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工業(yè)企業(yè)油品選型優(yōu)化“三步法”
廣研檢測(廣州)有限公司: 劉俊  馮偉  馬紅軍


摘要:針對我國大型工業(yè)企業(yè)普遍存在的潤滑油品種類(lèi)偏多的問(wèn)題,提出了工業(yè)企業(yè)開(kāi)展油品選型優(yōu)化的“三步法”。第一步為“基于個(gè)體的選型”,即首先需要保證每臺設備每個(gè)潤滑點(diǎn)潤滑油品的選擇是正確的;第二步是“基于整體的優(yōu)化”,在保證單臺設備用油選擇都正確的前提下,還需要站在企業(yè)整體上對設備用油進(jìn)行優(yōu)化,才能實(shí)現油品種類(lèi)最少化;第三步是“基于大數據的精選”,這一步是針對企業(yè)重點(diǎn)用油設備而言的,通過(guò)該類(lèi)設備在用油監測大數據的分析,為該類(lèi)設備選擇最優(yōu)油品。
關(guān)鍵詞:工業(yè)企業(yè);油品;選型優(yōu)化;潤滑管理;大數據
 
0引言
我國大型工業(yè)企業(yè)中普遍存在設備潤滑油品種類(lèi)偏多的問(wèn)題,例如,電力(火電、核電)、石化、礦山等,這些企業(yè)油品種類(lèi)少則上百種,多則幾百種。龐大的油品種類(lèi)給企業(yè)的設備潤滑管理帶來(lái)多重挑戰,首先是現場(chǎng)更易發(fā)生設備加錯油的情況,這點(diǎn)在開(kāi)展油液監測的企業(yè)中得到印證;其次是潤滑器具混用情況嚴重,理論上每種潤滑油、每種潤滑脂都應配置單獨的加換油、加換脂器具,但現場(chǎng)情況是,很多企業(yè)要么因為數量太多沒(méi)有按照要求去配置,要么按要求配置了但現場(chǎng)人員隨意混用器具;最后是給采購和倉儲帶來(lái)挑戰,對采購帶來(lái)的挑戰是一些進(jìn)口小眾化油品不僅供應商詢(xún)價(jià)困難,而且往往面臨較長(cháng)的不確定采購期,對倉儲帶來(lái)的挑戰是往往面臨龐大的油品庫存[1]。
導致這些企業(yè)用油種類(lèi)普遍偏多原因往往是大部分設備都遵照設備廠(chǎng)家推薦的油品型號來(lái)選用,而對于一個(gè)大型企業(yè)來(lái)說(shuō),設備廠(chǎng)家的數量往往很龐大,這就導致設備廠(chǎng)家推薦的用油種類(lèi)多種多樣。對企業(yè)來(lái)講,僅僅做到遵照各設備廠(chǎng)家推薦的用油型號來(lái)使用是不夠的,這也會(huì )帶來(lái)企業(yè)潤滑管理工作的不便。企業(yè)需要站在整體的高度,以油品型號最少化的原則來(lái)優(yōu)化全廠(chǎng)設備的用油,從而達到設備潤滑管理精益化的目標。本文通過(guò)論述加案例說(shuō)明的方式介紹了工業(yè)企業(yè)開(kāi)展油品選型優(yōu)化的三個(gè)步驟。
 
1 基于個(gè)體的選型
1.1 基于個(gè)體選型的涵義
基于個(gè)體的選型是企業(yè)開(kāi)展油品選型優(yōu)化的第一步,這里的“個(gè)體”指的是單臺設備,意思是第一步要做的是保證單臺設備的用油選擇正確。對于企業(yè)而言,遵照設備廠(chǎng)家推薦的用油型號去選油大部分時(shí)候是沒(méi)有問(wèn)題的,但也存在設備廠(chǎng)家推薦用油不恰當的情況,更多的情形是企業(yè)擅自變動(dòng)原始用油型號而出現選油錯誤。那么如何保證單臺設備的用油選擇正確呢?事實(shí)上,每種設備潤滑油品的選擇都有各自的規范,例如工業(yè)企業(yè)動(dòng)設備最常見(jiàn)的幾類(lèi)摩擦副構件無(wú)非是軸承、齒輪、活塞以及液壓系統,這些摩擦副構件潤滑油品的選擇都有各自的規范,在進(jìn)行油品選擇時(shí)一般遵循先選油品性能等級,再選油品黏度等級的原則。如液壓系統油品的選擇通常先根據其使用環(huán)境條件選擇液壓油的性能級別,再根據液壓系統泵的類(lèi)型、工作壓力和工作溫度這些因素選擇油品的黏度等級,詳見(jiàn)(表1)液壓系統油品性能等級選擇、(表2)液壓系統油品黏度等級選擇[2]。
 
 
 
