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偏多的問題，提出了工業(yè)企業(yè)開展油品選型優(yōu)化的“三步法”。第一步為“基于個體的選型”，即首先需要保證每臺設(shè)備每個潤滑點(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(shè)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(shè)備用油進(jìn)行優(yōu)化，才能實(shí)現(xiàn)油品種類最少化;第三步是“基于大數(shù)據(jù)的精選”，這一步是針對企業(yè)重點(diǎn)用油設(shè)備而言的，通過該類設(shè)備在用油監(jiān)測大數(shù)據(jù)的分析，為該類設(shè)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(shù)據(jù)
0引言
我國大型工業(yè)企業(yè)中普遍存在設(shè)備潤滑油品種類偏多的問題，例如，電力(火電、核電)、石化、礦山等，這些企業(yè)油品種類少則上百種，多則幾百種。龐大的油品種類給企業(yè)的設(shè)備潤滑管理帶來多重挑戰(zhàn)，首先是現(xiàn)場更易發(fā)生設(shè)備加錯油的情況，這點(diǎn)在開展油液監(jiān)測的企業(yè)中得到印證;其次是潤滑器具混用情況嚴(yán)重，理論上每種潤滑油、每種潤滑脂都應(yīng)配置單獨(dú)的加換油、加換脂器具，但現(xiàn)場情況是，很多企業(yè)要么因?yàn)閿?shù)量太多沒有按照要求去配置，要么按要求配置了但現(xiàn)場人員隨意混用器具;最后是給采購和倉儲帶來挑戰(zhàn)，對采購帶來的挑戰(zhàn)是一些進(jìn)口小眾化油品不僅供應(yīng)商詢價困難，而且往往面臨較長的不確定采購期，對倉儲帶來的挑戰(zhàn)是往往面臨龐大的油品庫存［1］。
導(dǎo)致這些企業(yè)用油種類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來選用，而對于一個大型企業(yè)來說，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多種多樣。對企業(yè)來講，僅僅做到遵照各設(shè)備廠家推薦的用油型號來使用是不夠的，這也會帶來企業(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優(yōu)化全廠設(shè)備的用油，從而達(dá)到設(shè)備潤滑管理精益化的目標(biāo)。本文通過論述加案例說明的方式介紹了工業(yè)企業(yè)開展油品選型優(yōu)化的三個步驟。
1 基于個體的選型
1．1 基于個體選型的涵義
基于個體的選型是企業(yè)開展油品選型優(yōu)化的第一步，這里的“個體”指的是單臺設(shè)備，意思是第一步要做的是保證單臺設(shè)備的用油選擇正確。對于企業(yè)而言，遵照設(shè)備廠家推薦的用油型號去選油大部分時候是沒有問題的，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)擅自變動原始用油型號而出現(xiàn)選油錯誤。那么如何保證單臺設(shè)備的用油選擇正確呢?事實(shí)上，每種設(shè)備潤滑油品的選擇都有各自的規(guī)范，例如工業(yè)企業(yè)動設(shè)備最常見的幾類摩擦副構(gòu)件無非是軸承、齒輪、活塞以及液壓系統(tǒng)，這些摩擦副構(gòu)件潤滑油品的選擇都有各自的規(guī)范，在進(jìn)行油品選擇時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(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別，再根據(jù)液壓系統(tǒng)泵的類型、工作壓力和工作溫度這些因素選擇油品的黏度等級，詳見(表1)液壓系統(tǒng)油品性能等級選擇、(表2)液壓系統(tǒng)油品黏度等級選擇［2］。
1．2 基于個體選型的案例
某鋼鐵企業(yè)ESP線R1減速機(jī)使用的是某品牌L－CKD320工業(yè)閉式齒輪油，現(xiàn)場在檢修過程中發(fā)現(xiàn)減速機(jī)齒面出現(xiàn)嚴(yán)重的剝落現(xiàn)象，參見圖1，且多條線均出現(xiàn)該類故障?，F(xiàn)場經(jīng)過疲勞和剛度計算，減速機(jī)均無過載現(xiàn)象，現(xiàn)場懷疑油品的型號選擇不正確，遂對該減速機(jī)開展摩擦學(xué)潤滑狀態(tài)計算，確定油品型號選擇是否存在問題。
圖1齒面剝落現(xiàn)象
該減速機(jī)相關(guān)參數(shù)見表3。齒輪箱潤滑油的選擇暫無行業(yè)公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)，通過油膜厚度來計算其潤滑狀態(tài)是其中一種方法，該方法主要依據(jù)的是Dow-son－Higginson最小油膜厚度計算公式，詳見下述公式(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(shù);
