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单次过滤和多次过滤在润滑油过滤应用与实践

文章来源:上海卓品科技有限公司 人气:1602发表时间:2022-03-28

0 引言

润滑油是用在各种类型汽车、机械设备上以减少摩擦,保护机械及加工件的液体或半固体润滑剂,主要起润滑、辅助冷却、防锈、清洁、密封和缓冲等作用。机械杂质是指存在于润滑油中不溶于汽油、乙醇和苯等溶剂的沉淀物或胶状悬浮物。这些杂质大部分是砂石和铁屑之类,以及由添加剂带来的一些难溶于溶剂的有机金属盐。控制油品机械杂质是一个全面而系统的工作,需要从油品入口至出口,对整个生产过程的各个环节都进行控制,根据杂质来源,采取对应的措施,将其逐级消除,安装过滤器是目前最直接有效的控制方法[1]

选择正确的过滤模式和过滤器类型,对于满足过滤目标的同时,控制过滤器运行成本,且提高生产效率非常重要。单次过滤和多次过滤,两种过滤模式在润滑油的过滤上都有应用,一般地,多次过滤主要集中在生产调和釜和储罐,单次过滤应用于润滑油的灌装过滤。

1 过滤模式定义

在讨论多次过滤和一次过滤的应用场合和选择之前,需要明确多次过滤和一次过滤的定义[2]。在润滑油的生产过程中,污染物的产生和控制要求是不一样的,有些是添加剂的持续带入,有些是调和、均质完成储存于储罐之中,有些是灌装线上终端过滤,保证产品出厂品质,这些不同的生产点需要选择不同的过滤模式。

1.1 多次过滤

如图1所示,有三种典型多次过滤的工艺形式,多次过滤最显著的特点是,被过滤物料均有一个循环的过程,物料多次流经过滤器,过滤器能有多次可以实现过滤的机会,过滤效果在过滤的初期有较大的差异。图1a图为离线状态下的多次过滤,脱离生产环节,无连续的杂质带入到系统,过滤器将对储罐里的物料进行过滤,过滤流量为总流量的百分比没有限定。b图为全流量下的多次过滤,在线的所有的物料将会通过过滤器,且通常有额外流量的物料(如10%)多次经过过滤器,该部分物料从滤后槽又返回滤前槽,也是一种多次过滤。c图为在线旁路多次过滤的情况,储罐内的物料不脱离生产,其多次过滤流量的大小取决于生产工艺对储罐中物料流动转化清洁的频次要求。

1 典型多次过滤三种形式

Fig 1 Typical multiple pass filtration arrangement

1.2 单次过滤

2列出了三种典型的单次过滤形式,可见物料均为单次流经过滤器,即进入下一工序(如图2a图),或是经过一次过滤返回生产环节(如图2b图);或是作为主工艺线的一个旁路一次过滤后进入到其它工序(如图2c图)。

2 典型单次过滤的三种形式

Fig 2 Typical single pass filtration arrangement

2 过滤模式的选择

多次过滤模式,物料多次流经过滤器,会产生滤饼过滤机理,滤饼逐渐积累会对物料中的杂质实现一定的拦截,在过滤的初期,物料中细微的颗粒会通过过滤滤材而不被拦截,但是最终在多次过滤模式下,该细微杂质会被滤饼所拦截。

过滤滤材的选择,一般取决于物料中杂质的颗粒粒径的分布情况,通常滤材的孔径选择被过滤物料中最大颗粒粒径,随着多次过滤进程推进,滤饼形成使得过滤滤材能取得比滤材孔径更好的过滤效能。如果物料中杂质的粒径分布范围较宽,形成的滤饼较厚,则过滤效果更为理想。如果粒径分布范围很窄,滤饼很薄甚至难以形成滤饼,此时可以考虑投加助滤剂。所以多次过滤模式适合,工艺上允许并接受形成滤饼需要一端时间的生产场合。

单次过滤模式,过滤器仅有一次机会将被过滤物料中杂质进行滤除。物料流经过滤器,也会形成滤饼,但滤饼非常薄。滤材精度的选择按照要求去除物料中杂质的最小颗粒粒径来设定,否则杂质将不会被有效拦截。单次过滤模式下,随着过滤滤材上污物的堆积,负荷逐渐增大,过滤流量会逐渐降低,进而影响生产的产能。一般情况下会设置流量或压差报警来提示生产关注过滤器状态。

基础油、各类添加剂进入生产基地,分别储存在基础油储罐和添加剂罐,泵送至调和釜进行调和生产后,进入成品储罐,最终包装或罐车外运。包装出厂前设置终端过滤,对机械杂质进行有效的过滤,使之达到一定的清洁度等级要求,这一环节过滤采用的为单次过滤,过滤后的润滑油直接灌装交付用户。因为过滤要求高,单次过滤中使用的过滤器内的滤材孔径细至1微米,过滤流速严重制约了灌装能力。一方面灌装过滤需要增加过滤器的过滤面积和纳污能力,另一方面将进入灌装过滤的润滑油的杂质含量能够降低,减轻灌装过滤器的负荷。在基础油储罐和成品润滑油储罐增加离线状态下的多次过滤,对基础油和成品油实现24小时连续的过滤,典型设置见图3所示。实践结果表明,采取多次过滤和单次过滤相结合的方式,实现润滑油调和生产得到优化和灌装产能得到保证。

