單次過濾和多次過濾在潤滑油過濾的應用與實踐

杜希榮，熊云龍

(1.中國石化潤滑油有限公司荊門分公司，湖北 荊門 448002；2.上海卓品科技有限公司，上海 201803)

0 引言

潤滑油是用在各種類型汽車、機械設備上以減少摩擦、保護機械及加工件的液體或半固體潤滑劑，主要起潤滑、輔助冷卻、防銹、清潔、密封和緩沖等作用。機械雜質是指存在于潤滑油中不溶于汽油、乙醇和苯等溶劑的沉淀物或膠狀懸浮物。這些雜質大部分是砂石和鐵屑之類，以及由添加劑帶來的一些難溶于溶劑的有機金屬鹽。控制油品機械雜質是一個全面而系統的工作，需要從油品入口至出口，對整個生產過程的各個環節都進行控制，根據雜質來源，采取對應的措施，將其逐級消除，安裝過濾器是目前最直接有效的控制方法[1]。

選擇正確的過濾模式和過濾器類型，對于滿足過濾目標的同時，控制過濾器運行成本，且提高生產效率非常重要。單次過濾和多次過濾，兩種過濾模式在潤滑油的過濾上都有應用，一般地，多次過濾主要集中在生產調合釜和儲罐，單次過濾應用于潤滑油的灌裝過濾。

1 過濾模式定義

在討論多次過濾和一次過濾的應用場合和選擇之前，需要明確多次過濾和一次過濾的定義[2]。在潤滑油的生產過程中，污染物的產生和控制要求是不一樣的，有些是添加劑的持續帶入，有些是調合、均質完成儲存于儲罐之中，有些是灌裝線上終端過濾，保證產品出廠品質，這些不同的生產點需要選擇不同的過濾模式。

1.1 多次過濾

如圖1所示，有三種典型多次過濾的工藝形式，多次過濾最顯著的特點是，被過濾物料均有一個循環的過程，物料多次流經過濾器，過濾器能有多次可以實現過濾的機會，過濾效果在過濾的初期有較大的差異。圖1中a圖為離線狀態下的多次過濾，脫離生產環節，無連續的雜質帶入到系統，過濾器將對儲罐里的物料進行過濾，過濾流量為總流量的百分比沒有限定。b圖為全流量下的多次過濾，在線的所有的物料將會通過過濾器，且通常有額外流量的物料(如10%)多次經過過濾器，該部分物料從濾后槽又返回濾前槽，也是一種多次過濾。c圖為在線旁路多次過濾的情況，儲罐內的物料不脫離生產，其多次過濾流量的大小取決于生產工藝對儲罐中物料流動轉化清潔的頻次要求。

圖1 典型多次過濾三種形式

1.2 單次過濾

圖2列出了三種典型的單次過濾形式，可見物料均為單次流經過濾器，即進入下一工序(如圖2中a圖)；或是經過一次過濾返回生產環節(如圖2中b圖)；或是作為主工藝線的一個旁路一次過濾后進入到其他工序(如圖2中c圖)。

圖2 典型單次過濾的三種形式

2 過濾模式的選擇

多次過濾模式，物料多次流經過濾器，會產生濾餅過濾機理，濾餅逐漸積累會對物料中的雜質實現一定的攔截，在過濾的初期，物料中細微的顆粒會通過過濾濾材而不被攔截，但是最終在多次過濾模式下，該細微雜質會被濾餅所攔截。

過濾濾材的選擇，一般取決于物料中雜質的顆粒粒徑的分布情況，通常濾材的孔徑選擇被過濾物料中最大顆粒粒徑，隨著多次過濾進程推進，濾餅形成使得過濾濾材能取得比濾材孔徑更好的過濾效能。如果物料中雜質的粒徑分布范圍較寬，形成的濾餅較厚，則過濾效果更為理想。如果粒徑分布范圍很窄，濾餅很薄甚至難以形成濾餅，此時可以考慮投加助濾劑。所以多次過濾模式適合，工藝上允許并接受形成濾餅需要一端時間的生產場合。

單次過濾模式，過濾器僅有一次機會將被過濾物料中雜質進行濾除。物料流經過濾器，也會形成濾餅，但濾餅非常薄。濾材精度的選擇按照要求去除物料中雜質的最小顆粒粒徑來設定，否則雜質將不會被有效攔截。單次過濾模式下，隨著過濾濾材上污物的堆積，負荷逐漸增大，過濾流量會逐漸降低，進而影響生產的產能。一般情況下會設置流量或壓差報警來提示生產關注過濾器狀態。

基礎油、各類添加劑進入生產基地，分別儲存在基礎油儲罐和添加劑罐，泵送至調合釜進行調合生產后，進入成品儲罐，最終包裝或罐車外運。包裝出廠前設置終端過濾，對機械雜質進行有效地過濾，使之達到一定的清潔度等級要求，這一環節過濾采用的為單次過濾，過濾后的潤滑油直接灌裝交付用戶。因為過濾要求高，單次過濾中使用的過濾器內的濾材孔徑細至1 μm，過濾流速嚴重制約了灌裝能力。一方面灌裝過濾需要增加過濾器的過濾面積和納污能力，另一方面將進入灌裝過濾的潤滑油雜質含量降低，減輕灌裝過濾器的負荷。在基礎油儲罐和成品潤滑油儲罐增加離線狀態下的多次過濾，對基礎油和成品油實現24 h連續的過濾，典型設置見圖3所示。實踐結果表明，采取多次過濾和單次過濾相結合的方式，實現潤滑油調合生產得到優化和灌裝產能得到保證。

