煉鐵高爐爐前液壓站油品離心凈化的應(yīng)用分析

孫潔，朱可龍，程國棟，付連禮，張瑞新，孫雨

(1.華北理工大學(xué)電氣工程學(xué)院，河北唐山 063200；2.唐山睿澤爾科技有限公司，河北唐山 063000；3.豐南縱橫鋼鐵煉鐵廠，河北唐山 063200；4.唐山天茂(榮信)實業(yè)有限公司設(shè)備處，河北遷安 064400；5.柯美瑞(唐山)環(huán)保科技有限公司，河北唐山 063000)

0 前言

某鋼鐵煉鐵廠1～4號高爐投產(chǎn)后，由于爐前區(qū)域溫度高、煙塵量大，鐵口封閉后液壓系統(tǒng)運行環(huán)境差，致使油品污染速度加快，進(jìn)而導(dǎo)致設(shè)備事故率高、備件消耗大、機時產(chǎn)量下降的問題普遍存在，嚴(yán)重制約了低消耗、高產(chǎn)出順行生產(chǎn)的進(jìn)行。

針對此現(xiàn)狀，初期采用了日本3R精密濾油機(18 L)和美國頗爾真空濾油機(21 L)對油品進(jìn)行過濾凈化和真空加熱除水。使用過程中發(fā)現(xiàn)這兩種規(guī)格的過濾設(shè)備濾油速度低于油品污染速度，濾油效率低。

后加大濾油機的處理量，采用58 L日本3R精密濾油機后，濾油速度加快，但是濾芯更換頻率高，更換周期約7天，每個濾芯成本765元，10個為一套，每次更換成本7 650元，平均每月濾芯消耗成本約3.06萬元，凈化成本過高，嚴(yán)重制約了低成本的順行生產(chǎn)。而且，更換下來的濾芯必須納入危廢處理，處理難度極大，給環(huán)境保護(hù)帶來了很大壓力。解決的辦法就是尋找適用的凈化方式。

1 各種凈化方式的比較

鑒于以上現(xiàn)狀，技術(shù)人員經(jīng)多次深入調(diào)研、考察，對比分析過濾式、真空過濾式以及離心式油品凈化方式的原理及優(yōu)缺點發(fā)現(xiàn)，離心式油品凈化能夠滿足爐前液壓油油品凈化的需求。

1.1 過濾式油品凈化方式

工作原理：采用濾紙、濾芯、濾網(wǎng)等濾材對油液中雜質(zhì)進(jìn)行攔截，從而實現(xiàn)油品的凈化。

優(yōu)點：凈化質(zhì)量隨濾材的精度而定，使用高精度濾材，可以快速實現(xiàn)油品的高質(zhì)量凈化；

缺點：凈化精度要求越高，濾材消耗量越大，凈化成本越高，并且不能去除油液中的水分；即使采用可去除水分的濾芯，除水量也較小，不能滿足進(jìn)水量較大的工況的除水要求。同時，更換下來的濾芯必須納入危廢處理，其處理難度極大，給環(huán)境保護(hù)帶來了很大壓力。

適用工況：油液污染狀況較輕、沒有進(jìn)水的工況。

1.2 真空過濾式油品凈化方式

工作原理：真空過濾式油品凈化方式具備去除雜質(zhì)和水分的雙重功能。

去除雜質(zhì)和過濾式油品凈化方式完全一樣，仍然采用濾紙、濾芯、濾網(wǎng)等濾材對油液中雜質(zhì)進(jìn)行攔截，從而實現(xiàn)油品的凈化，也同樣沿襲了其優(yōu)缺點，雖然凈化精度可以很高，但凈化成本也隨之飆升，同樣也存在更換下來的濾芯的危廢處理問題。

去除水分則是采用在一定的真空度下對油液進(jìn)行電加熱，將油液中水分汽化再冷凝排出。

優(yōu)點：在油液進(jìn)水量較小時，能夠?qū)τ鸵嚎焖倨迫榛?，將溶解水汽化冷凝排出，且可以將油液中含水量控制?0×10以下。

缺點：(1)長期對油液進(jìn)行電加熱，會加速油液的劣化，破壞油液中的抗泡劑，導(dǎo)致油液氣泡增加；(2)將油液中水分汽化的同時，帶走一部分油液，導(dǎo)致油液的部分損失(現(xiàn)場調(diào)研發(fā)現(xiàn)，一個6 m的油箱，長期電加熱除水，每個月需添加2桶油，每桶180 L)；(3)電加熱一天的耗電量一般為1 920 kW，長期電加熱，一年按300天計算，耗電量為300×1 920=576 000 kW，按每度電0.8元計算，則一年的電費約為46萬元，費用不可小覷；(4)由于在一定的真空度下對油液進(jìn)行電加熱，必須有一個較大的真空罐存在，因此，利用該種除水方式，其設(shè)備體積巨大，每個油箱必須固定配備一臺真空式濾油機，故占地面積較大，單機性價比較差。實物如圖1所示。

