調合灌裝過程油品清潔度的影響因素分析及工藝技術改進措施

詹詩煌

(中國石化潤滑油有限公司武漢分公司，湖北 武漢 430011)

0 引言

清潔度是評價潤滑油質量的主要指標之一。對油品最終消費者或使用者來說，清潔度往往是他們認識和評價潤滑油品質量最直觀的印象。在歷年客戶服務質量投拆信息中，有關油品清潔度的投訴抱怨率約1%。因此，為了減少客戶投訴抱怨，提升客戶滿意度，不斷提高油品清潔度已成為潤滑油生產過程需要改進的方向。

1 潤滑油調合灌裝過程中油品清潔度的影響因素分析

1.1 原材料

潤滑油成品油中基礎油約占90%，添加劑約占10%。基礎油在煉油廠通過脫蠟、精制或加氫等生產工藝環節后形成的各類基礎油，再通過火車槽車或汽車罐車運輸到潤滑油生產企業進行調合和灌裝生產。根據油品質量檢測分析結果顯示，基礎油含有一定量的機械雜質、蠟、漂浮物等雜質，需要采取油品沉降和定期清罐等控制措施。添加劑本身為一種成熟產品，其清潔度一般符合質量要求，在本文中不做詳細分析。

1.2 設備設施

潤滑油在調合、儲存和輸轉過程中主要使用釜、油罐、泵和管道等設備設施，該類設施在運行過程中可能產生水分、鐵銹等雜質，會直接影響油品的清潔度。

1.3 生產過程控制

1.3.1 調合生產

調合生產過程中油品與外界接觸主要發生在人工加劑環節，如桶裝添加劑包裝不潔凈，混入機械雜質、灰塵、OCP切膠等雜質。

1.3.2 包裝物

成品潤滑油包裝物種類繁多，有1 L、4 L和20 L塑料桶包裝，也有200 L鋼桶及1000 L塑料桶等包裝。因此，包裝物本身的清潔度會直接影響油品清潔度。現有包裝桶質量控制及供應商質量管理體系能夠滿足潤滑油清潔度要求。

1.3.3 灌裝生產

灌裝是生產成品潤滑油的最后一個環節。各類油品在灌裝進入包裝物前均需要進行精密過濾，確保油品清潔度達到質量標準要求。但過濾系統是一個動態控制過程，過濾系統的有效性及穩定性是影響油品清潔度的關鍵。

2 現有工藝技術措施分析

在目前煉油工藝條件下很難對基礎油和添加劑提出更高的清潔度要求，為此，現有潤滑油生產工藝技術主要通過使用過濾工藝控制出廠油品清潔度來保障質量。

潤滑油生產過程中，基礎油和添加劑過濾主要依賴在卸收和輸送管線中的泵前過濾器，這種過濾器對一般可見的大顆粒物具有一定的攔截作用，但是需要經常清洗[1]；成品油在灌裝生產過程中主要通過多級精密過濾器除去油品中各種大小的顆粒物，過濾效率越高，小顆粒物濾除的數量越多，油品清潔度就會更高，現有條件下最高可達到NAS7級。調合灌裝工藝流程如圖1所示。

圖1 調合灌裝工藝流程

2.1 現有過濾工藝技術

現有控制油品清潔度的主要工藝技術為利用精密過濾器對油品進行二級以上過濾，使用聚丙烯等材料經熱熔、焊接工藝而成的濾材除去油品中顆粒物[2]。濾材對各種大小顆粒物的過濾能力由過濾效率來表征，不同精度的濾材對同一大小的顆粒物具有不同高精度的過濾效率。高精度濾材對小顆粒物，尤其是直徑為2～5 μm，能保持較高的過濾效率，有效濾除小顆粒物使產品清潔度達到較高的水平。控制過濾器進出口壓差來保證過濾效率和穩定性，有效降低機械雜質等顆粒物的絕對量。

