний наружный диаметр.

2. Нормы расхода сырья определены с учетом расходного коэффициента =1,046.

При изготовлении труб из полиэтилена другой плотности расчетные значения норм расхода уменьшаются на коэффициент К=р/0,95.

Таблица 11

Основные правила безопасного ведения производственных процессов

Таблица 12

Характеристика материалов и продуктов по вредности, действию на организм, требования безопасности

Температура воспламенения полиэтиленовых труб около 300°С, температура самовоспламенения 400°С. Полиэтиленовые трубы относятся к группе сгораемых, подгруппе трудновоспламеняемых материалов. При производстве труб из полиэтилена необходимо соблюдать требования пожаро - и взрывобезопасности в соответствии с ГОСТом 12.1.004-85, ГОСТом 12.3.002-75. При загорании труб тушить всеми известными способами пожаротушения. Характеристика материалов и продуктов по пожароопасности и взрывоопасности приведена в таблице 13.

Охрана окружающей среды

В процессе производства полиэтиленовых труб образуются полиэтиленовые отходы, которые делятся на 2 группы: безвозвратные и возвратные.

Возвратные отходы полиэтилена образуются при запуске и наладке линии, при контроле качества труб, регулировке технологических параметров. Возвратные отходы собираются и сдаются на склад для дальнейшей переработки и использования в производстве.

Невозвратные отходы полиэтилена образуются при приеме, хранении, транспортировке и растаривании сырья, включая потери в виде летучих при экструзии, сушке и пыли при резке. Количество и место образования отходов указано в разделе 5 «Материальный баланс».

На предприятии также образуются отходы, представленные в таблицах 14,15.

Разрешение на размещение отходов № 37/395-г получено 01.07.2000.

При температурах, превышающих температуру плавления полиэтилена, возможны выделения оксида углерода, формальдегида, уксусной кислоты, альдегидов. Проект нормативов предельно-допустимых выбросов (ПДВ) разработан на основании инвентаризации источников выбросов вредных веществ в атмосферу. Действующих источников выбросов вредных веществ на предприятии-4. В атмосферу выбрасываются загрязняющие вещества 5 наименований общим количеством -1,4227 т/год,

из них: 2 класс опасности-0,0264 т/год (1 вещество)

1. класс опасности-0,8707 т/год (2 вещества)

2. класс опасности-0,5247 т/год (1 вещество)

вещества, не имеющие класса опасности-0,0009т/год (1 вещество)

Перечень загрязняющих веществ, выбрасываемых в атмосферу представлен в таблице 14.

Таблица 13

Таблица 14

Разрешение на выброс загрязняющих веществ в атмосферу стационарными источниками загрязнения получено 01.06.2001, номер регистрации-2691.

В производстве используется фильтрованная вода, поступающая из цеха ВИК ОАО «Покровск-Энерго», в качестве охлаждающего агента в ваннах охлаждения. Технологические сточные воды сбрасываются во внутренние сети промплощадки ОАО «Химволокно».

Таблица 15