圖1 真空式濾油機實物

1.3 離心式油品凈化方式

工作原理：離心式凈化方式采用碟式離心、重力分離原理，油液在離心組件中以8 000 r/min的速度高速旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生的離心力將比重大于油液的各種金屬、非金屬污染物和水分以純物理分離方式進(jìn)行分離；同時復(fù)合真空排氣功能，排出油液中氣體，實現(xiàn)除氣泡功能。即一臺凈油機可以在同一時間內(nèi)去除油液中氣體、水、雜質(zhì)如小顆粒等，且無需濾材的消耗，凈化效率高，運行成本低，排水速度快，真正達(dá)到高效率、低消耗的油品凈化。

其凈化工作流程如圖2所示。

圖2 離心式凈油機工作原理

首先，油箱中被凈化油液經(jīng)凈油機進(jìn)油管在真空泵的作用下，被抽入凈油機的副油箱中，同時將油液中的氣體排出。

其次，增壓泵將副油箱的油液打入離心組件中，離心組件在主電機的驅(qū)動下，經(jīng)變速機構(gòu)調(diào)速至8 000～10 000 r/min，油液隨離心組件高速旋轉(zhuǎn)，油液中各組分：油、金屬或非金屬雜質(zhì)、水等，由于比重不同，在同樣的轉(zhuǎn)速下，它們所承受的離心力也都不一樣，因而，各組分在碟片的導(dǎo)流槽上行走的距離也不一樣，那么依據(jù)公式所給出的各參數(shù)相關(guān)關(guān)系，合理匹配離心組件的轉(zhuǎn)速、碟片半徑和油液的流量數(shù)據(jù)值，產(chǎn)生的離心力將油液內(nèi)比重不同的各組分實現(xiàn)重力分離。

各組分質(zhì)點沉降速度(沿徑向的移動速度)與油液本身以及離心力場的各項參數(shù)相關(guān)關(guān)系如下式所示：

=29

(1)

其中：為雜質(zhì)粒子的沉降速度；為雜質(zhì)粒子的沉降半徑；為雜質(zhì)粒子與油液密度差；為雜質(zhì)粒子旋轉(zhuǎn)的角速度；為雜質(zhì)粒子距旋轉(zhuǎn)軸中心的距離；為油液的動力黏度。

由公式(1)可知：影響分離效率的主要因素就是雜質(zhì)粒子沉降的速度，而雜質(zhì)粒子的沉降速度又受到雜質(zhì)粒子的沉降半徑、旋轉(zhuǎn)角速度、與油液密度差、距旋轉(zhuǎn)軸中心的距離以及液體的動力黏度等因素的影響。

(1)雜質(zhì)粒子的沉降半徑

雜質(zhì)粒子的沉降半徑實際上也就是離心筒的半徑，半徑與分離效果成正比。但伴隨而來的代價是對離心筒組件的動平衡要求越高，設(shè)備的制造維護(hù)成本會增加。

(2)雜質(zhì)粒子旋轉(zhuǎn)的角速度

雜質(zhì)粒子旋轉(zhuǎn)的角速度實際上也就是離心筒的轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速與分離效率成正比，但同樣地也會增加設(shè)備的制造維護(hù)成本。

(3)雜質(zhì)粒子與油液密度差

雜質(zhì)粒子密度比油液密度越大，其分離效率越高。因此對于某種特定的油液如高壓抗燃油(油液的比重1.11～1.17 g/m)或某些混有纖維性雜質(zhì)的油液，該種方式達(dá)不到預(yù)期的凈化效果。

(4)油液的動力黏度

黏度越大，分離效率越差，因此使用該種方式進(jìn)行油品凈化時，對油液的動力黏度有一些要求。如果超出黏度要求，就要采取諸如輔助加熱等相應(yīng)措施。

因此，想要達(dá)到最佳的凈化效果，就要合理地匹配離心組件的轉(zhuǎn)速、碟片半徑和油液的流量等。

最后，比重較大的雜質(zhì)、水從碟片邊沿飛出，沉降到下方的納污盒內(nèi)，而碟片內(nèi)仍然滯留著比重較小的油液，在回旋轉(zhuǎn)子的作用下經(jīng)出油管回到油箱，經(jīng)一段時間后的循環(huán)，最終實現(xiàn)油液的凈化。

