Chłodzenie wytłaczarek do produkcji granulatu

Chłodzenie wytłaczarek do produkcji granulatu: co decyduje o jakości procesu

Chłodzenie wytłaczarek do produkcji granulatu to zintegrowany układ wody lodowej. Odbiera on ciepło z cylindra, głowicy ekstrudera, matrycy oraz wanien chłodzących. Dzięki temu temperatura stopu polimeru pozostaje w ściśle określonych granicach procesowych. Sprawny system chłodzenia bezpośrednio determinuje powtarzalność granulacji i jakość gotowego produktu.

W codziennej praktyce serwisowej spotykamy zakłady, w których układ chłodzenia wytłaczarki uchodzi za element drugoplanowy. Zmienia się to dopiero wtedy, gdy pojawia się awaria. Tymczasem to właśnie system wody lodowej decyduje, czy granulat spełnia wymagane parametry wymiarowe i reologiczne. Każde odchylenie temperatury o kilka stopni Celsjusza przekłada się na zmianę lepkości stopu. W konsekwencji prowadzi to do wadliwej granulacji lub przymusowego przestoju linii. Czy Twój zakład boryka się z nieregularną jakością granulatu lub rosnącą liczbą interwencji chłodniczych? W takim razie zamów diagnostykę układu chłodzenia, zanim problem stanie się kosztowny.

Dobór mocy chłodniczej wytłaczarki: bilans cieplny zamiast przelicznika

Dobór mocy chłodniczej to pierwszy i najczęściej niedoceniany etap projektowania układu. Moc cieplna do odprowadzenia zależy od kilku zmiennych procesowych. Należą do nich wydajność wytłaczarki wyrażona w kg/h, rodzaj przetwarzanego tworzywa i jego ciepło właściwe. Liczy się także różnica między temperaturą stopu na wyjściu z głowicy a temperaturą granulatu po przejściu przez wanny. Dlatego nie istnieje jeden współczynnik przeliczeniowy pasujący do każdej linii.

Dla typowych tworzyw termoplastycznych przetwarzanych w ekstruderach przemysłowych zapotrzebowanie na chłód wynosi zwyczajowo od kilku do kilkudziesięciu kilowatów. Zależy to od wydajności i rodzaju tworzywa. W przypadku linii wielowytłaczarkowych lub ekstruderów do tworzyw inżynieryjnych o wysokim cieple właściwym wartości te mogą być znacząco wyższe. Dlatego przed doborem agregatu wody lodowej wykonujemy bilans cieplny dla konkretnej konfiguracji linii. Nie szacujemy mocy „na zapas” ani przez analogię do poprzednich realizacji.

Błąd, który regularnie obserwujemy w zakładach, to chiller zbyt mały względem aktualnej mocy linii po jej rozbudowie. Producent zmodernizował ekstruder i zwiększył wydajność, a układ chłodzenia pozostał bez zmian. Rezultat to przegrzewanie strefy głowicy, nieregularna średnica granulatu i konieczność ograniczania prędkości ślimaków poniżej możliwości mechanicznych maszyny.

Chłodzenie cylindra i głowicy wytłaczarki: strefy o krytycznym znaczeniu

Cylinder ekstrudera dzieli się na strefy grzewczo-chłodzące, z których każda wymaga niezależnej regulacji temperatury. Chłodzenie realizowane jest wodą lodową przepływającą przez spiralne lub szczelinowe kanały w płaszczu cylindra. Precyzyjna regulacja przepływu wody w każdej strefie decyduje o profilu temperaturowym stopu polimeru wzdłuż całej długości ślimaka.

Głowica ekstrudera to element, w którym stop opuszcza cylinder i formuje się w nić lub pasmo granulatu. Temperatura głowicy musi być utrzymywana w wąskim przedziale, bo od niej zależy ciśnienie wytłaczania i stabilność pasma. Zbyt niska temperatura głowicy powoduje wzrost ciśnienia i przeciążenie silnika napędowego. Natomiast zbyt wysoka prowadzi do degradacji polimeru i zmiany jego właściwości mechanicznych.

W serwisie spotykamy awarie wynikające z zanieczyszczonych kanałów chłodzących w cylindrze. Ich przyczyną bywa też nagromadzenie osadów wapiennych lub biologicznych w płaszczu wodnym oraz uszkodzone zawory regulacyjne. Dlatego regularna konserwacja układu wody lodowej obejmuje nie tylko agregat chłodniczy. Dotyczy ona również całej sieci dystrybucji chłodu aż do cylindra i głowicy.