2.2 存在的問題

(1)基礎油和添加劑輸轉管線中泵前過濾器一般較長周期才進行清洗，過濾器內機械雜質積聚會使過濾鋼網破裂而導致過濾失效。

(2)由于基礎油清潔度不可控，潤滑油成品油清潔度不穩定，上下浮動較大，導致灌裝產品質量不穩定。油品使用不同批次或不同廠家的原料都會導致成品油清潔度變化較大。清潔度較差的油品會極大地增加過濾系統的負擔。

(3)精密過濾器選型、過濾器等級設置及濾材選用比較粗放，與不同油品清潔度要求存在差距。

(4)濾材過濾效率容易受流體壓力影響，過濾器前后壓差超出濾材允許控制范圍將導致過濾效率和穩定性大大降低，極端情況是擊穿濾材使得過濾完全失效。過濾器進出口壓差監控采用傳統的機械壓力表讀數顯示進行計量監控，存在較大誤差，可能導致過濾質量不穩和效率不高。

(5)現有工藝技術側重于采用灌裝前精密過濾的末端治理方式，缺少源頭控制和全過程控制措施。

3 提高油品清潔度工藝技術改進方向和措施

3.1 基礎油儲存改進措施

(1)基礎油卸收入罐后沉降時間要求不少于15 d，確保調合投料時減少罐底部機械雜質混入油品。

(2)對基礎油儲存質量進行監控，根據罐底基礎油清潔度，增加清罐頻次(清罐周期一般定為平底罐不超過2年/次)，減少罐內機械雜質積聚而影響基礎油清潔度[3]。可每半年取底部樣觀察一次，根據質量變化情況及時安排清罐。特殊原因需要延期，必須進行評審，滿足機械雜質控制合格的前提下，可以延期清罐，但延期不得超過1年。

(3)針對儲罐進行定期維修，在清罐的同時對罐內壁進行噴砂等除銹、防銹處置，減少鐵銹的產生，防止鐵銹進入油品。

3.2 調合生產過程控制

(1)定期清理基礎油、添加劑卸收和輸轉管線中泵前過濾器，及時清洗過濾鋼網中的顆粒物，減少機械雜質流入成品油中，同時降低灌裝過濾系統的負擔。泵前過濾器鋼網清洗周期一般定為3月/次。

(2)桶裝添加劑加劑作業時防止灰塵雜質進入油品，控制措施為加劑作業前對桶面進行清理，保證桶面干凈方可進行加劑作業。

(3)在油品調合循環管線中安裝過濾裝置，對于一些清潔度要求較高的產品可以在油品灌裝前進行預過濾。這種方法將過濾工藝前移，可以減輕灌裝過濾器工作壓力，使整批油品清潔度達到一個較高的水平，從而在油品灌裝階段可以較為容易地實現清潔度滿足產品標準的要求。

3.3 灌裝生產過程控制

3.3.1 加強包裝物清潔度控制

1 L和4 L吹塑桶以及20 L注塑桶生產原材料本身較為清潔，主要是在儲存和運輸過程中可能進入灰塵等雜物。需要采用的措施是要求供應商對包裝桶采用有效的防護材料，目前使用較多的防護材料(如塑料薄膜袋)需要考證其強度能否滿足防塵防水的要求。

200 L鋼桶生產過程存在切割和縫合的工序，而儲存運輸過程均有密封蓋保護，因此主要控制措施應集中在鋼桶生產過程。鋼桶內壁在生產過程中需要噴涂防腐漆，使用脫脂磷化工藝對內壁進行清洗鈍化處理，可以有效清除內壁表面細微的金屬顆粒殘留物。

3.3.2 設定成品油清潔度標準

成品油經過灌裝過濾和產品包裝生成包裝產品，在過濾器的過濾能力有限的條件下，成品油清潔度直接影響包裝產品最終清潔度，可以針對不同清潔度等級包裝產品設定成品油清潔度等級標準[4]。比如，研究發現對清潔度要求在NAS9級及以下的包裝產品在控制成品油清潔度不超過NAS10級的情況下借助過濾器可以實現產品清潔度滿足標準要求，使用清潔度等級NAS11級及以上的成品油生產NAS9級包裝產品時，需要使用極為苛刻的過濾條件才能實現產品清潔度目標，且產品清潔度容易受過濾控制壓差影響。