1.2 基于個(gè)體選型的案例
某鋼鐵企業(yè)ESP線(xiàn)R1減速機使用的是某品牌L-CKD320工業(yè)閉式齒輪油,現場(chǎng)在檢修過(guò)程中發(fā)現減速機齒面出現嚴重的剝落現象,參見(jiàn)圖1,且多條線(xiàn)均出現該類(lèi)故障?,F場(chǎng)經(jīng)過(guò)疲勞和剛度計算,減速機均無(wú)過(guò)載現象,現場(chǎng)懷疑油品的型號選擇不正確,遂對該減速機開(kāi)展摩擦學(xué)潤滑狀態(tài)計算,確定油品型號選擇是否存在問(wèn)題。
圖1齒面剝落現象
該減速機相關(guān)參數見(jiàn)表3。齒輪箱潤滑油的選擇暫無(wú)行業(yè)公認的標準,通過(guò)油膜厚度來(lái)計算其潤滑狀態(tài)是其中一種方法,該方法主要依據的是Dow-son-Higginson最小油膜厚度計算公式,詳見(jiàn)下述公式(1)[3]。
 
hmin=2.65α0.54(η0ν)0.7R0.43E'-0.03W-0.13(1)
式中:
α為潤滑油的黏壓系數;
η0為潤滑油的動(dòng)力黏度;
ν為齒輪嚙合點(diǎn)處潤滑油的卷吸速度;
R為齒輪嚙合點(diǎn)處的綜合曲率半徑;
E'為材料的綜合彈性模量;
W為齒輪嚙合點(diǎn)處單位接觸長(cháng)度上的載荷。
以上參數中,α、η0是由潤滑油材料和性能決定的,E'是與齒輪材料有關(guān)的參數,而R、ν、W參數均與齒輪傳動(dòng)的參數有關(guān)。
 
表3 R1減速機高速齒相關(guān)參數
 
將其他相關(guān)參數代入公式(1)進(jìn)行計算,得出一級減速齒輪處油膜厚度約為2.88μm,三級減速齒輪處油膜厚度約為0.44μm,二級減速齒輪處油膜厚度介于一級與三級之間,即(0.44μm,2.88μm)。最小油膜厚度與齒輪潤滑狀態(tài)的關(guān)系通常用膜厚比來(lái)判斷,齒輪傳動(dòng)一般用節點(diǎn)處的膜厚比λ來(lái)確定,詳見(jiàn)下述公式(2)。
 

式中,R1、R2分別為兩齒輪齒面的粗糙度,hmin為節點(diǎn)的最小油膜厚度。一般認為當:λ<1時(shí)為邊界潤滑狀態(tài);1≤λ≤3時(shí),為混合潤滑狀態(tài);λ>3時(shí),為流體潤滑狀態(tài)[4]。
R1減速機精密度為6級(表面粗糙度0.8~1.6μm),取中間值1.2μm計算,一級減速齒輪膜厚比λ1為1.7,三級減速齒輪膜厚比λ3為0.26。從計算結果可看出,R1減速機選用ISOVG320齒輪油時(shí),一級減速齒輪處于混合潤滑狀態(tài),三級減速齒輪處于邊界潤滑狀態(tài)。邊界潤滑狀態(tài)意味著(zhù)齒面大部分區域處于金屬間的直接接觸,沒(méi)有被油膜隔開(kāi),因而齒面出現損傷的機會(huì )大大增加。通過(guò)計算評估,該減速機潤滑油黏度需達到ISO VG680以上才能保證一級減速齒輪處于流體潤滑狀態(tài),二、三級減速齒輪處于混合潤滑狀態(tài)。
 
