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        工業(yè)潤(rùn)滑油的“頑疾”
        ——?dú)馊楝F(xiàn)象解析

        2020-08-14 12:59:58何天宇楊永明張剛達(dá)選剛
        潤(rùn)滑油 2020年4期

        何天宇,楊永明,張剛,達(dá)選剛

        (1.中國(guó)石油潤(rùn)滑油公司產(chǎn)品設(shè)計(jì)中心,上海201800;2.中國(guó)石油潤(rùn)滑油公司蘭州銷售分公司,甘肅 蘭州730060)

        0 引言

        工業(yè)潤(rùn)滑油在使用過程中常會(huì)受到氣體污染而表現(xiàn)出多種狀態(tài),把潤(rùn)滑油受到氣體污染后呈現(xiàn)出的“乳化狀態(tài)”稱為工業(yè)潤(rùn)滑油的“氣乳現(xiàn)象”;之所以把這一問題定界在工業(yè)潤(rùn)滑油范疇,因?yàn)闅馊楝F(xiàn)象常見于工業(yè)設(shè)備潤(rùn)滑管理中,其本質(zhì)是進(jìn)入油液循環(huán)系統(tǒng)的氣體通過油泵被強(qiáng)力攪拌后,以細(xì)微的氣泡形態(tài)分散在油品中,使油品外觀以乳化狀態(tài)出現(xiàn)在工業(yè)用戶稀油站油箱或管道視窗中,清晰可見,當(dāng)然,這種現(xiàn)象并不僅僅出現(xiàn)在工業(yè)設(shè)備中;有些專業(yè)人員稱之為“氣霧”或“油霧”現(xiàn)象,由于“氣霧”或“油霧”均不能形象地描述氣體重度污染時(shí)的狀態(tài),故本文以“氣乳”名之。通常,潤(rùn)滑油的氣乳現(xiàn)象多發(fā)生在兩個(gè)階段,一是設(shè)備啟動(dòng)階段,包括初次使用或維修換油啟用階段;二是設(shè)備故障階段,主要是油泵吸油環(huán)節(jié)出現(xiàn)“氣隙”(本文指因腐蝕、震動(dòng)或密封材料老化等因素在吸油環(huán)節(jié)形成的細(xì)小氣體通道)或吸空狀態(tài)的時(shí)候;對(duì)此,只要了解氣乳現(xiàn)象狀態(tài)及產(chǎn)生原因,便可以針對(duì)性采取措施進(jìn)行防范和處理。

        1 不同油品氣乳現(xiàn)象的表現(xiàn)形態(tài)

        按氣體污染程度,即氣體進(jìn)入油品中量的多少,氣乳現(xiàn)象大體可分為輕度和重度兩種表現(xiàn)形態(tài),氣乳現(xiàn)象與油品含水乳化的本質(zhì)區(qū)別在于油品靜止后,前者,油品外觀會(huì)逐漸變清亮;而后者,油品會(huì)長(zhǎng)時(shí)間保持渾濁或不透明狀態(tài),含水量較多時(shí)會(huì)分離出游離水。

        1.1 輕質(zhì)潤(rùn)滑油的氣乳現(xiàn)象

        對(duì)于液壓油、汽輪機(jī)油等黏度較低的輕質(zhì)潤(rùn)滑油而言,氣乳現(xiàn)象多發(fā)生在設(shè)備啟動(dòng)階段,對(duì)于管線復(fù)雜、線路較長(zhǎng)系統(tǒng),易將系統(tǒng)中留存的氣體帶入循環(huán)油中。由于輕質(zhì)潤(rùn)滑油具有良好的空氣釋放性能,在適宜的循環(huán)倍率下,氣體會(huì)在油箱中逐漸釋放出,排除油泵吸油環(huán)節(jié)存在氣隙或潤(rùn)滑油因長(zhǎng)期使用空氣釋放性能下降,系統(tǒng)“氣乳”現(xiàn)象會(huì)逐步減輕,直至消失。