NAS 1638標準是由美國航天學會制定的清潔度等級標準，它根據5個顆粒度尺寸將清潔度分為14個等級。在實際操作中測量5個尺寸范圍的顆粒數分布，得到5個對應的清潔度等級，以最高等級為油液的清潔度，見表1。

表1 NAS 1638清潔度等級標準

3.3.3 使用多級連續過濾器

單級過濾器過濾效率有限，成品潤滑油在經過過濾器后直接進入包裝桶，在單級過濾不能實現產品清潔度的條件下，可以增加過濾級數。目前采用較多的是由“自清過濾+袋式過濾+袋式過濾”組成的三級過濾，機械自清過濾器周期清掃濾網和清洗排渣能除去一般可見顆粒物，袋式過濾器則根據油品類別或黏度等級選用濾材。各等級過濾器通過過濾量和壓差判定是否更換濾材(過濾量和壓差依據濾材本身的性能設定合理判定值)，可以有效避免單級過濾器失效引起的產品清潔度不合格。多級連續過濾器精度及壓差控制參考規定見表2。

表2 多級過濾器精度及壓差控制參考規定

武漢分公司使用三級過濾器重點對卓力L-HM抗磨液壓油進行清潔度控制，抽取2015年6—7月份10個灌裝批次油品進行檢驗分析，過濾前后油品清潔度及過濾效率結果見表3、表4和表5。

表3 調合產品清潔度分析數據

表4 灌裝首件清潔度分析數據

表5 過濾效率分析數據

表5(續)

從表3和表4可見，經三級過濾后，油品清潔度均得到提高，至少提高了2個等級；從表5可見，油品在5個尺寸范圍的顆粒數平均過濾效率最低達到69.77%，最高達到90.92%，且過濾效率和清潔度提升幅度較為穩定，能夠達到預期的油品清潔度控制指標，表明多級連續過濾器在過濾量和壓差適當控制下可以提高油品清潔度，是較為可行和穩定的工藝技術改進措施。

3.3.4 采用多袋過濾器

多袋過濾器可以增加過濾面積，提高過濾速度，確保單位時間內油品流量與灌裝機速度相匹配，保障生產效率[5]。

3.3.5 采用過濾器壓差在線監測和自動報警控制

各級精密過濾器采用電子壓差在線監測及報警系統進行自動控制，超限停止灌裝，及時更換濾材，確保油品過濾的有效性和質量穩定性，100%保障油品清潔度。同時，各級過濾器壓差數據實現自動儲存功能，便于追溯和分析。過濾器壓差在線監測和自動報警控制系統示意圖見圖2，各級過濾器前后壓力監測采用數字式壓力變送器，將壓力變送器輸出的4～20 mA標準信號引入控制系統，通過PLC程序運算轉化成壓力值后，進行壓差報警，并對各監測點壓力值進行儲存，存儲采樣周期為1 s操作站和工程師站共用一臺工控機，整套監視系統采用西門子WINCC+(S7-300)架構，即操作站系統(HMI)基于西門子WINCC7.0平臺開發，主控器使用S7-300 PLC進行數據處理及邏輯控制。

圖2 過濾器壓差在線監測和自動報警控制系統結構

目前，武漢分公司已實現對10套灌裝生產線過濾器進行壓差在線監測及自動報警系統改造。該系統自動獲取每套灌裝線各級過濾器的壓力數據，并自動計算壓差，對各級過濾器壓差變化趨勢進行分析。監控分析過程中發現，在生產線狀態穩定的情況下，各級壓差數據較好地反映了過濾器的實際使用狀態，很直觀和容易發現運行中存在的問題。

4 結束語

在現有生產條件下，提高潤滑油清潔度工藝技術改進方向和措施重點在灌裝過濾環節。使用多級連續過濾器及采用過濾器壓差在線監測和自動報警控制技術可確保灌裝生產效率和產品清潔度，并且已被應用到實際生產過程控制中。通過灌裝過濾工藝技術改進是提高和穩定成品潤滑油清潔度的有效途徑。