Chłodzenie matrycy i wanien granulacyjnych

Matryca wytłaczarki odpowiedzialna za kształtowanie przekroju granulatu wymaga chłodzenia w miejscu cięcia pasma. W systemach granulatora wodnego cała matryca pracuje zanurzona w wodzie obiegowej. Temperatura i przepływ tej wody determinują jakość powierzchni granulatu oraz jego wymiary. W systemach granulatora na gorąco cięcie pasma odbywa się bezpośrednio przy matrycy. Następnie granulat chłodzi się powietrzem lub wodą na dalszych etapach linii.

Wanny chłodzące, przez które przebiega pasmo lub przemieszcza się granulat, wymagają stałej temperatury wody procesowej. Najczęściej mieści się ona w przedziale od kilku do kilkunastu stopni Celsjusza. Odchylenia temperatury wody w wannach powodują nieregularność wymiarów ziaren, ich deformacje lub sklejanie. Ponadto w wodzie w wannach pojawiają się zanieczyszczenia mechaniczne i biologiczne. Dzieje się tak szczególnie wtedy, gdy woda ma kontakt z powietrzem i pracuje w temperaturach sprzyjających namnażaniu mikroorganizmów.

W praktyce obserwujemy, że niektóre zakłady traktują chłodzenie wanien oddzielnie od chłodzenia cylindra. W efekcie granulat opuszcza wannę w zbyt wysokiej temperaturze. Następnie skleja się podczas transportu pneumatycznego lub silosowania. Połączenie obu obiegów w jeden spójny projekt hydrauliczny z chillerem jako źródłem chłodu eliminuje tę niespójność.

Regulacja przepływu i automatyka PLC w układzie chłodzenia granulatu

Współczesne układy chłodzenia wytłaczarek pracują z regulacją przepływu i temperatury na poziomie każdej strefy cylindra oraz obiegów wanien. Zawory regulacyjne, najczęściej trójdrogowe lub proporcjonalne, dobiera się do charakterystyki hydraulicznej instalacji. Steruje nimi PLC linii technologicznej lub niezależny regulator układu wody lodowej.

Automatyka PLC monitoruje temperatury wody zasilającej i powrotnej w poszczególnych strefach oraz sygnalizuje odchylenia. Może także sterować wydajnością chillerów lub pomp obiegowych poprzez falowniki. Dobrze zaprojektowana automatyka to jednak nie tylko regulatory temperatury. To również cały system alarmów i blokad, który chroni linię przed skutkami nagłej awarii układu chłodzenia. Przykładem jest ochrona przed przegrzaniem cylindra po utracie przepływu wody.

W starszych instalacjach obserwujemy pracę na ręcznych zaworach kulowych bez jakiejkolwiek regulacji automatycznej. Takie rozwiązanie wymusza od operatora ręczne korygowanie parametrów przy każdej zmianie asortymentu, temperatury otoczenia lub zmianie wydajności linii. Wdrożenie automatycznej regulacji przepływu na istniejącej linii to modernizacja o bezpośrednim wpływie na stabilność procesu granulacji. W razie potrzeby oceny możliwości modernizacji skontaktuj się z działem technicznym ChillerSerwis pod numerem +48 501 179 381.

Filtracja i uzdatnianie wody w układzie chłodzenia wytłaczarki

Woda technologiczna krążąca w układzie chłodzenia granulatu szybko akumuluje zanieczyszczenia. Osady wapienne odkładają się na wewnętrznych powierzchniach wymienników i kanałów cylindra, ograniczając współczynnik przenikania ciepła i podnosząc opory przepływu. Biofilm i glony pojawiają się zwłaszcza w wannach granulacyjnych. Woda ma tam kontakt z powietrzem i pracuje w temperaturach sprzyjających wzrostowi mikroorganizmów.

Każdy poprawnie zaprojektowany układ chłodzenia granulatu powinien zawierać filtr mechaniczny, najczęściej siatkowy lub wkładowy. Potrzebny jest również system uzdatniania wody zapobiegający odkładaniu kamienia kotłowego. W instalacjach wymagających temperatury wody poniżej kilku stopni Celsjusza stosuje się glikol etylenowy lub propylenowy jako nośnik ciepła. Eliminuje to ryzyko zamarzania, a także ogranicza wzrost mikroorganizmów w układzie.

Jakość wody lodowej ma bezpośredni wpływ na trwałość agregatu. Zanieczyszczona woda niszczy uszczelnienia pomp, zatyka zawory regulacyjne i skraca żywotność wymienników płytowych w chillerze. Producenci komponentów regulacyjnych, tacy jak Danfoss, określają wymagania techniczne dla wody obiegowej. Prawidłowe parametry tej wody to podstawa długiej i niezawodnej pracy całego układu chłodniczego.

