FFS袋用吹塑薄膜生产线的技术经济评估

   摘要：简要介绍了FFS袋用吹塑薄膜产品的用途和性能，分析了以LLDPE和LDPE为原料生产FFS袋用吹塑薄膜产品的工艺流程和相关技术，并阐述了进口设备的配置要求与特点，对建设3 800 t/a生产线的投资、成本和效益等进行了评估。

    关键词：FFS袋用吹塑薄膜 生产线 技术经济 评估     近两年来，聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯等合成树脂装置的生产规模不断扩大，生产能力一般都在200 kt/a以上，有些已达到400 kt/a，为了满足其自动包装线实现高速装填、运送和自动码垛的需要，国内开始引进一种新型重包装膜产品，因其能够实现连续性一次自动成型（Form）－开口充料（Fill）－加热封口（Seal）等多道工序和作业过程，故简称为FFS袋用吹塑薄膜。
      传统的合成树脂粒料包装，使用由顶部开口的复合编织袋，在包装时由于工序多而复杂，因此其单条包装线的包装能力通常限制在1 400袋/h以下。而使用FFS袋用吹塑薄膜，使包装能力通常可达到1   700～1 900袋/h，不仅大大提高了包装效率，而且降低了综合包装成本。同时，由于FFS袋用吹塑薄膜易于回收处理，满足了环保的要求，并且在包装、贮存、运输、防潮和外观等方面具有优秀的综合性能，顺应国际产品包装的要求和潮流，在欧洲等发达国家已成为通用的重包装膜产品。为了适应现代物流运输和生产的需要，目前出口至欧美国家的树脂产品，均要求采用新型的FFS袋用吹塑薄膜进行包装。国内的大型石化企业，特别是新建的合资和外资企业，如上海SECCO公司、上海石化、扬子石化、扬子巴斯夫公司、中海壳牌公司等，全都要求采用这一新型包装方式，部分老企业也正在（或计划）对原有包装线进行改造后采用新的高速包装线。目前，新型FFS袋用吹塑薄膜正逐步替代传统的复合膜编织袋，预计将成为未来重包装行业的主产品。
1 原料配制与产品性能
  
      根据欧美等发达国家的生产经验，结合国内外吹塑薄膜设备制造商的建议，FFS袋用吹塑薄膜的主要原料一般采用5%~25%的高压低密度聚乙烯（HP-LDPE）加70%~90%的线性低密度聚乙烯（LLDPE）。同时根据不同膜层的性质和要求，按照一定比例加入特定的添加剂混合后，通过三层共挤、再吹胀成膜。也有少数单位利用低压高密度聚乙烯（LP-HDPE）代替HP-LDPE。
      首先选择LDPE作为FFS袋用吹塑薄膜的原料，是因其具有较高的冲击强度、韧性和可延展性[1]。而LLDPE在与LDPE密度相同的情况下可提供更高的拉伸强度。相比之下，LLDPE只需LDPE用量的3/4就能制得同样性能的薄膜。主要原因是LLDPE是无长侧链或短支链的长链型分子，分子中短支链的存在破坏了聚合物链的均匀性，并足以抑制结晶的形成，从而也就阻止了聚合物形成高密度。而实际生产中不单纯使用LLDPE作为吹膜产品的原料，选择将LDPE加入到LLDPE中进行混合加工的主要目的有两个：一是LDPE分子中具有大量的支链结构，因而在挤出过程中提高了原料的可加工性能，以保证其产量；二是为了在吹膜过程中获得相对稳定的"膜泡"。
      LDPE和LLDPE的牌号很多，吹出膜产品的性能区别较大。具体配方一般根据用户对膜产品的性能要求进行选择和实验。目前常规的重包装膜产品的性能指标见表1。一般说来，材料的屈服强度、熔融温度和挺度等随着密度的增大而提高，而伸长率却随着密度的增大而降低；另外，材料的熔体流动指数（MFI）越大，越适合于生产流延膜，MFI越小，则越适合于生产吹膜产品。对此，需经过综合平衡后才能确定合适的配比。