圖3 潤滑油多次過濾和單次過濾的設置

3 過濾器的選擇

3.1 過濾器的分類

過濾器通常分為消耗型和非消耗型兩大類，消耗型過濾器主要是指過濾濾材如濾袋、濾芯、濾布、濾紙等，使用一段時間后需要對濾材進行更換；非消耗型過濾器是指如濾網、濾筒、濾膜等濾材使用一段時間后，可以通過反沖洗、機械自清洗、化學清洗等手段對濾材進行再生，實現濾材的長周期的反復使用，采用壓差、時間或兩者結合實現自動啟動清洗流程。

自清潔過濾器大多用于過濾流量大，更換濾材頻繁成本大，被過濾物料有腐蝕性工人接觸有風險的場合。雖然經過改進，過濾器可以實現體積小型化，過濾精度可調，效率更高，操縱更簡單等特性[3]，但現場仍有清洗廢液的排放和物料浪費的發生。袋式等消耗型過濾器，適合流量小，精度控制要求高，人工接觸被過濾液體沒風險的場合。相比于自清潔過濾器，袋式過濾器具有初次投資少，操作簡單，配套少的特點，但帶來更換濾袋運行成本，及更換下來的濾袋處置成本。

3.2 過濾器的選擇

潤滑油的灌裝過濾，普遍采用的為三級袋式過濾器，安裝的為標準二號濾袋，三級為串聯形式，過濾精度逐次升級，典型的精度梯度第一級為10 μm，第二級為5 μm，最后一級設為1 μm，均為單次過濾模式，過濾后的產品直接裝桶出廠，該組合過濾可以滿足一般的潤滑油如齒輪油的灌裝過濾。但是對于高清油如液壓油的過濾，采用傳統的三級袋式過濾很難實現既滿足清潔度等級不得高于NAS7級的要求，又滿足灌裝速度的要求。

為解決上述問題，眾多潤滑油廠進行了多方面的探索和測試，總體解決思路分為四個方面，第一，增加灌裝過濾器的過濾面積和納污能力如并聯增加過濾器，或是將單袋過濾器改造為雙袋，甚至多袋過濾器；第二，調整過濾濾材實現絕對精度過濾目標如將當前的PP濾袋改為超細玻璃纖維濾芯[4]；第三，通過優化生產和過程控制將過濾器設置提前以減少雜質的帶入，緩解灌裝過濾的負荷如在基礎油罐和成品罐區設置旁路過濾器，該旁路過濾器為多次過濾模式，過濾器為四袋式或六袋式過濾器；第四，在灌裝多級過濾之前，增加一級金屬過濾網過濾，精度設置35 μm左右，對較大顆粒實現攔截，減少后續濾袋過濾的負荷和濾袋更換成本，金屬網籃拆卸手動清潔后實現重復使用，相比自動過濾器現場無廢潤滑油的收集和處置問題。

某潤滑油公司采取了增加過濾面積和改變過濾濾材的兩個方案相結合的方式，使用定制折疊濾袋安裝在已有的單袋過濾器內，濾袋的濾材為超細的玻璃纖維，采用折疊的方式制成，過濾面積達到標準濾袋的四倍以上。該類折疊濾袋的尺寸與現場單袋過濾器完全匹配，無需新增過濾器或是變更為濾芯過濾器，同時省去了對灌裝平臺的改造，過濾后潤滑油產品清潔度等級能穩定達到NAS6級以內，單個濾袋能實現8 t/h的灌裝速度。與此同時，在過濾器出口增加了在線激光顆粒計數儀對濾后產品的清潔度等級進行在線實時的監控[5](日常的采樣與實驗室分析保持不變，進行結果對比)，及時發現污染物異常迅速調整灌裝計劃，避免不合格產品出廠。

4 結論與展望

(1)多次過濾即物料多次流經過濾器，濾材的孔徑為被過濾物料中最大顆粒粒徑，一段時間后形成濾餅過濾機理，實現對細微雜質的過濾。

(2)單次過濾即物料僅一次流經過濾器，濾材精度的選擇按照要求去除物料中雜質的最小顆粒粒徑來設定，為表層過濾，過濾流量和過濾器壓差容易波動。

(3)潤滑油生產調合車間在基礎油罐和成品罐設置多袋過濾器，多次過濾；在灌裝車間采用多級串聯過濾，為單次過濾。兩者結合起來，前者能有效減輕后者的過濾負荷，利于灌裝過濾平穩高效運行。

(4)為滿足高清油的生產要求，潤滑油廠使用折疊玻纖濾袋，安裝在已有袋式過濾器內，無需新增或改造過濾器，實現控制清潔度在NAS6級以內以及單折疊濾袋8 t/h的灌裝速度。

(5)增加在線顆粒計數器，實時對終端濾后潤滑油產品清潔度進行監測與監控，利于產品品質的管理。此類在線監測儀表的使用，是建設智能、安全工廠的有力探索和發展趨勢。