Monitoring pracy i optymalizacja energii układu chłodzenia granulatu

Monitoring parametrów pracy chillerów i instalacji wody lodowej staje się standardem w nowoczesnych zakładach tworzyw sztucznych. Stały monitoring obejmuje kilka podstawowych parametrów. Są to temperatura wody zasilającej i powrotnej na głównych obiegach oraz przepływ w obiegach cylindra i wanien. Monitoruje się również ciśnienie czynnika chłodniczego w chillerze i pobór mocy elektrycznej agregatu. Do tego dochodzi ciśnienie po stronie skraplacza i parownika.

Analiza trendów tych parametrów w czasie umożliwia wykrycie pogorszenia sprawności układu zanim przerodzi się ono w awarię produkcyjną. Na przykład stopniowy wzrost temperatury wody powrotnej przy niezmienionej nastawie wskazuje na zmniejszenie przepływu lub zamulenie wymiennika. Wzrost poboru prądu przez sprężarkę chillerów przy tych samych warunkach pracy sygnalizuje natomiast pogorszenie sprawności cyklu chłodniczego. Najczęściej wynika to z zanieczyszczenia skraplacza lub niedostatecznej ilości czynnika.

Optymalizacja energii w układzie chłodzenia wytłaczarki obejmuje przede wszystkim właściwy dobór punktu pracy chillerów i pomp. Obejmuje też unikanie długotrwałej pracy przy niepełnym obciążeniu. Optymalizacja obejmuje również zastosowanie falowników do pomp obiegowych i wentylatorów skraplaczy. Do tego dochodzi regulacja temperatury wody lodowej w oparciu o rzeczywiste zapotrzebowanie linii. W niektórych instalacjach chiller przez większość czasu pracuje ze znaczną rezerwą mocy. W takich instalacjach wdrożenie napędów o zmiennej częstotliwości może przynieść mierzalne oszczędności w rocznym zużyciu energii elektrycznej.

Najczęstsze awarie układów chłodzenia wytłaczarek do granulatu

Przeglądy i interwencje serwisowe w zakładach tworzyw sztucznych pozwalają nam wskazać przyczyny awarii układów chłodzenia wytłaczarek. Oto one, uszeregowane od najczęstszych:

• Zamulenie kanałów chłodzących w cylindrze: osady wapienne lub zanieczyszczenia mechaniczne ograniczają przepływ wody. W efekcie dochodzi do przegrzewania wybranych stref cylindra i niestabilności profilu temperaturowego stopu.
• Uszkodzenie lub zablokowanie zaworu regulacyjnego strefy: zawór nie reaguje na sygnał sterownika. Prowadzi to do utraty kontroli nad temperaturą w danej strefie cylindra, a w konsekwencji do odchyleń jakości granulatu.
• Nieszczelność instalacji wody lodowej: ubytki medium powodują niedobór przepływu, pracę pomp na niewystarczającym ciśnieniu i stopniowe przegrzewanie całego układu.
• Awaria sprężarki agregatu wody lodowej: sprężarka to element najkosztowniejszy. Jest podatna na uszkodzenia przy brudnej wodzie obiegowej, zbyt krótkich cyklach pracy lub niedostatecznym chłodzeniu silnika.
• Zabrudzenie skraplacza agregatu: ogranicza oddawanie ciepła do otoczenia i podnosi ciśnienie skraplania. W efekcie presostaty wysokiego ciśnienia wyłączają sprężarkę.
• Błędna lub zbyt niska nastawa temperatury wody lodowej: zbyt zimna woda powoduje kondensację wilgoci na zewnętrznych powierzchniach cylindra. W efekcie pojawia się korozja. Z kolei zbyt wysoka temperatura nie zapewnia wymaganego odbioru ciepła z krytycznych stref.

W każdym z tych przypadków czas reakcji serwisu ma bezpośredni wpływ na rozmiar straty produkcyjnej. Nasza mobilna grupa serwisowa działa na terenie całej Polski i dociera do zakładów. Przeprowadza diagnostykę i usuwa usterkę w możliwie najkrótszym czasie, minimalizując przestój linii granulacji.

Serwis i konserwacja układu chłodzenia linii granulacji

Prewencyjny serwis układu chłodzenia wytłaczarki to zdecydowanie tańsze rozwiązanie niż reagowanie na awarie po fakcie. Prawidłowo przeprowadzony przegląd obejmuje kontrolę parametrów czynnika chłodniczego w agregacie oraz sprawdzenie przepływów w obwodach wody lodowej. Obejmuje także inspekcję wymienników, filtrów i armatury oraz analizę jakości wody obiegowej. Do tego dochodzi przegląd aparatury elektrycznej i automatyki sterowniczej.