        1.2 重質(zhì)潤(rùn)滑油的氣乳現(xiàn)象

        對(duì)于工業(yè)齒輪油這類高黏度重質(zhì)潤(rùn)滑油而言,特別是在鋼鐵、水泥等企業(yè)工業(yè)齒輪油油箱,一些企業(yè)由于設(shè)備長(zhǎng)期使用,系統(tǒng)密封性能下降導(dǎo)致的氣隙問題更為普遍,隨之產(chǎn)生的氣乳現(xiàn)象亦層出不窮,成為終端用戶主要投訴熱點(diǎn)之一。由于重質(zhì)潤(rùn)滑油空氣釋放性能相對(duì)較差,出現(xiàn)氣隙時(shí),會(huì)導(dǎo)致循環(huán)油長(zhǎng)期呈現(xiàn)輕度或重度氣乳現(xiàn)象。

        工業(yè)齒輪油由于黏度較高,一旦發(fā)生氣乳問題,分散在油中的細(xì)小氣泡難以在短時(shí)間內(nèi)排除,在動(dòng)態(tài)條件下油液外觀會(huì)持續(xù)呈現(xiàn)乳化狀態(tài),氣乳程度與吸入空氣量多少相關(guān),重度氣乳現(xiàn)象必然引發(fā)質(zhì)量投訴。

        與輕質(zhì)潤(rùn)滑油大多情況只出現(xiàn)輕度氣乳現(xiàn)象不同,重質(zhì)工業(yè)潤(rùn)滑油使用中輕度、重度氣乳現(xiàn)象均比較常見。圖1是典型的輕度氣乳現(xiàn)象,其特征是外觀呈渾濁均質(zhì)狀態(tài),運(yùn)行油色度深淺因使用周期長(zhǎng)短而存在差異,無明顯泡沫,靜止后油液能在較短時(shí)間內(nèi)變清亮,其外觀渾濁是循環(huán)油中含有大量細(xì)小氣泡所致,可用透明容器采樣觀測(cè)靜止前后的外觀變化進(jìn)行確認(rèn)。圖2是典型的重度氣乳現(xiàn)象,其特征是運(yùn)行油外觀整體呈糊狀,其中夾雜大量氣體,油液體積明顯增加,甚至溢出油箱,但靜止后油液依然會(huì)逐漸清亮,且需要較長(zhǎng)時(shí)間。

        圖1 輕度氣乳現(xiàn)象

        圖2 重度氣乳現(xiàn)象

        1.3 氣隙對(duì)氣乳現(xiàn)象的影響

        氣乳現(xiàn)象不是簡(jiǎn)單的機(jī)械攪拌將空氣帶入運(yùn)行油中,而是進(jìn)入循環(huán)油中的空氣通過油泵時(shí)被強(qiáng)力分散的結(jié)果。由于吸油口多置于油箱中下部,兼有油箱隔板分離作用,油位正常情況下可以排除從吸油口位置進(jìn)入大量空氣的可能性;同時(shí),由于管道留存氣體體積有限,對(duì)系統(tǒng)的影響也是有限,故設(shè)備在運(yùn)行過程中發(fā)生的氣乳現(xiàn)象,大多情況下是因?yàn)槲凸芘c油泵接口松動(dòng)或泵體密封不佳所致;需要明確的是,出現(xiàn)重度氣乳狀態(tài)的潤(rùn)滑系統(tǒng)必然存在明顯的吸氣現(xiàn)象。

        圖3、圖4為同一油箱分別啟用主油泵與備用油泵時(shí)的回油狀態(tài),客戶端反饋設(shè)備換油后啟用不久油品就呈現(xiàn)乳化狀態(tài)(如圖3所示),后現(xiàn)場(chǎng)啟用油箱備用油泵,回油正常,明確顯示了兩泵運(yùn)行差異,主泵回油狀態(tài)就是吸油同時(shí)吸入了空氣所致。

        圖3 同一油箱主泵運(yùn)行狀態(tài)