α為潤滑油的黏壓系數(shù);
η0為潤滑油的動力黏度;
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)處單位接觸長度上的載荷。
以上參數(shù)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(shù)，而R、ν、W參數(shù)均與齒輪傳動的參數(shù)有關(guān)。
表3 R1減速機(jī)高速齒相關(guān)參數(shù)
將其他相關(guān)參數(shù)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)系通常用膜厚比來判斷，齒輪傳動一般用節(jié)點(diǎn)處的膜厚比λ來確定，詳見下述公式(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時為邊界潤滑狀態(tài);1≤λ≤3時，為混合潤滑狀態(tài);λ＞3時，為流體潤滑狀態(tài)［4］。
R1減速機(jī)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(jié)果可看出，R1減速機(jī)選用ISOVG320齒輪油時，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)意味著齒面大部分區(qū)域處于金屬間的直接接觸，沒有被油膜隔開，因而齒面出現(xiàn)損傷的機(jī)會大大增加。通過計算評估，該減速機(jī)潤滑油黏度需達(dá)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。對于企業(yè)而言，僅僅滿足于每臺設(shè)備用油選擇正確是不夠的，因?yàn)?/span>局部的正確不代表整體的最優(yōu)，最典型的就是每臺設(shè)備都遵照廠家的推薦去選油但帶來企業(yè)整體用油種類居高不下的問題。因而，對于企業(yè)設(shè)備管理部門而言需要站在整體的高度來對全廠設(shè)備的用油進(jìn)行優(yōu)化，從而達(dá)到油品種類最少化的目的［5－6］。這種優(yōu)化通常遵循以下原則［7］。
(1)油品品牌最少化
用油種類多的企業(yè)通常都有一個特點(diǎn)就是油品品牌雜亂，國外的、國內(nèi)的、知名的、不知名的應(yīng)有盡有。究其原因無非兩個方面，一方面設(shè)備廠家在推薦用油時品牌通常不指定，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(shè)備廠家通常推薦國外品牌的油品，國內(nèi)設(shè)備廠家推薦國產(chǎn)油品多點(diǎn)，這就造成企業(yè)油品品牌選擇時的多種多樣;另一方面，企業(yè)在油品采購過程中由于價格等因素還會經(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。油品品牌多樣化對企業(yè)而言是好事嗎?答案是害處遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于益處。試問同樣都是L－HM46液壓油為什么要使用多個不同的品牌呢?既不利于現(xiàn)場的使用管理，也不利于集中采購議價，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
用油種類多的企業(yè)通常都有的另一個特點(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ISOVG3200一個不落全用上了，試問有這種必要嗎?絕對沒有。因?yàn)閰⒖箭X輪箱潤滑油選用規(guī)范知道，給定一個設(shè)計參數(shù)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(tǒng)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)化時需遵循的第二項(xiàng)原則［7］。
(3)同類設(shè)備用油一致化
同類設(shè)備用油一致化是為了便于現(xiàn)場的使用和管理，設(shè)備加錯油的情況往往就發(fā)生在同類設(shè)備用油不一的地方，因?yàn)橥愒O(shè)備通常處于同一區(qū)域，且經(jīng)常共用現(xiàn)場潤滑室，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)潤滑系統(tǒng)，設(shè)備結(jié)構(gòu)、參數(shù)基本接近，但現(xiàn)場風(fēng)機(jī)油站既有用到液壓油，也有用到汽輪機(jī)油，黏度等級除了ISOVG46，還有ISOVG68，在油液監(jiān)測中就發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場風(fēng)機(jī)加錯油的現(xiàn)場很普遍。因而同類設(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)提高用油性價比
