潤(rùn)滑油灌裝生產(chǎn)線(xiàn)頂線(xiàn)量的優(yōu)化

張展鵬

中國(guó)石化潤(rùn)滑油有限公司西北分公司

頂線(xiàn)油，是在潤(rùn)滑油品灌裝環(huán)節(jié)切換品種時(shí)產(chǎn)生的油品。它的灌入，把前次灌裝油品從灌裝管線(xiàn)中頂出，故此得名。通過(guò)頂出操作，能夠消除灌裝管線(xiàn)、過(guò)濾器和灌裝機(jī)殘存的前次灌裝油品對(duì)后灌裝的油品的影響，確保后灌裝的油品合格，但也會(huì)產(chǎn)生一定量的頂線(xiàn)油。目前，潤(rùn)滑油生產(chǎn)企業(yè)對(duì)頂線(xiàn)油的處理方式為回調(diào)，即按照一定比例，將頂線(xiàn)油作為原料回調(diào)入低檔油品中，不但造成利潤(rùn)的損失和回調(diào)成本增加，還增加了油品的質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)[1]。

某潤(rùn)滑油生產(chǎn)企業(yè)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)某企業(yè)）現(xiàn)每年頂線(xiàn)油產(chǎn)生量達(dá)數(shù)百?lài)?，造成了一定的直接?jīng)濟(jì)損失，由于頂線(xiàn)油的降級(jí)使用，還可能會(huì)增加產(chǎn)品的質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)。本文基于某企業(yè)的現(xiàn)有調(diào)合灌裝工藝，對(duì)頂線(xiàn)油產(chǎn)生量的影響因素進(jìn)行了分析，確定頂線(xiàn)油產(chǎn)生量較多的原因，并制定控制措施。

潤(rùn)滑油調(diào)合灌裝工藝簡(jiǎn)介

某企業(yè)目前采用傳統(tǒng)的罐裝調(diào)合工藝（見(jiàn)圖1），將調(diào)合油品使用的添加劑、基礎(chǔ)油按照規(guī)定的比例分別輸送到調(diào)合釜內(nèi)，按照規(guī)定的調(diào)合溫度，通過(guò)脈沖攪拌、泵循環(huán)相結(jié)合的方式進(jìn)行攪拌至規(guī)定時(shí)間，在調(diào)合結(jié)束前10 min從管匯處向調(diào)合釜開(kāi)始回流；待調(diào)合半成品檢測(cè)合格后，通過(guò)調(diào)合釜下的泵、管線(xiàn)、二級(jí)過(guò)濾輸轉(zhuǎn)到灌裝線(xiàn)，按規(guī)定頂出頂線(xiàn)油后，方可進(jìn)行包裝產(chǎn)品的灌裝，灌裝結(jié)束后，按照規(guī)定的吹掃壓力、吹掃時(shí)間，對(duì)灌裝管線(xiàn)、過(guò)濾器內(nèi)的油品進(jìn)行吹掃，減少對(duì)下次灌裝油品的影響。

圖1 潤(rùn)滑油調(diào)合灌裝生產(chǎn)工藝流程

頂線(xiàn)油產(chǎn)生量大的原因分析

工藝參數(shù)的影響

目前采用壓縮空氣對(duì)灌裝管線(xiàn)進(jìn)行吹掃，吹掃時(shí)間和吹掃壓力是影響吹掃后管線(xiàn)殘留油品的關(guān)鍵因素，管線(xiàn)殘留量越大，頂線(xiàn)油產(chǎn)生量也越大。

吹掃壓力的影響

管線(xiàn)長(zhǎng)度及容積一定的情況下，吹掃壓力越大，吹掃后管線(xiàn)殘留油品越少，但吹掃壓力過(guò)大，吹掃后期油氣大，對(duì)人員健康造成影響。一般采取間隔吹掃方式，即吹掃一定時(shí)間，稍微停頓一定時(shí)間后再次吹掃。目前采用吹掃壓力為0.4 MPa，吹掃30 s，暫停2 min，再吹掃30 s，暫停2 min，再吹掃30 s，暫停2 min，再吹掃30 s。