2 基于整體的優(yōu)化
2.1 基于整體優(yōu)化的涵義
基于整體的優(yōu)化是企業(yè)開(kāi)展油品選型優(yōu)化的第二步,這里的“整體”指的是站在全廠(chǎng)設備用油管理的高度去審視設備用油的選擇。對于企業(yè)而言,僅僅滿(mǎn)足于每臺設備用油選擇正確是不夠的,因為局部的正確不代表整體的最優(yōu),最典型的就是每臺設備都遵照廠(chǎng)家的推薦去選油但帶來(lái)企業(yè)整體用油種類(lèi)居高不下的問(wèn)題。因而,對于企業(yè)設備管理部門(mén)而言需要站在整體的高度來(lái)對全廠(chǎng)設備的用油進(jìn)行優(yōu)化,從而達到油品種類(lèi)最少化的目的[5-6]。這種優(yōu)化通常遵循以下原則[7]。
(1)油品品牌最少化
用油種類(lèi)多的企業(yè)通常都有一個(gè)特點(diǎn)就是油品品牌雜亂,國外的、國內的、知名的、不知名的應有盡有。究其原因無(wú)非兩個(gè)方面,一方面設備廠(chǎng)家在推薦用油時(shí)品牌通常不指定,有的只給出油品的性能級別和黏度等級,給出品牌通常也不唯一,且國外設備廠(chǎng)家通常推薦國外品牌的油品,國內設備廠(chǎng)家推薦國產(chǎn)油品多點(diǎn),這就造成企業(yè)油品品牌選擇時(shí)的多種多樣;另一方面,企業(yè)在油品采購過(guò)程中由于價(jià)格等因素還會(huì )經(jīng)常更換供應商,這進(jìn)一步加劇了企業(yè)油品品牌的多樣化。油品品牌多樣化對企業(yè)而言是好事嗎?答案是害處遠遠多于益處。試問(wèn)同樣都是L-HM46液壓油為什么要使用多個(gè)不同的品牌呢?既不利于現場(chǎng)的使用管理,也不利于集中采購議價(jià),因而能做到品牌單一化的油品盡可能選擇同一品牌油品。
(2)黏度等級最少化
用油種類(lèi)多的企業(yè)通常都有的另一個(gè)特點(diǎn)是油品黏度等級多,筆者曾經(jīng)遇到比較夸張的情況是一家企業(yè)工業(yè)閉式齒輪油黏度從ISOVG68到ISOVG3200一個(gè)不落全用上了,試問(wèn)有這種必要嗎?絕對沒(méi)有。因為參考齒輪箱潤滑油選用規范知道,給定一個(gè)設計參數的齒輪箱,其可以使用的潤滑油黏度等級不是唯一的,通常是相鄰的兩個(gè)黏度等級都可以通用,例如ISOVG220和ISOVG320。而這種情況對軸承、液壓系統潤滑油黏度等級的選用都是成立的,因而黏度等級最少化是企業(yè)進(jìn)行油品優(yōu)化時(shí)需遵循的第二項原則[7]。
(3)同類(lèi)設備用油一致化
同類(lèi)設備用油一致化是為了便于現場(chǎng)的使用和管理,設備加錯油的情況往往就發(fā)生在同類(lèi)設備用油不一的地方,因為同類(lèi)設備通常處于同一區域,且經(jīng)常共用現場(chǎng)潤滑室,如果使用不一樣的油品,操作人員稍粗心大意點(diǎn)就容易發(fā)生加錯油的情況[8]。例如某火電廠(chǎng)鍋爐區域三大風(fēng)機(送風(fēng)機、一次風(fēng)機、引風(fēng)機)軸承都采用循環(huán)潤滑系統,設備結構、參數基本接近,但現場(chǎng)風(fēng)機油站既有用到液壓油,也有用到汽輪機油,黏度等級除了ISOVG46,還有ISOVG68,在油液監測中就發(fā)現現場(chǎng)風(fēng)機加錯油的現場(chǎng)很普遍。因而同類(lèi)設備用油一致化可作為企業(yè)進(jìn)行油品選型優(yōu)化的第三項原則。
(4)提高用油性?xún)r(jià)比
很多企業(yè)抱有一個(gè)觀(guān)點(diǎn)認為:“用好油、貴油就能獲得好的潤滑,就能省事”,其實(shí)這個(gè)觀(guān)點(diǎn)是片面的。用好油、貴油能獲得好的潤滑、省事的前提是企業(yè)潤滑管理的其他環(huán)節要能跟上,否則,使用更貴油品帶來(lái)的實(shí)際收益是有限的。筆者曾經(jīng)在一家化工廠(chǎng)碰到這樣一個(gè)案例,該企業(yè)發(fā)電汽輪機因潤滑油進(jìn)水發(fā)生乳化,企業(yè)于是將潤滑油型號從之前某品牌普通汽輪機油更換為該品牌頂級合成型汽輪機油,使用一段時(shí)間后發(fā)現油中進(jìn)水如故,油品依然會(huì )發(fā)生乳化,這就是典型的“藥方”開(kāi)的不對,沒(méi)有去解決汽輪機油進(jìn)水這個(gè)根源問(wèn)題而去解決油品乳化這個(gè)表象問(wèn)題。合成油以及一些特種油品有其適合的使用場(chǎng)合,普通工況設備選用合成油已經(jīng)有“浪費”的嫌疑,尤其是一些企業(yè)選用性能更好的油品后設備換油周期仍然保持以前的,這種就是實(shí)打實(shí)的浪費[9]。因而,企業(yè)在開(kāi)展油品選型優(yōu)化時(shí),提倡“只選對的,不只選貴的”的原則。
2.2 基于整體優(yōu)化的案例
某大型火力發(fā)電企業(yè)用到油品種類(lèi)達到115種,尤其部分油品種類(lèi)遠超正常需要數量,如工業(yè)齒輪油種類(lèi)達到25種,潤滑脂的種類(lèi)達到32種,給現場(chǎng)的使用和管理都帶來(lái)不便;且用到較多的各類(lèi)專(zhuān)用油和特種油脂,如最貴的潤滑脂達到1000多元每公斤,大幅提升了企業(yè)的用油成本。為減少設備用油種類(lèi),降低油品使用成本,企業(yè)開(kāi)展油品選型優(yōu)化工作。通過(guò)選型優(yōu)化,油品種類(lèi)從之前的115種下降到24種,主要油品優(yōu)化前后的數量對比見(jiàn)圖2。優(yōu)化后,企業(yè)用油成本也明顯下降,達到約50萬(wàn)元/年,約占企業(yè)年用油成本的2.5%;油品種類(lèi)下降后,企業(yè)油品庫存成本也大幅下降,從之前的平均100多萬(wàn)元下降到約50萬(wàn)元。通過(guò)開(kāi)展油品選型優(yōu)化,不僅獲得可觀(guān)的經(jīng)濟效益,更重要的是企業(yè)的設備潤滑管理工作得到明顯提升[7]。
 