很多企業(yè)抱有一個觀點(diǎn)認(rèn)為:“用好油、貴油就能獲得好的潤滑，就能省事”，其實(shí)這個觀點(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(jié)要能跟上，否則，使用更貴油品帶來的實(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案例，該企業(yè)發(fā)電汽輪機(jī)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(jī)油更換為該品牌頂級合成型汽輪機(jī)油，使用一段時間后發(fā)現(xiàn)油中進(jìn)水如故，油品依然會發(fā)生乳化，這就是典型的“藥方”開的不對，沒有去解決汽輪機(jī)油進(jìn)水這個根源問題而去解決油品乳化這個表象問題。合成油以及一些特種油品有其適合的使用場合，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)在開展油品選型優(yōu)化時，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)用到油品種類達(dá)到115種，尤其部分油品種類遠(yuǎn)超正常需要數(shù)量，如工業(yè)齒輪油種類達(dá)到25種，潤滑脂的種類達(dá)到32種，給現(xiàn)場的使用和管理都帶來不便;且用到較多的各類專用油和特種油脂，如最貴的潤滑脂達(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，降低油品使用成本，企業(yè)開展油品選型優(yōu)化工作。通過選型優(yōu)化，油品種類從之前的115種下降到24種，主要油品優(yōu)化前后的數(shù)量對比見圖2。優(yōu)化后，企業(yè)用油成本也明顯下降，達(dá)到約50萬元/年，約占企業(yè)年用油成本的2．5%;油品種類下降后，企業(yè)油品庫存成本也大幅下降，從之前的平均100多萬元下降到約50萬元。通過開展油品選型優(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)備潤滑管理工作得到明顯提升［7］。
圖2主要油品數(shù)量優(yōu)化前后對比
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，針對重點(diǎn)設(shè)備的用油開展基于監(jiān)測大數(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，通過對一組數(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)對比是看不出差別的，因而只憑借這些信息是沒法做出選擇的，但如果從它們的使用監(jiān)測數(shù)據(jù)去分析，尤其數(shù)據(jù)量較大的時候，是可能找出一些差異的。比如有的油品在使用過程中表現(xiàn)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間到達(dá)一定時間后關(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)化時的一項(xiàng)輔助選型技術(shù)，必要時可以使用，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)下屬多個蓄能發(fā)電站，各個電站由于修建時間和設(shè)備廠家不一樣，導(dǎo)致各電站水輪發(fā)電機(jī)使用的潤滑油型號也不一樣，幾乎每個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(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)化過程中有兩款油品無論從性能指標(biāo)、價格、品牌上對比都沒有明顯差異，究竟選哪款油品作為替代油品就很為難了。后通過調(diào)取這兩種油品在設(shè)備上使用監(jiān)測數(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)庫中獲取了該油245個設(shè)備在用油樣品，其中有181個樣品做了MPC指標(biāo)的檢測，而這181個樣品中MPC指標(biāo)超標(biāo)的樣品數(shù)達(dá)到108個，占比59．7%，詳見圖3，遠(yuǎn)高于與之對比的另一款油品，而MPC指標(biāo)是水輪發(fā)電機(jī)這類設(shè)備在用油的一項(xiàng)重要評價指標(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］。
4結(jié)束語
工業(yè)企業(yè)油品選型優(yōu)化是一項(xiàng)專業(yè)技術(shù)較強(qiáng)的工作，“三步法”可作為企業(yè)開展油品選型優(yōu)化工作時的一般步驟參考。對企業(yè)而言，需要變動個別設(shè)備的用油時應(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法完成的，這個時候可以尋求外部專業(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。
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