單次過濾和多次過濾在潤(rùn)滑油過濾的應(yīng)用與實(shí)踐

杜希榮，熊云龍

(1.中國(guó)石化潤(rùn)滑油有限公司荊門分公司，湖北 荊門 448002；2.上海卓品科技有限公司，上海 201803)

0 引言

潤(rùn)滑油是用在各種類型汽車、機(jī)械設(shè)備上以減少摩擦、保護(hù)機(jī)械及加工件的液體或半固體潤(rùn)滑劑，主要起潤(rùn)滑、輔助冷卻、防銹、清潔、密封和緩沖等作用。機(jī)械雜質(zhì)是指存在于潤(rùn)滑油中不溶于汽油、乙醇和苯等溶劑的沉淀物或膠狀懸浮物。這些雜質(zhì)大部分是砂石和鐵屑之類，以及由添加劑帶來的一些難溶于溶劑的有機(jī)金屬鹽?？刂朴推窓C(jī)械雜質(zhì)是一個(gè)全面而系統(tǒng)的工作，需要從油品入口至出口，對(duì)整個(gè)生產(chǎn)過程的各個(gè)環(huán)節(jié)都進(jìn)行控制，根據(jù)雜質(zhì)來源，采取對(duì)應(yīng)的措施，將其逐級(jí)消除，安裝過濾器是目前最直接有效的控制方法[1]。

選擇正確的過濾模式和過濾器類型，對(duì)于滿足過濾目標(biāo)的同時(shí)，控制過濾器運(yùn)行成本，且提高生產(chǎn)效率非常重要。單次過濾和多次過濾，兩種過濾模式在潤(rùn)滑油的過濾上都有應(yīng)用，一般地，多次過濾主要集中在生產(chǎn)調(diào)合釜和儲(chǔ)罐，單次過濾應(yīng)用于潤(rùn)滑油的灌裝過濾。

1 過濾模式定義

在討論多次過濾和一次過濾的應(yīng)用場(chǎng)合和選擇之前，需要明確多次過濾和一次過濾的定義[2]。在潤(rùn)滑油的生產(chǎn)過程中，污染物的產(chǎn)生和控制要求是不一樣的，有些是添加劑的持續(xù)帶入，有些是調(diào)合、均質(zhì)完成儲(chǔ)存于儲(chǔ)罐之中，有些是灌裝線上終端過濾，保證產(chǎn)品出廠品質(zhì)，這些不同的生產(chǎn)點(diǎn)需要選擇不同的過濾模式。

1.1 多次過濾

如圖1所示，有三種典型多次過濾的工藝形式，多次過濾最顯著的特點(diǎn)是，被過濾物料均有一個(gè)循環(huán)的過程，物料多次流經(jīng)過濾器，過濾器能有多次可以實(shí)現(xiàn)過濾的機(jī)會(huì)，過濾效果在過濾的初期有較大的差異。圖1中a圖為離線狀態(tài)下的多次過濾，脫離生產(chǎn)環(huán)節(jié)，無連續(xù)的雜質(zhì)帶入到系統(tǒng)，過濾器將對(duì)儲(chǔ)罐里的物料進(jìn)行過濾，過濾流量為總流量的百分比沒有限定。b圖為全流量下的多次過濾，在線的所有的物料將會(huì)通過過濾器，且通常有額外流量的物料(如10%)多次經(jīng)過過濾器，該部分物料從濾后槽又返回濾前槽，也是一種多次過濾。c圖為在線旁路多次過濾的情況，儲(chǔ)罐內(nèi)的物料不脫離生產(chǎn)，其多次過濾流量的大小取決于生產(chǎn)工藝對(duì)儲(chǔ)罐中物料流動(dòng)轉(zhuǎn)化清潔的頻次要求。

圖1 典型多次過濾三種形式

1.2 單次過濾

圖2列出了三種典型的單次過濾形式，可見物料均為單次流經(jīng)過濾器，即進(jìn)入下一工序(如圖2中a圖)；或是經(jīng)過一次過濾返回生產(chǎn)環(huán)節(jié)(如圖2中b圖)；或是作為主工藝線的一個(gè)旁路一次過濾后進(jìn)入到其他工序(如圖2中c圖)。

圖2 典型單次過濾的三種形式

2 過濾模式的選擇

多次過濾模式，物料多次流經(jīng)過濾器，會(huì)產(chǎn)生濾餅過濾機(jī)理，濾餅逐漸積累會(huì)對(duì)物料中的雜質(zhì)實(shí)現(xiàn)一定的攔截，在過濾的初期，物料中細(xì)微的顆粒會(huì)通過過濾濾材而不被攔截，但是最終在多次過濾模式下，該細(xì)微雜質(zhì)會(huì)被濾餅所攔截。

