工業(yè)企業(yè)油品選型優(yōu)化“三步法”

劉俊，馮偉，馬紅軍

(廣研檢測(cè)(廣州)有限公司，廣東 廣州 510535)

0 引言

我國(guó)大型工業(yè)企業(yè)中普遍存在設(shè)備潤(rùn)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(shè)備潤(rùn)滑管理帶來(lái)多重挑戰(zhàn)，首先是現(xiàn)場(chǎng)更易發(fā)生設(shè)備加錯(cuò)油的情況，這點(diǎn)在開(kāi)展油液監(jiān)測(cè)的企業(yè)中得到印證；其次是潤(rùn)滑器具混用情況嚴(yán)重，理論上每種潤(rùn)滑油、每種潤(rùn)滑脂都應(yīng)配置單獨(dú)的加換油、加換脂器具，但現(xiàn)場(chǎng)情況是，很多企業(yè)要么因?yàn)閿?shù)量太多沒(méi)有按照要求去配置，要么按要求配置了但現(xiàn)場(chǎng)人員隨意混用器具；最后是給采購(gòu)和倉(cāng)儲(chǔ)帶來(lái)挑戰(zhàn)，對(duì)采購(gòu)帶來(lái)的挑戰(zhàn)是一些進(jìn)口小眾化油品不僅供應(yīng)商詢(xún)價(jià)困難，而且往往面臨較長(zhǎng)的不確定采購(gòu)期，對(duì)倉(cāng)儲(chǔ)帶來(lái)的挑戰(zhàn)是往往面臨龐大的油品庫(kù)存[1]。

導(dǎo)致這些企業(yè)用油種類(lèi)普遍偏多的原因往往是大部分設(shè)備都遵照設(shè)備廠家推薦的油品型號(hào)來(lái)選用，而對(duì)于一個(gè)大型企業(yè)來(lái)說(shuō)，設(shè)備廠家的數(shù)量往往很龐大，這就導(dǎo)致設(shè)備廠家推薦的用油種類(lèi)多種多樣。對(duì)企業(yè)來(lái)講，僅僅做到遵照各設(shè)備廠家推薦的用油型號(hào)來(lái)使用是不夠的，這也會(huì)帶來(lái)企業(yè)潤(rùn)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(hào)最少化的原則來(lái)優(yōu)化全廠設(shè)備的用油，從而達(dá)到設(shè)備潤(rùn)滑管理精益化的目標(biāo)。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(tái)設(shè)備，意思是第一步要做的是保證單臺(tái)設(shè)備的用油選擇正確。對(duì)于企業(yè)而言，遵照設(shè)備廠家推薦的用油型號(hào)去選油大部分時(shí)候是沒(méi)有問(wèn)題的，但也存在設(shè)備廠家推薦用油不恰當(dāng)?shù)那闆r，更多的情形是企業(yè)擅自變動(dòng)原始用油型號(hào)而出現(xiàn)選油錯(cuò)誤。那么如何保證單臺(tái)設(shè)備的用油選擇正確呢？事實(shí)上，每種設(shè)備潤(rùn)滑油品的選擇都有各自的規(guī)范，例如工業(yè)企業(yè)動(dòng)設(shè)備最常見(jiàn)的幾類(lèi)摩擦副構(gòu)件無(wú)非是軸承、齒輪、活塞以及液壓系統(tǒng)，這些摩擦副構(gòu)件潤(rùn)滑油品的選擇都有各自的規(guī)范，在進(jìn)行油品選擇時(shí)一般遵循先選油品性能等級(jí)，再選油品黏度等級(jí)的原則。如液壓系統(tǒng)油品的選擇通常先根據(jù)其使用環(huán)境條件選擇液壓油的性能級(jí)別，再根據(jù)液壓系統(tǒng)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(jí)，詳見(jiàn)表1、表2[2]。