供圖/張展鵬

在某企業(yè)的1條灌裝線(xiàn)上，分別選用生產(chǎn)批次多，油品黏度和密度一致的不同批次抗磨液壓油、不同批次柴油機(jī)油、不同批次工業(yè)閉式齒輪油3種產(chǎn)品，在吹掃時(shí)間、暫停時(shí)間和吹掃次數(shù)不變的情況下，分別采用吹掃壓力為0.4 MPa、0.6 MPa、0.7 MPa，考察吹掃壓力對(duì)頂線(xiàn)油產(chǎn)生量的影響，結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 吹掃壓力對(duì)頂線(xiàn)油產(chǎn)生量的影響

由表1可以看出，抗磨液壓油的吹掃量為（BS+6）～（BS+14）kg，柴油機(jī)油吹掃量為（BS+4）～（BS+10）kg，工業(yè)閉式齒輪油吹掃量為（BS+2）～（BS+7）kg，故現(xiàn)有吹掃壓力與吹掃油品量關(guān)系不大，可以判定，現(xiàn)有工藝條件下，吹掃壓力對(duì)頂線(xiàn)油產(chǎn)生量影響較小。

吹掃時(shí)間的影響

管線(xiàn)長(zhǎng)度及容積一定的情況下，吹掃時(shí)間越長(zhǎng)，吹掃后管線(xiàn)殘留油品越少，但吹掃時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，吹掃油氣量大，對(duì)人員健康造成影響。

在某企業(yè)的1條灌裝線(xiàn)上，選用抗磨液壓油B，在吹掃壓力、暫停時(shí)間和吹掃次數(shù)不變的情況下，分別采用吹掃時(shí)間為30 s和60 s，考察現(xiàn)有吹掃時(shí)間對(duì)頂線(xiàn)油產(chǎn)生量的影響，結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 吹掃時(shí)間對(duì)頂線(xiàn)油產(chǎn)生量的影響

由表2可以看出，抗磨液壓油吹掃油品量為（BS+9）～（BS+14）kg，故現(xiàn)有吹掃時(shí)間與吹掃油品量關(guān)系不大。因管線(xiàn)的殘留油品量與頂線(xiàn)量有必然聯(lián)系，所以，現(xiàn)有工藝條件下，吹掃時(shí)間對(duì)頂線(xiàn)油產(chǎn)生量的影響較小。

頂線(xiàn)量設(shè)置的合理性

在管線(xiàn)長(zhǎng)度、容積和吹掃工藝一定的情況下，設(shè)置的頂線(xiàn)量越大，頂線(xiàn)油的產(chǎn)出量越大，成本損失也越大。

根據(jù)調(diào)合和灌裝生產(chǎn)工藝判定，對(duì)灌裝油品首件結(jié)果造成影響的管線(xiàn)為管匯出口管線(xiàn)、過(guò)濾器和灌裝機(jī)。因過(guò)濾器和灌裝機(jī)在灌裝最前端，對(duì)灌裝油品影響最大為管匯出口管線(xiàn)，故頂線(xiàn)量的設(shè)置需依據(jù)灌裝管線(xiàn)的長(zhǎng)度、灌裝油品黏度、低溫性能及油品質(zhì)量的相互影響制定。不同類(lèi)別油品的灌裝管線(xiàn)的長(zhǎng)度、頂線(xiàn)量設(shè)置值見(jiàn)表3。

表3 管線(xiàn)容量與頂線(xiàn)量設(shè)置值的對(duì)比

由表3可見(jiàn)，3種不同類(lèi)別油品，現(xiàn)有的管線(xiàn)長(zhǎng)度均小于搬廠(chǎng)前的管線(xiàn)長(zhǎng)度，頂線(xiàn)量設(shè)置值均大于搬廠(chǎng)前。因此，現(xiàn)行頂線(xiàn)量設(shè)置值偏大，是頂線(xiàn)油產(chǎn)生量大的重要原因。

合理頂線(xiàn)量設(shè)置值的確定

灌裝管線(xiàn)末次殘留油品對(duì)灌裝產(chǎn)品首件檢測(cè)結(jié)果的影響

在管線(xiàn)長(zhǎng)度、容積和吹掃工藝一定的情況下，頂線(xiàn)量設(shè)置值越大，頂線(xiàn)油產(chǎn)出量越大，不合格的風(fēng)險(xiǎn)越小，但成本損失也越大。一般是根據(jù)灌裝首件結(jié)果是否合格來(lái)確定頂線(xiàn)量設(shè)置值，但管線(xiàn)的末次殘留對(duì)灌裝首件結(jié)果的影響此前尚未進(jìn)行過(guò)量化考察。