        圖4 同一油箱備用泵運(yùn)行狀態(tài)

        需要注意的是,專業(yè)人員一般都可以確認(rèn)現(xiàn)場(chǎng)這種“乳化”狀態(tài)是氣體污染所致,但真正要解決這一問題,卻往往缺乏條件,對(duì)于整體已形成重度氣乳的油箱(如圖2所示),即使備用泵正常,換泵運(yùn)行也達(dá)不到預(yù)期目的;現(xiàn)場(chǎng)解決這一問題須具備以下條件:可停機(jī)條件、油箱有較長(zhǎng)時(shí)間靜止排氣條件、至少一臺(tái)油泵正?;颥F(xiàn)場(chǎng)具備維修條件。

        2 氣乳現(xiàn)象的危害

        輕度氣乳現(xiàn)象對(duì)常見的工業(yè)潤(rùn)滑系統(tǒng)影響相對(duì)較小,但要避免這種現(xiàn)象出現(xiàn)在精密伺服系統(tǒng)以及高壓潤(rùn)滑系統(tǒng)中,因?yàn)檫\(yùn)行油中即使少量的氣泡也會(huì)導(dǎo)致精密伺服閥響應(yīng)靈敏度下降,造成高壓系統(tǒng)的壓力波動(dòng)或高溫氣蝕效應(yīng)。

        重度氣乳現(xiàn)象對(duì)人、機(jī)各方的影響較大。首先,循環(huán)油體積增大,甚至溢出油箱,影響設(shè)備正常運(yùn)行甚至停機(jī);其次,由于運(yùn)行油中夾雜大量氣泡,導(dǎo)致冷卻、潤(rùn)滑能力大幅下降,摩擦副溫度升高,摩擦面油膜強(qiáng)度下降,磨損加劇等內(nèi)在問題;再次,由于客戶端對(duì)這種現(xiàn)象缺乏認(rèn)知,常常將其誘發(fā)原因歸于所使用的潤(rùn)滑油抗泡性能不佳,從而向供應(yīng)商提出質(zhì)量投訴,產(chǎn)生許多不該發(fā)生的人力與資金成本。

        據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),因氣乳問題導(dǎo)致的設(shè)備換油或更換潤(rùn)滑油品牌事件遠(yuǎn)高于油品其他質(zhì)量問題;原因在于,一旦油箱整體發(fā)生重度氣乳現(xiàn)象,處理將會(huì)非常棘手,目前還沒有便捷有效的解決手段,嚴(yán)重影響了終端用戶生產(chǎn)線的正常運(yùn)行以及對(duì)所使用油品質(zhì)量的信任度。

        3 工業(yè)潤(rùn)滑油氣乳現(xiàn)象解決方案

        雖然形成氣乳現(xiàn)象的本質(zhì)是氣體污染,但由于氣體介入的渠道具有隱蔽性,兼有氣體污染理論及其危害近年來才被工業(yè)用戶逐漸認(rèn)知,所以許多用戶還不能在設(shè)備運(yùn)行過程中進(jìn)行主動(dòng)防范,而且在設(shè)備維修維護(hù)中也經(jīng)常被忽略,而這恰恰是解決工業(yè)潤(rùn)滑油氣乳問題的關(guān)鍵所在。

        不同類型潤(rùn)滑油在不同氣乳狀態(tài)下,釋放氣體所需要的時(shí)間存在較大差異,實(shí)踐證明,在靜止條件下,輕度氣乳現(xiàn)象一般在2 h之內(nèi)可以消除,而重度氣乳現(xiàn)象消除至少需要2 h以上,具體油氣分離時(shí)間與油品衰敗情況、運(yùn)行溫度、雜質(zhì)及水分污染程度密切相關(guān),客戶現(xiàn)場(chǎng)曾有靜止12 h未能完全恢復(fù)的情況;雖然通過靜止可以使油液恢復(fù)清亮狀態(tài),但這要求生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)具備停機(jī)條件;同時(shí),對(duì)于吸油環(huán)節(jié)氣隙造成的氣乳問題,靜止的方法也不能從根本上解決問題;所以,鑒于氣乳現(xiàn)象對(duì)客戶端的影響,特別是重度氣乳穩(wěn)定性強(qiáng),難以消除的特殊性狀,最佳的解決方案就是防患于未然,提前消除誘發(fā)因素,避免其發(fā)生;其次就是做好備用方案。