表1 液壓系統(tǒng)油品性能等級(jí)選擇

表2 液壓系統(tǒng)油品黏度等級(jí)選擇

1.2 基于個(gè)體選型的案例

某鋼鐵企業(yè)ESP線R1減速機(jī)使用的是某品牌L-CKD 320工業(yè)閉式齒輪油，現(xiàn)場(chǎng)在檢修過(guò)程中發(fā)現(xiàn)減速機(jī)齒面出現(xiàn)嚴(yán)重的剝落現(xiàn)象，參見(jiàn)圖1，且多條線均出現(xiàn)該類(lèi)故障?，F(xiàn)場(chǎng)經(jīng)過(guò)疲勞和剛度計(jì)算，減速機(jī)均無(wú)過(guò)載現(xiàn)象，現(xiàn)場(chǎng)懷疑油品的型號(hào)選擇不正確，遂對(duì)該減速機(jī)開(kāi)展摩擦學(xué)潤(rùn)滑狀態(tài)計(jì)算，確定油品型號(hào)選擇是否存在問(wèn)題。

圖1 齒面剝落現(xiàn)象

該減速機(jī)相關(guān)參數(shù)見(jiàn)表3。齒輪箱潤(rùn)滑油的選擇暫無(wú)行業(yè)公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)油膜厚度來(lái)計(jì)算其潤(rùn)滑狀態(tài)是其中一種方法，該方法主要依據(jù)的是Dowson-Higginson最小油膜厚度計(jì)算公式，詳見(jiàn)下述公式(1)[3]。

表3 R1減速機(jī)高速齒相關(guān)參數(shù)

hmin=2.65α0.54(η0ν)0.7R0.43E′-0.03W-0.13

(1)

式中：α為潤(rùn)滑油的黏壓系數(shù)；η0為潤(rùn)滑油的動(dòng)力黏度；ν為齒輪嚙合點(diǎn)處潤(rùn)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(zhǎng)度上的載荷。

以上參數(shù)中，α、η0是由潤(rùn)滑油材料和性能決定的，E′是與齒輪材料有關(guān)的參數(shù)，而R、ν、W參數(shù)均與齒輪傳動(dòng)的參數(shù)有關(guān)。

將其他相關(guān)參數(shù)代入公式(1)進(jìn)行計(jì)算，得出一級(jí)減速齒輪處油膜厚度約為2.88 μm，三級(jí)減速齒輪處油膜厚度約為0.44 μm，二級(jí)減速齒輪處油膜厚度介于一級(jí)與三級(jí)之間，即(0.44 μm，2.88 μm)。最小油膜厚度與齒輪潤(rùn)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(jié)點(diǎn)處的膜厚比λ來(lái)確定，詳見(jiàn)下述公式(2)。

(2)

式中，R1、R2分別為兩齒輪齒面的粗糙度，hmin為節(jié)點(diǎn)的最小油膜厚度。一般認(rèn)為當(dāng)：λ<1時(shí)為邊界潤(rùn)滑狀態(tài)；1≤λ≤3時(shí)，為混合潤(rùn)滑狀態(tài)；λ>3時(shí)，為流體潤(rùn)滑狀態(tài)[4]。

R1減速機(jī)精密度為6級(jí)(表面粗糙度0.8～1.6 μm)，取中間值1.2 μm計(jì)算，一級(jí)減速齒輪膜厚比λ1為1.7，三級(jí)減速齒輪膜厚比λ3為0.26。從計(jì)算結(jié)果可看出，R1減速機(jī)選用ISO VG320齒輪油時(shí)，一級(jí)減速齒輪處于混合潤(rùn)滑狀態(tài)，三級(jí)減速齒輪處于邊界潤(rùn)滑狀態(tài)。邊界潤(rùn)滑狀態(tài)意味著齒面大部分區(qū)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(xiàn)損傷的機(jī)會(huì)大大增加。通過(guò)計(jì)算評(píng)估，該減速機(jī)潤(rùn)滑油黏度需達(dá)到ISO VG680以上才能保證一級(jí)減速齒輪處于流體潤(rùn)滑狀態(tài)，二、三級(jí)減速齒輪處于混合潤(rùn)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”指的是站在全廠設(shè)備用油管理的高度去審視設(shè)備用油的選擇。對(duì)于企業(yè)而言，僅僅滿足于每臺(tái)設(shè)備用油選擇正確是不夠的，因?yàn)榫植康恼_不代表整體的最優(yōu)，最典型的就是每臺(tái)設(shè)備都遵照廠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(duì)于企業(yè)設(shè)備管理部門(mén)而言需要站在整體的高度來(lái)對(duì)全廠設(shè)備的用油進(jìn)行優(yōu)化，從而達(dá)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(guó)外的、國(guó)內(nèi)的、知名的、不知名的應(yīng)有盡有。究其原因無(wú)非兩個(gè)方面，一方面設(shè)備廠家在推薦用油時(shí)品牌通常不指定，有的只給出油品的性能級(jí)別和黏度等級(jí)，給出品牌通常也不唯一，且國(guó)外設(shè)備廠家通常推薦國(guó)外品牌的油品，國(guó)內(nèi)設(shè)備廠家推薦國(guó)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(gòu)過(guò)程中由于價(jià)格等因素還會(huì)經(jīng)常更換供應(yīng)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(duì)企業(yè)而言是好事嗎？答案是害處遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(xiàn)場(chǎng)的使用管理，也不利于集中采購(gòu)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(jí)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(jí)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ISO VG68到ISO VG3200一個(gè)不落全用上了，試問(wèn)有這種必要嗎？絕對(duì)沒(méi)有。因?yàn)閰⒖箭X輪箱潤(rùn)滑油選用規(guī)范知道，給定一個(gè)設(shè)計(jì)參數(shù)的齒輪箱，其可以使用的潤(rùn)滑油黏度等級(jí)不是唯一的，通常是相鄰的兩個(gè)黏度等級(jí)都可以通用，例如ISO VG220和ISO VG320。而這種情況對(duì)軸承、液壓系統(tǒng)潤(rùn)滑油黏度等級(jí)的選用都是成立的，因而黏度等級(jí)最少化是企業(yè)進(jìn)行油品優(yōu)化時(shí)需遵循的第二項(xiàng)原則[7]。