選擇某企業(yè)的1條200 L灌裝線(xiàn)，根據(jù)灌裝管線(xiàn)的長(zhǎng)度、滿(mǎn)管容量及生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，取固定頂線(xiàn)量設(shè)置值m固，利用混合黏度模型和多元回歸，確定灌裝管線(xiàn)末次殘留油品在灌裝首件產(chǎn)品的比例，從而量化其對(duì)灌裝首件結(jié)果的影響。

黏度是潤(rùn)滑油主要的性能指標(biāo)之一，也是劃分潤(rùn)滑油牌號(hào)的重要依據(jù)和潤(rùn)滑油企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中控制的關(guān)鍵指標(biāo)。人們通過(guò)實(shí)踐總結(jié)出描述不同黏度油品混合后的混合黏度，其計(jì)算采用國(guó)際通用的黏度調(diào)合計(jì)算模型[2]：

式中：

u混——同溫度下的混合黏度，mm2/s；

ui——i組分同溫度下的黏度，mm2/s；

Vi——i組分的體積分?jǐn)?shù)。

采用黏度調(diào)合計(jì)算模型，利用直線(xiàn)公式（2），使用最小二乘法對(duì)已知數(shù)據(jù)進(jìn)行最佳直線(xiàn)擬合，以確定灌裝油品對(duì)應(yīng)的調(diào)合半成品、灌裝管線(xiàn)末次灌裝油品分別在首件油品中的比例。

式中：

y——灌裝油品首件100 ℃運(yùn)動(dòng)黏度的對(duì)數(shù)；

x1——準(zhǔn)備灌裝油品對(duì)應(yīng)的調(diào)合半成品100 ℃運(yùn)動(dòng)黏度的對(duì)數(shù)；

x2——灌裝管線(xiàn)末次灌裝油品100 ℃運(yùn)動(dòng)黏度的對(duì)數(shù)；

m1——灌裝油品在首件油品中的比例，%；

m2——灌裝管線(xiàn)末次灌裝油品在首件油品中的比例，%；

b——回歸常數(shù)。

200 L灌裝線(xiàn)部分灌裝油品的100 ℃運(yùn)動(dòng)黏度數(shù)據(jù)見(jiàn)表4。

表4 灌裝油品的100 ℃運(yùn)動(dòng)黏度

對(duì)表4中100 ℃運(yùn)動(dòng)黏度生產(chǎn)數(shù)據(jù)的對(duì)數(shù)進(jìn)行擬合，其中常數(shù)b按正常計(jì)算，并將函數(shù)返回附加回歸統(tǒng)計(jì)值，得到的回歸結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 回歸結(jié)果

根據(jù)回歸結(jié)果，得出m1=0.969，m2=0.031，b=0。m值的絕對(duì)值越大，對(duì)y值影響也越大。其中m1為96.9%，說(shuō)明在固定頂線(xiàn)量設(shè)置值m固下，灌裝油品在首件油品中的比例為96.9%，與理論值100%差距很小。另外，判定系數(shù)是判斷線(xiàn)性回歸的擬合程度，數(shù)值在0～1之間，其數(shù)值越大，說(shuō)明因變量與自變量之間的線(xiàn)性相關(guān)程度越高，本次回歸判定系數(shù)為0.999 987 007，說(shuō)明該模型的擬合優(yōu)度非常好，同時(shí)也說(shuō)明灌裝首件黏度結(jié)果與調(diào)合油品黏度結(jié)果、管線(xiàn)殘留油品有高度線(xiàn)性相關(guān)關(guān)系。常規(guī)情況下，若判定系數(shù)大于≥0.999，說(shuō)明設(shè)定值m固是有效的。

使用上述固定頂線(xiàn)量設(shè)置值m固，根據(jù)試驗(yàn)管線(xiàn)長(zhǎng)度和管徑計(jì)算的滿(mǎn)管容量v試、灌裝油品的密度ρ，可計(jì)算出系數(shù)k：

反之，利用系數(shù)k，根據(jù)每條灌裝管線(xiàn)的滿(mǎn)管容量v和灌裝油品的密度ρ，可計(jì)算出每條灌裝線(xiàn)的頂線(xiàn)量設(shè)置值m：