2 離心式凈化方式的試用及運行跟蹤

根據(jù)前期調(diào)研、考察：

2020年1月11日縱橫鋼鐵煉鐵廠與唐山睿澤爾科技有限公司簽訂了《ROP50-B02型離心式凈油機試用協(xié)議》。受疫情影響，經(jīng)雙方協(xié)商，將試用期推遲至2020年2月27日，在煉鐵廠4號高爐爐前液壓站2號油箱正式試用,試用期為40天,到4月7日結(jié)束，要求油品污染度達(dá)到NAS1638標(biāo)準(zhǔn)7級。

試用過程：

2020年2月27日，凈油機現(xiàn)場安裝調(diào)試，并對未凈化油液取樣化驗，由于現(xiàn)場冷卻器漏水故障，油液的含水量達(dá)到5 444.4×10，污染度遠(yuǎn)超出12級，污染嚴(yán)重。凈化9天后，含水量由5 444.4×10降至1 758.7×10，但污染度仍然超出12級；繼續(xù)凈化6天后，含水量降至91.1×10，污染度提高到10級，雖然含水量滿足了現(xiàn)場需求,但污染度仍然未達(dá)到要求;又繼續(xù)凈化15天后，取樣經(jīng)唐山市技術(shù)監(jiān)督局油品檢驗所化驗，含水量略有降低至90×10，污染度提高到8級;繼續(xù)凈化10天后，污染度提高到7級，完全滿足了現(xiàn)場需求。具體試用數(shù)據(jù)見表1。

表1 4號高爐爐前液壓站2號油站46號抗磨液壓油試用過程中數(shù)據(jù)統(tǒng)計

由統(tǒng)計結(jié)果可以看出：前期，只用15天將油液中含水量由5 444.4×10降至91.1×10，驗證了該離心式凈化方式快速除水的顯著效果；后面幾天，在前期除水后，除雜質(zhì)的效果顯現(xiàn)出來，21天的時間(自3月7日至3月28日)，污染度由大于12級提高到8級，效果顯著；但是，隨著較大顆粒雜質(zhì)的去除，留存下來的雜質(zhì)均為小顆粒，此時離心方式凈化的速度相對較慢，最后又凈化了10天，污染度由8級提高到7級，達(dá)到了現(xiàn)場的需求。

試用結(jié)束，1號高爐爐前液壓站1號、2號油箱仍然分別使用58 L日本3R精密濾油機1臺和18 L日本3R精密濾油機1臺，使用濾芯(主要耗材)Ф303型50支(700元/支)，Ф179型36支(300元/支)，共計費用達(dá)45 800元。

而在4號高爐爐前液壓站1號、2號油箱則分別配備了21 L美國頗爾真空凈油機1臺和唐山睿澤爾科技有限公司ROP50-B02型離心式凈油機進(jìn)行凈化。追蹤6個月的運行狀況來看，油品污染度一直保持7級以上，含水量保持100×10以下，凈化效果顯著。其中頗爾凈油機使用濾芯22支(平均677元/支)，共計費用14 914元；離心凈油機無耗材消耗。

對比1號、4號高爐利用濾芯進(jìn)行過濾的真空濾油機凈化方式，其費用有較大差別：近7個月來，4號高爐爐前液壓站比1號高爐爐前液壓站節(jié)省30 886元；4號高爐爐前兩種凈油機費用對比：離心凈油機比頗爾真空凈油機節(jié)約費用14 914元，極大地降低了油品凈化的費用。

3 結(jié)論

通過對某鋼鐵煉鐵廠4號爐前液壓站3 m的46號液壓油，采用某公司的ROP50-B02型離心式凈油機進(jìn)行除水凈化的試用過程及半年多的運行相關(guān)數(shù)據(jù)分析，該離心凈化方式能夠滿足爐前液壓油油品凈化的需求，降低了設(shè)備運行的故障率，為生產(chǎn)的順利進(jìn)行提供了堅實的保障，并且沒有濾芯耗材的消耗，不僅極大地降低了油品凈化的費用，同時還減輕了更換下來的大量濾芯所帶來的危廢處理的環(huán)保壓力，為保護(hù)環(huán)境提供了必要的保障。