        具體注意事項(xiàng)或操作方法如下:

        (1)在新設(shè)備啟用或設(shè)備換油時(shí),新注入的油品要給予充分的靜止時(shí)間,以釋放注油過程中混入油液中的氣體,觀察油箱油液無可見氣泡時(shí)方可啟用,建議輕質(zhì)潤(rùn)滑油靜止時(shí)間不低于30 min,重質(zhì)潤(rùn)滑油靜止時(shí)間不低于60 min。

        (2)對(duì)于設(shè)備開機(jī)運(yùn)行,起始階段多存在系統(tǒng)管道留存氣體污染問題,若發(fā)現(xiàn)循環(huán)油夾雜較多的細(xì)小氣泡,油液外觀呈現(xiàn)氣乳狀態(tài)時(shí),可停機(jī)靜止消除混入的氣體,對(duì)此,設(shè)備啟用階段可預(yù)留系統(tǒng)排氣時(shí)間。

        (3)對(duì)于設(shè)備運(yùn)行階段出現(xiàn)的氣乳現(xiàn)象,一般為油泵吸油環(huán)節(jié)出現(xiàn)氣隙所致,出現(xiàn)輕度氣乳時(shí),需及時(shí)切換備用泵;這一時(shí)期所采取的措施非常關(guān)鍵,需要做好兩方面工作,一是要及時(shí)發(fā)現(xiàn)油箱出現(xiàn)的變化,能夠及時(shí)切換備用油泵,防止氣乳程度加??;二是要確保備用泵工作狀態(tài)正常;只有這樣,才能將循環(huán)油狀態(tài)控制在輕度氣乳或更佳的狀態(tài),然后再根據(jù)運(yùn)行狀態(tài)確認(rèn)維護(hù)計(jì)劃。

        (4)對(duì)于運(yùn)行階段已經(jīng)發(fā)生的重度氣乳現(xiàn)象,若不進(jìn)行事前充分準(zhǔn)備,只有停機(jī)處理;對(duì)于重點(diǎn)生產(chǎn)線核心設(shè)備,有必要做好備用方案,相對(duì)簡(jiǎn)單有效的方法就是預(yù)制備用油箱;啟用備用油箱,須對(duì)潤(rùn)滑站進(jìn)行局部改造,在原系統(tǒng)預(yù)留切換閥門,需要時(shí)接入備用油箱即可;對(duì)于水泥、鋼鐵企業(yè),一臺(tái)移動(dòng)式備用油箱可以解決同類潤(rùn)滑油站的突發(fā)問題。

        (5)最后,設(shè)備周期性檢維修時(shí),認(rèn)真檢查吸油段(包括吸油管、油管與泵的接口、油泵殼體)氣密性,特別接口密封情況,同時(shí)測(cè)試并確認(rèn)備用泵狀態(tài),備用泵是否正常是保證生產(chǎn)線連續(xù)運(yùn)行的關(guān)鍵之一。

        4 結(jié)束語

        “氣乳”現(xiàn)象是油品使用過程中常見現(xiàn)象之一,其本質(zhì)是氣體污染,特別是重度氣乳現(xiàn)象對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行存在極大危害,其根源在于潤(rùn)滑油循環(huán)系統(tǒng)吸油環(huán)節(jié)密封失效,油泵吸油時(shí)吸入空氣所致,而非油品質(zhì)量問題;只有認(rèn)知事件本源,預(yù)先防范,才能有備無患,為生產(chǎn)系統(tǒng)保駕護(hù)航。

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