(3)同類(lèi)設(shè)備用油一致化

同類(lèi)設(shè)備用油一致化是為了便于現(xiàn)場(chǎng)的使用和管理，設(shè)備加錯(cuò)油的情況往往就發(fā)生在同類(lèi)設(shè)備用油不一的地方，因?yàn)橥?lèi)設(shè)備通常處于同一區(qū)域，且經(jīng)常共用現(xiàn)場(chǎng)潤(rùn)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(cuò)油的情況[8]。例如某火電廠鍋爐區(qū)域三大風(fēng)機(jī)(送風(fēng)機(jī)、一次風(fēng)機(jī)、引風(fēng)機(jī))軸承都采用循環(huán)潤(rùn)滑系統(tǒng)，設(shè)備結(jié)構(gòu)、參數(shù)基本接近，但現(xiàn)場(chǎng)風(fēng)機(jī)油站既有用到液壓油，也有用到汽輪機(jī)油，黏度等級(jí)除了ISO VG46，還有ISO VG68，在油液監(jiān)測(cè)中就發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)風(fēng)機(jī)加錯(cuò)油的現(xiàn)場(chǎng)很普遍。因而同類(lèi)設(shè)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(xiàng)原則。

(4)提高用油性?xún)r(jià)比

很多企業(yè)抱有一個(gè)觀點(diǎn)認(rèn)為：“用好油、貴油就能獲得好的潤(rùn)滑，就能省事”，其實(shí)這個(gè)觀點(diǎn)是片面的。用好油、貴油能獲得好的潤(rùn)滑、省事的前提是企業(yè)潤(rùn)滑管理的其他環(huán)節(jié)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)在一家化工廠碰到這樣一個(gè)案例，該企業(yè)發(fā)電汽輪機(jī)因潤(rùn)滑油進(jìn)水發(fā)生乳化，企業(yè)于是將潤(rùn)滑油型號(hào)從之前某品牌普通汽輪機(jī)油更換為該品牌頂級(jí)合成型汽輪機(jī)油，使用一段時(shí)間后發(fā)現(xiàn)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(duì)，沒(méi)有去解決汽輪機(jī)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(shè)備選用合成油已經(jīng)有“浪費(fèi)”的嫌疑，尤其是一些企業(yè)選用性能更好的油品后設(shè)備換油周期仍然保持以前的，這種就是實(shí)打?qū)嵉睦速M(fèi)[9]。因而，企業(yè)在開(kāi)展油品選型優(yōu)化時(shí)，提倡“只選對(duì)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(dá)到115種，尤其部分油品種類(lèi)遠(yuǎn)超正常需要數(shù)量，如工業(yè)齒輪油種類(lèi)達(dá)到25種，潤(rùn)滑脂的種類(lèi)達(dá)到32種，給現(xiàn)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(rùn)滑脂達(dá)到1000多元每公斤，大幅提升了企業(yè)的用油成本。為減少設(shè)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(shù)量對(duì)比見(jiàn)圖2。優(yōu)化后，企業(yè)用油成本也明顯下降，達(dá)到約50萬(wàn)元/年，約占企業(yè)年用油成本的12.5%；油品種類(lèi)下降后，企業(yè)油品庫(kù)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，不僅獲得可觀的經(jīng)濟(jì)效益，更重要的是企業(yè)的設(shè)備潤(rùn)滑管理工作得到明顯提升[7]。