表1 FFS袋用吹塑薄膜产品的主要性能指标及测试标准

测试项目	方向	适用标准	参数	备注
拉伸强度MPa	纵向	ISO527	≥26	测试速度
	横向	ISO527	≥24	500 mm/min
断裂伸长率，%	纵向	ISO527	≥600	测试速度
	横向	ISO527	≥700	500 mm/min
屈服强度MPa	纵向	ISO527	≥11	测试速度500 mm/min
	横向	ISO527	≥11
落镖冲击试验/g	两面	ISO7765	≥500	阶梯法
	折边	ISO7765	≥300
摩擦系数	纵向	ISO8295	0.4～0.6	测试速度100 mm/min
	横向	ISO8295	0.4～0.6
90 ℃伸长，%	纵向	企业标准	≤20	测试膜样品的宽度为25 mm，长度为50 mm；测试重量为500 g；测试时间1 h，温度90 ℃。
	横向	企业标准	≤40
跌落试验		目测检查	无破包	跌落高度3 m

    LLDPE与LDPE、HDPE三种乙烯聚合物性能的主要差别，决定于短支链和长支链的含量及分布。实际上LLDPE是一种含有1-丁烯（C4）或1-己烯（C6）或1-辛烯（C8）侧支链的共聚物，其性能与共聚单体的结构及其在共聚物中的比例以及分子量特征有关。选用高碳共聚单体（如C8）的LLDPE，则其落镖冲击强度等性能指标明显优于低碳类产品，但其价格也随之升高。所以，在满足性能指标的前提下，又需要尽量降低成本才能实现效益最大化。因此，需要综合进行技术经济分析后才能确定合理的配方。
      同时，为了降低加工过程中的剪切应力，减少熔体破裂，防止出现桔皮纹，增加FFS袋用吹塑薄膜的强度或改善其阻透性、耐候性（高温或低温等不同使用环境），以及便于包装机在运行过程中进行热封、冷却和码垛等多种不同目的，分别加入了爽滑剂、开口剂、阻透剂、抗静电剂等多种改性剂，如钛白粉、二氧化硅[2]等（统称为添加剂），其总量约占原料量的5%。
      目前，由于FFS袋用吹塑薄膜是新型的重包装膜产品，至今还没有统一的国家标准，具体的性能指标和外形尺寸，可由用户和生产商根据运输要求和贮存环境等协商制定。目前国际上通用的FFS袋用吹塑薄膜产品，均采用25   kg/袋的标准包装，膜厚一般选为160 μm，袋长约800 mm，袋宽400 mm，折边宽度约150 mm，筒膜周长1 100 mm，袋重约130 g，并在袋子的正反两面分别压花，以增加摩擦系数，防止在码垛和运输过程中滑落。
      对于特殊环境因素条件如严寒、高温或强紫外线地区则需要加入特定的添加剂；另有一些特殊用户需要膜产品的性能指标特别高，如落镖冲击强度要大于1 000 g，则需要使用其他聚乙烯（PE）产品，如高分子量高密度聚乙烯（HMWHDPE）、乙烯-醋酸乙烯共聚物（EVA）、甚低密度聚乙烯（VLDPE）和超低密度聚乙烯（ULDPE）等等，这可能导致膜产品的成本大幅上升。
2 生产工艺与设备配置
  