過濾濾材的選擇，一般取決于物料中雜質(zhì)的顆粒粒徑的分布情況，通常濾材的孔徑選擇被過濾物料中最大顆粒粒徑，隨著多次過濾進(jìn)程推進(jìn)，濾餅形成使得過濾濾材能取得比濾材孔徑更好的過濾效能。如果物料中雜質(zhì)的粒徑分布范圍較寬，形成的濾餅較厚，則過濾效果更為理想。如果粒徑分布范圍很窄，濾餅很薄甚至難以形成濾餅，此時(shí)可以考慮投加助濾劑。所以多次過濾模式適合，工藝上允許并接受形成濾餅需要一端時(shí)間的生產(chǎn)場(chǎng)合。

單次過濾模式，過濾器僅有一次機(jī)會(huì)將被過濾物料中雜質(zhì)進(jìn)行濾除。物料流經(jīng)過濾器，也會(huì)形成濾餅，但濾餅非常薄。濾材精度的選擇按照要求去除物料中雜質(zhì)的最小顆粒粒徑來設(shè)定，否則雜質(zhì)將不會(huì)被有效攔截。單次過濾模式下，隨著過濾濾材上污物的堆積，負(fù)荷逐漸增大，過濾流量會(huì)逐漸降低，進(jìn)而影響生產(chǎn)的產(chǎn)能。一般情況下會(huì)設(shè)置流量或壓差報(bào)警來提示生產(chǎn)關(guān)注過濾器狀態(tài)。

基礎(chǔ)油、各類添加劑進(jìn)入生產(chǎn)基地，分別儲(chǔ)存在基礎(chǔ)油儲(chǔ)罐和添加劑罐，泵送至調(diào)合釜進(jìn)行調(diào)合生產(chǎn)后，進(jìn)入成品儲(chǔ)罐，最終包裝或罐車外運(yùn)。包裝出廠前設(shè)置終端過濾，對(duì)機(jī)械雜質(zhì)進(jìn)行有效地過濾，使之達(dá)到一定的清潔度等級(jí)要求，這一環(huán)節(jié)過濾采用的為單次過濾，過濾后的潤(rùn)滑油直接灌裝交付用戶。因?yàn)檫^濾要求高，單次過濾中使用的過濾器內(nèi)的濾材孔徑細(xì)至1 μm，過濾流速嚴(yán)重制約了灌裝能力。一方面灌裝過濾需要增加過濾器的過濾面積和納污能力，另一方面將進(jìn)入灌裝過濾的潤(rùn)滑油雜質(zhì)含量降低，減輕灌裝過濾器的負(fù)荷。在基礎(chǔ)油儲(chǔ)罐和成品潤(rùn)滑油儲(chǔ)罐增加離線狀態(tài)下的多次過濾，對(duì)基礎(chǔ)油和成品油實(shí)現(xiàn)24 h連續(xù)的過濾，典型設(shè)置見圖3所示。實(shí)踐結(jié)果表明，采取多次過濾和單次過濾相結(jié)合的方式，實(shí)現(xiàn)潤(rùn)滑油調(diào)合生產(chǎn)得到優(yōu)化和灌裝產(chǎn)能得到保證。

圖3 潤(rùn)滑油多次過濾和單次過濾的設(shè)置

3 過濾器的選擇

3.1 過濾器的分類

過濾器通常分為消耗型和非消耗型兩大類，消耗型過濾器主要是指過濾濾材如濾袋、濾芯、濾布、濾紙等，使用一段時(shí)間后需要對(duì)濾材進(jìn)行更換；非消耗型過濾器是指如濾網(wǎng)、濾筒、濾膜等濾材使用一段時(shí)間后，可以通過反沖洗、機(jī)械自清洗、化學(xué)清洗等手段對(duì)濾材進(jìn)行再生，實(shí)現(xiàn)濾材的長(zhǎng)周期的反復(fù)使用，采用壓差、時(shí)間或兩者結(jié)合實(shí)現(xiàn)自動(dòng)啟動(dòng)清洗流程。

自清潔過濾器大多用于過濾流量大，更換濾材頻繁成本大，被過濾物料有腐蝕性工人接觸有風(fēng)險(xiǎn)的場(chǎng)合。雖然經(jīng)過改進(jìn)，過濾器可以實(shí)現(xiàn)體積小型化，過濾精度可調(diào)，效率更高，操縱更簡(jiǎn)單等特性[3]，但現(xiàn)場(chǎng)仍有清洗廢液的排放和物料浪費(fèi)的發(fā)生。袋式等消耗型過濾器，適合流量小，精度控制要求高，人工接觸被過濾液體沒風(fēng)險(xiǎn)的場(chǎng)合。相比于自清潔過濾器，袋式過濾器具有初次投資少，操作簡(jiǎn)單，配套少的特點(diǎn)，但帶來更換濾袋運(yùn)行成本，及更換下來的濾袋處置成本。