選擇某企業(yè)的2條灌裝線(xiàn)（灌裝1線(xiàn)、2線(xiàn)），根據(jù)其管線(xiàn)長(zhǎng)度、管徑和灌裝油品的密度，計(jì)算出新頂線(xiàn)量設(shè)置值分別為P kg、Q kg。

灌裝1線(xiàn)不同頂線(xiàn)量設(shè)置值下的灌裝首件結(jié)果對(duì)比

在灌裝1線(xiàn)上，對(duì)灌裝的3種發(fā)動(dòng)機(jī)油，在新頂線(xiàn)量和常規(guī)頂線(xiàn)量（a kg～1.4a kg）設(shè)置下進(jìn)行取樣，檢測(cè)運(yùn)動(dòng)黏度和低溫動(dòng)力黏度(分別采用GB/T 265、GB/T 6538測(cè)定），與常規(guī)頂線(xiàn)量后取樣、原罐半成品進(jìn)行對(duì)比，詳見(jiàn)表6和表7。

表6 灌裝1線(xiàn)不同頂線(xiàn)量設(shè)置值下的調(diào)合油品100 ℃運(yùn)動(dòng)黏度對(duì)比

表7 灌裝1線(xiàn)不同頂線(xiàn)量設(shè)置值下的調(diào)合油品低溫運(yùn)動(dòng)黏度對(duì)比

由表6和表7可以看出，新頂線(xiàn)量首件樣品與常規(guī)頂線(xiàn)量的首件樣品、原罐半成品黏度的極差值均滿(mǎn)足GB/T 265規(guī)定的不大于2.2%再現(xiàn)性要求，低溫動(dòng)力黏度的極差值均滿(mǎn)足GB/T 6538規(guī)定的不大于8.9%再現(xiàn)性要求。

灌裝2線(xiàn)不同頂線(xiàn)量設(shè)置值下的首件結(jié)果對(duì)比

在灌裝2線(xiàn)上，對(duì)灌裝的4種車(chē)用齒輪油，在新頂線(xiàn)量設(shè)置值下進(jìn)行取樣，與常規(guī)頂線(xiàn)量設(shè)置值（c kg～2c kg）下的取樣、原罐半成品進(jìn)行運(yùn)動(dòng)黏度(采用GB/T 265測(cè)定）結(jié)果對(duì)比，詳見(jiàn)表8。

表8 灌裝2線(xiàn)不同頂線(xiàn)量設(shè)置值下的調(diào)合油品運(yùn)動(dòng)黏度對(duì)比

由表8可以看出，新頂線(xiàn)量首件樣品與常規(guī)頂線(xiàn)量的首件樣品、原罐半成品黏度的極差值均滿(mǎn)足GB/T 265規(guī)定的不大于2.2%再現(xiàn)性要求。

效果驗(yàn)證

利用前述方法，對(duì)某企業(yè)每條灌裝線(xiàn)的頂線(xiàn)量設(shè)定值進(jìn)行了優(yōu)化，優(yōu)化后每年減少頂線(xiàn)油約R%，減少回調(diào)成本損失C1萬(wàn)元，添加劑的成本損失C2萬(wàn)元，未出現(xiàn)因降低灌裝頂線(xiàn)量導(dǎo)致灌裝產(chǎn)品首件不合格的情況，市場(chǎng)未出現(xiàn)質(zhì)量反饋。

結(jié)論

☆利用黏度計(jì)算模型和多元回歸，對(duì)灌裝管線(xiàn)油品殘留量進(jìn)行了量化，確定了新的灌裝線(xiàn)頂線(xiàn)量設(shè)置值。生產(chǎn)驗(yàn)證結(jié)果表明，對(duì)于所選擇生產(chǎn)的發(fā)動(dòng)機(jī)油、車(chē)用齒輪油品種，新頂線(xiàn)量設(shè)置值下的首件樣品與常規(guī)頂線(xiàn)量設(shè)置值下的首件樣品、原罐半成品的黏度基本一致。

☆通過(guò)優(yōu)化每條灌裝線(xiàn)的頂線(xiàn)量設(shè)置值，頂線(xiàn)油產(chǎn)生量和成本損失大大降低，提升了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。