      原料LLDPE、LDPE和各种添加剂经严格计量后，按比例自动加入料斗，进入挤出机中熔融。挤出的熔融树脂进入环形模头，从模芯与环形模头之间的间隙形成薄的膜管挤出，从模头中心的冷却风管吹入压缩空气，趁热将膜管吹成直径达到设计要求的筒状薄膜（称为膜泡）。为保证薄膜的宽度和厚度均匀，必须保证膜泡内的压力基本保持恒定。夹辊不仅将膜泡折叠，而且还拉伸薄膜，起到了引出装置的作用。模头上方有一个冷却风环用于冷却膜泡，以使薄膜到达夹辊时固化。折叠后的薄膜经空转导辊引至收卷机，卷起后按设定好的尺寸自动分卷。   
      分卷后的膜卷装入放卷机放卷，先进行电晕处理，然后经印刷、压花、折边、收卷、码垛（或用托盘）至包装出厂。
      FFS袋用吹塑薄膜生产线分两部分：一部分为吹膜线，主要设备配置为一组单螺杆挤出机（长径比L﹕D=30﹕1）、环形模头、冷却系统、牵引装置、收卷系统以及辅助设备和自动计量与薄膜测量系统、热合、分切等组成；另一部分为印刷线，主要设备为放卷机、电晕处理机、印刷单元、油墨循环与干燥系统、折边、压花与收卷等机组。
      根据与欧美等国外设备制造商的技术交流情况分析，目前FFS袋用吹塑薄膜产品的单条吹膜线最大生产能力在220~250 kg/h，年开车时间约8 000 h，年产量约1   900 t。而单条印刷线的生产能力可达6 000 t/a以上。所以，最佳配置为3条吹膜线加1条印刷线（简称为：3+1）。但考虑到目标市场的实际需求量与最佳产量之间可能会有一定的差距，同时也考虑实际生产中可能发生的非计划停车等情况，一般很难达到最佳的投资配置状态，方案参照某装置的实际生产情况，以引进2条吹膜线加1条印刷线，形成3   800 t/a生产能力为基础进行经济评估。但在装置厂房和公用工程的设计与建设过程中，增加一定投资，预留出另1条吹膜线的余量，一旦拿到相应的供应合同后，可以较低的投资，及时增加新的吹膜线，使其达到3+1的最佳配置。
3 经济分析
  
  3.1 基础数据
  
      设计薄膜生产规模为3 800 t/a；FFS袋用吹塑薄膜目标生产能力为3 600 t/a；主原料LLDPE的消耗约为850   kg/t，LDPE的消耗约为100 kg/t；添加剂消耗见表2。
  
  3．2 投资估算与资金筹措
  
  3.2.1 建设投资
  
      根据近两年来引进的有关生产线情况估算，进口两条1 900 t的吹膜线的价格约210万欧元，配套一条印刷线的价格约58万欧元，加上相关税费，总计约3   500万元人民币。同时，生产线安装所需厂房的总高度约18 m，长度约72 m，宽度约18 m，所需厂房面积（含配电室、配料间和中转库房等辅助用房）约1   300 m2，厂房均采用轻钢结构，估计投资约100万元人民币。配套的空气压缩与冷却系统、冷却水系统等国产设备及框架结构的采购费及项目施工建设费用约120万元人民币。项目设计费，审查、审批费，不可预见费等约80万元人民币。建设投资总计约3   800万元。
      另外，本项目的消防、分析、仓贮可充分利用现有生产区内的富余能力，基本不需增加新的投资。
  