圖2 主要油品數(shù)量?jī)?yōu)化前后對(duì)比

3 基于大數(shù)據(jù)的精選

3.1 基于大數(shù)據(jù)精選的涵義

基于大數(shù)據(jù)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(duì)重點(diǎn)設(shè)備的用油開(kāi)展基于監(jiān)測(cè)大數(shù)據(jù)的精選，目的是為重點(diǎn)設(shè)備選出最優(yōu)油品。大數(shù)據(jù)被喻為21世紀(jì)重要的生產(chǎn)資料，通過(guò)對(duì)一組數(shù)據(jù)的挖掘分析，找出數(shù)據(jù)存在的規(guī)律或是內(nèi)部聯(lián)系是大數(shù)據(jù)的一項(xiàng)重要應(yīng)用，這點(diǎn)也可以應(yīng)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(guī)的性能指標(biāo)對(duì)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(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)去分析，尤其數(shù)據(jù)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(xiàn)出油泥生成傾向更高，有的油品黏度下降趨勢(shì)更快，還有的油品在使用時(shí)間到達(dá)一定時(shí)間后關(guān)鍵性能指標(biāo)劣化速度明顯加快等等，這些都可以作為重點(diǎn)設(shè)備油品選型時(shí)的重要參考依據(jù)。當(dāng)然，基于大數(shù)據(jù)的精選是企業(yè)進(jìn)行油品選型優(yōu)化時(shí)的一項(xiàng)輔助選型技術(shù)，必要時(shí)可以使用，達(dá)到重點(diǎn)設(shè)備用油“優(yōu)中選優(yōu)”的目標(biāo)[13-14]。

3.2 基于大數(shù)據(jù)精選的案例

某調(diào)峰調(diào)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(shè)備廠家不一樣，導(dǎo)致各電站水輪發(fā)電機(jī)使用的潤(rùn)滑油型號(hào)也不一樣，幾乎每個(gè)電站用一種型號(hào)的潤(rùn)滑油，對(duì)企業(yè)的整體管理而言這是不利的。雖然水輪發(fā)電機(jī)設(shè)備廠家不都一樣，但設(shè)備的結(jié)構(gòu)、功率大小基本一致，理論上油品統(tǒng)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(biāo)、價(jià)格、品牌上對(duì)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(diào)取這兩種油品在設(shè)備上使用監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)找到了差異，發(fā)現(xiàn)其中一款油品在工業(yè)設(shè)備的使用中存在漆膜傾向指數(shù)(MPC)指標(biāo)超標(biāo)較普遍的情況，一共從數(shù)據(jù)庫(kù)中獲取了該油245個(gè)設(shè)備在用油樣品，其中有181個(gè)樣品做了MPC指標(biāo)的檢測(cè)，而這181個(gè)樣品中MPC指標(biāo)超標(biāo)的樣品數(shù)達(dá)到108個(gè)，占比59.7%，詳見(jiàn)圖3，遠(yuǎn)高于與之對(duì)比的另一款油品，而MPC指標(biāo)是水輪發(fā)電機(jī)這類(lèi)設(shè)備在用油的一項(xiàng)重要評(píng)價(jià)指標(biāo)，因而這可作為將該油品排除出備選油品一項(xiàng)較充分的依據(jù)[15]。

圖3 樣品MPC值分布

4 結(jié)束語(yǔ)

工業(yè)企業(yè)油品選型優(yōu)化是一項(xiàng)專(zhuān)業(yè)技術(shù)較強(qiáng)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(duì)企業(yè)而言，需要變動(dòng)個(gè)別設(shè)備的用油時(shí)應(yīng)當(dāng)慎重，而如果要進(jìn)行全廠設(shè)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(jī)構(gòu)的支持，因?yàn)榕c其投入相比企業(yè)能獲得的收益是更大的。