3.2 過濾器的選擇

潤(rùn)滑油的灌裝過濾，普遍采用的為三級(jí)袋式過濾器，安裝的為標(biāo)準(zhǔn)二號(hào)濾袋，三級(jí)為串聯(lián)形式，過濾精度逐次升級(jí)，典型的精度梯度第一級(jí)為10 μm，第二級(jí)為5 μm，最后一級(jí)設(shè)為1 μm，均為單次過濾模式，過濾后的產(chǎn)品直接裝桶出廠，該組合過濾可以滿足一般的潤(rùn)滑油如齒輪油的灌裝過濾。但是對(duì)于高清油如液壓油的過濾，采用傳統(tǒng)的三級(jí)袋式過濾很難實(shí)現(xiàn)既滿足清潔度等級(jí)不得高于NAS7級(jí)的要求，又滿足灌裝速度的要求。

為解決上述問題，眾多潤(rùn)滑油廠進(jìn)行了多方面的探索和測(cè)試，總體解決思路分為四個(gè)方面，第一，增加灌裝過濾器的過濾面積和納污能力如并聯(lián)增加過濾器，或是將單袋過濾器改造為雙袋，甚至多袋過濾器；第二，調(diào)整過濾濾材實(shí)現(xiàn)絕對(duì)精度過濾目標(biāo)如將當(dāng)前的PP濾袋改為超細(xì)玻璃纖維濾芯[4]；第三，通過優(yōu)化生產(chǎn)和過程控制將過濾器設(shè)置提前以減少雜質(zhì)的帶入，緩解灌裝過濾的負(fù)荷如在基礎(chǔ)油罐和成品罐區(qū)設(shè)置旁路過濾器，該旁路過濾器為多次過濾模式，過濾器為四袋式或六袋式過濾器；第四，在灌裝多級(jí)過濾之前，增加一級(jí)金屬過濾網(wǎng)過濾，精度設(shè)置35 μm左右，對(duì)較大顆粒實(shí)現(xiàn)攔截，減少后續(xù)濾袋過濾的負(fù)荷和濾袋更換成本，金屬網(wǎng)籃拆卸手動(dòng)清潔后實(shí)現(xiàn)重復(fù)使用，相比自動(dòng)過濾器現(xiàn)場(chǎng)無廢潤(rùn)滑油的收集和處置問題。

某潤(rùn)滑油公司采取了增加過濾面積和改變過濾濾材的兩個(gè)方案相結(jié)合的方式，使用定制折疊濾袋安裝在已有的單袋過濾器內(nèi)，濾袋的濾材為超細(xì)的玻璃纖維，采用折疊的方式制成，過濾面積達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)濾袋的四倍以上。該類折疊濾袋的尺寸與現(xiàn)場(chǎng)單袋過濾器完全匹配，無需新增過濾器或是變更為濾芯過濾器，同時(shí)省去了對(duì)灌裝平臺(tái)的改造，過濾后潤(rùn)滑油產(chǎn)品清潔度等級(jí)能穩(wěn)定達(dá)到NAS6級(jí)以內(nèi)，單個(gè)濾袋能實(shí)現(xiàn)8 t/h的灌裝速度。與此同時(shí)，在過濾器出口增加了在線激光顆粒計(jì)數(shù)儀對(duì)濾后產(chǎn)品的清潔度等級(jí)進(jìn)行在線實(shí)時(shí)的監(jiān)控[5](日常的采樣與實(shí)驗(yàn)室分析保持不變，進(jìn)行結(jié)果對(duì)比)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)污染物異常迅速調(diào)整灌裝計(jì)劃，避免不合格產(chǎn)品出廠。

4 結(jié)論與展望

(1)多次過濾即物料多次流經(jīng)過濾器，濾材的孔徑為被過濾物料中最大顆粒粒徑，一段時(shí)間后形成濾餅過濾機(jī)理，實(shí)現(xiàn)對(duì)細(xì)微雜質(zhì)的過濾。

(2)單次過濾即物料僅一次流經(jīng)過濾器，濾材精度的選擇按照要求去除物料中雜質(zhì)的最小顆粒粒徑來設(shè)定，為表層過濾，過濾流量和過濾器壓差容易波動(dòng)。

(3)潤(rùn)滑油生產(chǎn)調(diào)合車間在基礎(chǔ)油罐和成品罐設(shè)置多袋過濾器，多次過濾；在灌裝車間采用多級(jí)串聯(lián)過濾，為單次過濾。兩者結(jié)合起來，前者能有效減輕后者的過濾負(fù)荷，利于灌裝過濾平穩(wěn)高效運(yùn)行。

(4)為滿足高清油的生產(chǎn)要求，潤(rùn)滑油廠使用折疊玻纖濾袋，安裝在已有袋式過濾器內(nèi)，無需新增或改造過濾器，實(shí)現(xiàn)控制清潔度在NAS6級(jí)以內(nèi)以及單折疊濾袋8 t/h的灌裝速度。

(5)增加在線顆粒計(jì)數(shù)器，實(shí)時(shí)對(duì)終端濾后潤(rùn)滑油產(chǎn)品清潔度進(jìn)行監(jiān)測(cè)與監(jiān)控，利于產(chǎn)品品質(zhì)的管理。此類在線監(jiān)測(cè)儀表的使用，是建設(shè)智能、安全工廠的有力探索和發(fā)展趨勢(shì)。