  3.2.2 建设期利息
  
      项目建设期半年，建设投资考虑全部贷款，建设期利息约100万元人民币。
  
  3.2.3 流动资金
  
      按1个月的产品库存与周转期估算，流动资金约为200万元人民币。
      项目总投资＝建设资金＋建设期利息＋流动资金＝4 100万元。
  
  3．3 成本估算与说明
  
    项目建成投产后，成本的计算方法为：
    总成本（不含税）＝可变成本＋固定成本
    其中：可变成本＝原辅材料费＋能源消耗＋机物料消耗费等
    固定成本＝资产折旧＋人工工资＋管理费＋土地费等
    计算数据来源说明如下：
    （1） 原料价格按目前市场价（含税）：LDPE为9 000元/t，LLDPE为8 800元/t。
    （2） 人工工资53万元。其中车间主管（兼工艺和设备工程师），年薪5万元，2人；电气与机械维修工年薪4万元，1人；操作工平均年薪3万元，12人。每班3人（2名操作工，1名班长），四班三倒；辅助工年薪3万元，1人。
    （3） 中小修及机物料费用按固定资产投资的2%计提。
    （4） 财产保险按国家规定的固定资产原值的0.2%计。
    （5） 折旧期限取10年，年折旧率取10%，按平均年限折旧法计算。
    （6） 财务费用按4 100万元投资P1全部为贷款，年利率以i=6%计，装置服务期以n=10年计，按每年等额回收资金来还贷。具体方式分两部分：一部分为折旧费P2，另一部分为财务费用A。以期末无残值的保守法估算[3]。每年财务费用为：
    A＝P1×[i×（1＋i）n]/[（1＋ i）n－1]－P2
    （7） 辅助材料主要考虑外包装，按每卷膜包装费40元，每吨3卷（3×350 kg），约120元。
    （8） 贮存和运输费用按420元/t计。
    （9） 土地费用按实际发生的5万元/a计。
    （10） 销售与管理费按销售收入的2%估算。
    （11） 动力消耗按年实际用电量和水、蒸汽的消耗总量平均计算后折现。
4 财务评价
    （1） 增值税率为17%。
    （2） 城市建设维护费和教育费附加＝（销项增值税－进项增值税）×11%。
      （3） 企业所得税率33%。
      （4） 静态投资回收期＝总投资额/（年利润＋年折旧费）[4]。
      （5） 核算盈亏平衡点：BEP＝年固定总成本/（年销售收入－年可变成本－城建及教育费附加）×100% 。
      （6） 投资利税率＝（年净利润＋增值税＋所得税）／投资总额×100%。
      （7） 投资利润率＝年净利润／投资总额×100%[4]。
      计算结果见表2，从计算结果看，该项目的生产负荷达到目标产量的57%以上时，也就是年销售量保持在3 600×57%＝2 052 t时，项目可以保本运行。同时，由于盈亏平衡点（BEP）为57%，远小于70%，证明该项目的抗风险能力比较强。

表2　建设FFS袋用薄膜装置经济核算

项目	单耗/kg·t－1	单价/元·kg－1	年总成本/万元	吨成本/元
1.可变费用
原材料
LLDPE	850.00	7.52	2 301.54	6 393.16
LDPE	100	7.69	276.92	769.23
燃料动力			172.80	480.00
添加剂	50.00	26.87	483.66	1 343.50
辅助材料			43.20	120.00
中小修及机物料			80.00	222.22
贮运费			151.20	420.00
可变费用小计	1 000.00		3 509.32	9 748.12
含税可变费用小计			4 105.91	11 405.30
2.固定费用
固定资产折旧(10年)			410.00	1 138.89
直接人工			53.00	147.22
财产保险费			8.20	22.78
财务费用			115.53	320.91
销售与管理费			108.00	300.00
土地费			5.00	13.89
固定费用小计			699.73	1 943.69
含税固定费用小计			818.68	2 274.11
3.总成本合计			4 209.05	11 691.80
含税成本合计			4 924.59	13 679.41
4.销售额			4 749.05	13 191.80
含税销售额			5 556.39	15 434.41
5.增值税			91.80	255.00
6.城市建设维护费及教育附加费			10.10	28.05
7.所得税			174.87	485.74
8.税后利润			355.03	986.21
9.利税合计			631.80	1 755.00
10.静态投资回收期/年			5.36
11.BEP ，%			56.91
12.投资利润率，%			8.66
投资利税率，%			15.41

    另外，目前该产品的计价方法是由供需双方共同根据成本加利润的方法，按季度或月度进行调整，因此不存在原材料价格波动对产品收益率的影响问题。但目标产量的变化，对装置的收益率具有明显的影响，特别是随着大型运输槽车的出现，可能会彻底改变塑料粒子的包装与运送方式。所以，装置投资建设之前，须根据建设地区的实际情况，详细计算原辅材料消耗、运输、土地等各项成本并与膜产品的用户按"照付不议"的原则正式签订3年以上的销售合同后，方可决定装置建设的可行性，切不可根据某一行业的增长速度及相关需求量来判断未来市场的容量，否则投资风险较大。