W ramach serwisu agregatów wody lodowej sporządzamy raport serwisowy z aktualnymi parametrami pracy. Raport potwierdza stan techniczny instalacji i daje podstawę do planowania kolejnych prac utrzymaniowych. Dla układów chłodzących wytłaczarki obsługujemy agregaty wiodących producentów: Carrier, Trane, MTA, ClimaVeneta, Clivet, Berling i innych. Obsługujemy urządzenia zarówno na czynniki HFC, jak i niskoemisyjne HFO.

Umowy przeglądowe ChillerSerwis zapewniają regularne wizyty serwisowe w uzgodnionych terminach. Dla zakładów pracujących w ruchu ciągłym to rozwiązanie, które eliminuje nieprzewidziane koszty przestojów.

Często zadawane pytania o chłodzenie wytłaczarek do granulatu

Jak dobrać moc chillera do wytłaczarki do produkcji granulatu?

Dobór mocy chillera wymaga bilansu cieplnego konkretnej linii. Uwzględnia on wydajność wytłaczarki w kg/h, ciepło właściwe przetwarzanego tworzywa i temperaturę stopu na wyjściu z głowicy. Liczy się także docelowa temperatura granulatu po przejściu przez wanny. Dobór bez danych procesowych prowadzi do niedowymiarowania lub przewymiarowania agregatu. Rekomendujemy zlecenie bilansu cieplnego inżynierowi z doświadczeniem w branży tworzyw sztucznych, zanim zostanie podjęta decyzja o wyborze urządzenia.

Dlaczego granulat ma nieregularne wymiary mimo stabilnej pracy wytłaczarki?

Nieregularne wymiary granulatu przy prawidłowej pracy mechanicznej ekstrudera wskazują najczęściej na problem po stronie układu chłodzenia. Może to być wahanie temperatury wody w wannach chłodzących lub niejednolity przepływ przez poszczególne otwory matrycy. Przyczyną bywa też niestabilna temperatura wody przy głowicy. Diagnostyka układu wody lodowej i inspekcja zaworów regulacyjnych pozwalają zlokalizować przyczynę w ciągu kilku godzin od przyjazdu serwisu.

Jak często serwisować układ chłodzenia linii granulacji?

Minimalny przegląd układu chłodzenia wytłaczarki powinien odbywać się raz do roku. Jednak w przypadku instalacji pracujących w trybie ciągłym lub w środowisku zapylonym rekomendujemy przeglądy co sześć miesięcy. Regularne przeglądy pozwalają wykryć stopniowe pogorszenie sprawności wymienników lub zaworów, zanim przerodzi się ono w awarię produkcyjną i nieplanowany przestój.

Czy można zastąpić chłodzenie z sieci wodociągowej zamkniętym obiegiem z chillerem?

Tak. Modernizacja polega na zastąpieniu chłodzenia wodą z sieci wodociągowej lub z otwartej chłodni kominowej przez zamknięty obieg z chillerem. To standardowe rozwiązanie stosowane w zakładach tworzyw sztucznych. Zapewnia pełną kontrolę nad temperaturą wody lodowej niezależnie od warunków atmosferycznych. Ponadto eliminuje ryzyko zakłóceń wynikających z wahań ciśnienia lub temperatury w sieci zewnętrznej. Dodatkową korzyścią jest możliwość precyzyjnego odzysku ciepła z agregatu na potrzeby własne zakładu.

Podsumowanie: sprawny układ chłodzenia to stabilna produkcja granulatu

Chłodzenie wytłaczarek do produkcji granulatu obejmuje wiele współzależnych elementów. Są to: dobór mocy chłodniczej, chłodzenie cylindra, głowicy i matrycy, wanny granulacyjne, filtracja wody, automatyka sterowania i monitoring pracy. Każdy z tych elementów wymaga odpowiedniego projektu, regularnej konserwacji i sprawnej diagnostyki. Awaria któregokolwiek ogniwa zatrzymuje całą linię granulacji.

ChillerSerwis specjalizuje się w serwisie, diagnostyce i modernizacji układów chłodzenia dla przemysłu tworzyw sztucznych. Działamy na terenie całej Polski, dysponujemy mobilnymi grupami serwisowymi i oferujemy umowy przeglądowe dopasowane do harmonogramu produkcji. Skontaktuj się z naszym działem technicznym pod numerem +48 501 179 381 lub +48 530 805 705. Możesz również napisać na adres info@chillerserwis.com, by omówić audyt i serwis układu chłodzenia Twojej linii granulacji.