圖2主要油品數量?jì)?yōu)化前后對比
 
3 基于大數據的精選
3.1 基于大數據精選的涵義
基于大數據精選的涵義是企業(yè)在進(jìn)行完第一步、第二步油品選型優(yōu)化后,針對重點(diǎn)設備的用油開(kāi)展基于監測大數據的精選,目的是為重點(diǎn)設備選出最優(yōu)油品。大數據被喻為21世紀重要的生產(chǎn)資料,通過(guò)對一組數據的挖掘分析,找出數據存在的規律或是內部聯(lián)系是大數據的一項重要應用,這點(diǎn)也可以應用在油品選型優(yōu)化中[10-12]。例如,有些油品如果只從表面常規的性能指標對比是看不出差別的,因而只憑借這些信息是沒(méi)法做出選擇的,但如果從它們的使用監測數據去分析,尤其數據量較大的時(shí)候,是可能找出一些差異的。比如有的油品在使用過(guò)程中表現出油泥生成傾向更高,有的油品黏度下降趨勢更快,還有的油品在使用時(shí)間到達一定時(shí)間后關(guān)鍵性能指標劣化速度明顯加快等等,這些都可以作為重點(diǎn)設備油品選型時(shí)的重要參考依據。當然,基于大數據的精選是企業(yè)進(jìn)行油品選型優(yōu)化時(shí)的一項輔助選型技術(shù),必要時(shí)可以使用,達到重點(diǎn)設備用油“優(yōu)中選優(yōu)”的目標[13-14]。
3.2 基于大數據精選的案例
某調峰調頻企業(yè)下屬多個(gè)蓄能發(fā)電站,各個(gè)電站由于修建時(shí)間和設備廠(chǎng)家不一樣,導致各電站水輪發(fā)電機使用的潤滑油型號也不一樣,幾乎每個(gè)電站用一種型號的潤滑油,對企業(yè)的整體管理而言這是不利的。雖然水輪發(fā)電機設備廠(chǎng)家不都一樣,但設備的結構、功率大小基本一致,理論上油品統一是可行的。在選型優(yōu)化過(guò)程中有兩款油品無(wú)論從性能指標、價(jià)格、品牌上對比都沒(méi)有明顯差異,究竟選哪款油品作為替代油品就很為難了。后通過(guò)調取這兩種油品在設備上使用監測數據找到了差異,發(fā)現其中一款油品在工業(yè)設備的使用中存在漆膜傾向指數(MPC)指標超標較普遍的情況,一共從數據庫中獲取了該油245個(gè)設備在用油樣品,其中有181個(gè)樣品做了MPC指標的檢測,而這181個(gè)樣品中MPC指標超標的樣品數達到108個(gè),占比59.7%,詳見(jiàn)圖3,遠高于與之對比的另一款油品,而MPC指標是水輪發(fā)電機這類(lèi)設備在用油的一項重要評價(jià)指標,因而這可作為將該油品排除出備選油品一項較充分的依據[15]。
 

4結束語(yǔ)
工業(yè)企業(yè)油品選型優(yōu)化是一項專(zhuān)業(yè)技術(shù)較強的工作,“三步法”可作為企業(yè)開(kāi)展油品選型優(yōu)化工作時(shí)的一般步驟參考。對企業(yè)而言,需要變動(dòng)個(gè)別設備的用油時(shí)應當慎重,而如果要進(jìn)行全廠(chǎng)設備用油的選型優(yōu)化,單靠企業(yè)自身的力量往往是無(wú)法完成的,這個(gè)時(shí)候可以尋求外部專(zhuān)業(yè)機構的支持,因為與其投入相比企業(yè)能獲得的收益是更大的。
 
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