3 润滑油多次过滤和单次过滤的设置

Fig 3 Two filtration models serving in lubricant production

3 过滤器的选择

3.1 过滤器的分类

过滤器通常分为消耗型和非消耗型两大类,消耗型过滤器主要是指过滤滤材如滤袋、滤芯、滤布、滤纸等使用一段时间后需要对滤材进行更换;非消耗型过滤器是指如滤网、滤筒、滤膜等滤材使用一段时间后,可以通过反冲洗、机械自清洗、化学清洗等手段对滤材进行再生,实现滤材的长周期的反复使用,采用压差、时间或两者结合实现自动启动清洗流程。

自清洁过滤器大多用于过滤流量大,更换滤材频繁成本大,被过滤物料有腐蚀性工人接触有风险的场合。虽然经过改进,过滤器可以实现体积小型化,过滤精度可调,效率更高,操纵更简单等特性[3],但现场仍有清洗废液的排放和物料浪费的发生。袋式等消耗型过滤器,适合流量小,精度控制要求高,人工接触被过滤液体没风险的场合。相比于自清洁过滤器,袋式过滤器具有初次投资少,操作简单,配套少的特点,但带来更换滤袋运行成本,及更换下来的滤袋处置成本。

3.2 过滤器的选择

润滑油的灌装过滤,普遍采用的为三级袋式过滤器,安装的为标准二号滤袋,三级为串联形式,过滤精度逐次升级,典型的精度梯度为第一级为10微米,第二级为5微米,最后一级设为1微米,均为单次过滤模式,过滤后的产品直接装桶出厂,该组合过滤可以满足一般的润滑油如齿轮油的灌装过滤。但是对于高清油如液压油的过滤,采用传统的三级袋式过滤很难实现既满足清洁度等级不得高于NAS7级的要求,又满足灌装速度的要求。

为解决上述问题,众多润滑油厂进行了多方面的探索和测试,总体解决思路分为四个方面,第一、增加灌装过滤器的过滤面积和纳污能力如并联增加过滤器,或是将单袋过滤器改造为双袋,甚至多袋过滤器;第二、调整过滤滤材实现绝对精度过滤目标如将当前的PP滤袋改为超细玻璃纤维滤芯[4];第三、通过优化生产和过程控制将过滤器设置提前以减少杂质的带入缓解灌装过滤的负荷如在基础油罐和成品罐区设置旁路过滤器,该旁路过滤器为多次过滤模式,过滤器为四袋式或六袋式过滤器。第四、在灌装多级过滤之前,增加一级金属过滤网过滤,精度设置35微米左右,对较大颗粒实现拦截,减少后续滤袋过滤的负荷和滤袋更换成本,金属网篮拆卸手动清洁后实现重复使用,相比自动过滤器现场无废润滑油的收集和处置问题。

某润滑油公司采取了增加过滤面积和改变过滤滤材的两个方案相结合的方式,使用定制折叠滤袋安装在已有的单袋过滤器内,滤袋的滤材为超细的玻璃纤维,采用折叠的方式制成,过滤面积达到标准滤袋的四倍以上。该类折叠滤袋的尺寸与现场单袋过滤器完全匹配,无需新增过滤器或是变更为滤芯过滤器,同时省去了对灌装平台的改造,过滤后润滑油产品清洁度等级能稳定达到NAS6级以内,单个滤袋能实现每小时8吨的灌装速度。与此同时,在过滤器出口增加了在线激光颗粒计数仪对滤后产品的清洁度等级进行在线实时的监控[5](日常的采样与实验室分析保持不变,进行结果对比),及时发现污染物异常迅速调整灌装计划,避免不合格产品出厂。

4 结论与展望

1)多次过滤即物料多次流经过滤器,滤材的孔径为被过滤物料中最大颗粒粒径,一段时间后形成滤饼过滤机理,实现对细微杂质的过滤。

2)单次过滤即物料仅一次流经过滤器,滤材精度的选择按照要求去除物料中杂质的最小颗粒粒径来设定,为表层过滤,过滤流量和过滤器压差容易波动。

3)润滑油生产调和车间在基础油罐和成品罐设置多袋过滤器,多次过滤;在灌装车间采用多级串联过滤,为单次过滤。两者结合起来,前者能有效减轻后者的过滤负荷,利于灌装过滤平稳高效运行。

4)为满足高清油的生产要求,润滑油厂使用折叠玻纤滤袋,安装在已有袋式过滤器内,无需新增或改造过滤器,实现控制清洁度在NAS6级以内以及单折叠滤袋每小时8吨的灌装速度。

5)增加在线颗粒计数器,实时对终端滤后润滑油产品清洁度进行监测与监控,利于产品品质的管理。此类的在线监测仪表的使用,是建设智能、安全工厂的有力探索和发展趋势。