不銹鋼冷軋機軋制油過濾系統分析及優化

胡華杰，趙曉輝

(1.寧波寶新不銹鋼有限公司，浙江 寧波 315807；2.西安重型技術有限責任公司，陜西 西安 710032)

隨著國內不銹鋼需求量的不斷提高，為了提高不銹鋼的產能，國內不銹鋼廠近幾年從國外引進了大量不銹鋼冷軋機，在不銹鋼生產中，軋制油起到了非常重要的作用。在軋制時，軋制油主要起到潤滑和冷卻的作用：在軋制區域帶鋼表面引成油膜潤滑，有利于不銹鋼表面的光潔美觀，同時冷卻潤滑帶鋼、輥子和支撐輥軸承等各類軸承。所以，不管機型如何，各設備制造商，在對軋制油過濾系統的設計中，無不花費大量的人力物力來完善和優化系統。現軋制油過濾系統主要分為二類：SUPAMIC過濾系統，主要制造商為法國DMS、德國SMS DEMAG等公司；SUNDWIG-PALL過濾系統，主要制造商為：德國SUNDWIG公司[1]。

軋制油過濾系統是不銹鋼冷軋機不可缺少的一個重要組成部分，保證了軋制油足夠的清潔度，也提高了軋制油的可利用率，為整個機組的穩定運行及產品質量提供了保障。從目前實際運行及使用的情況來看，德國SUNDWIG設計制造的SUNDWIG-PALL過濾系統總體上有一定的優勢，現著重對該系統進行分析研究，并對存在的缺陷進行優化，為以后更好的維護軋制油過濾系統提供寶貴的經驗[2]。

1 軋制油噴射系統

不銹鋼冷軋機軋制油系統包括：軋制油噴射系統和軋制油過濾系統。軋制油噴射系統主要是軋機在高速軋制時，對帶鋼和輥子進行冷卻和潤滑作用，在帶鋼表面附上一層油膜，從而對帶鋼表面起到一定的保護作用，以更好的提高產品質量。

SUNDWIG-PALL軋制油噴射系統基本回路為：軋制油從凈油箱，通過噴射泵，經過熱交換器和流量調節閥，噴射到軋機機架內，用于帶鋼的潤滑冷卻和支撐輥等輥子、軸承的潤滑冷卻。軋制后的臟油通過機架下面的收集槽和回流管回到臟油箱，當軋機停止軋制時，噴射泵出來的油，通過旁通管道，又返回凈油箱。

（1）油箱

油箱分為二個（圖1）：臟油箱（dirty oil tank chamber）和凈油箱（clean oil tank chamber）。兩個油箱之間設有溢流管道，溢流管道有一定得斜度，從凈油箱向臟油箱傾斜，主要是為了防止臟油箱的油溢流到凈油箱去。從設計上來說，過濾系統的過濾油量必須大于軋機使用的油量，所以在正常情況下，凈油箱始終保持在高液位（即溢流液位）。臟油箱頂部，有粗過濾器，精度為1mm，用來擋住軋機牌坊來的大的雜物，比如：廢紙、廢鋼板等。軋機的臟油回流量非常大，如果和噴射泵距離比較近，回流產生的紊流，會影響泵的正常運行，造成泵振動大，流量不穩定等。所以，臟油的回流管到離抽油泵組的距離較遠。

（2）泵組

軋制油噴射系統的泵組有二組（圖1），一組為軋制油噴射泵（二用一備），主要對在高速軋制中的帶鋼以及各輥子表面及端部進行冷卻；另一組為支承輥潤滑泵（一用一備），主要對支承輥和中間的軸承進行潤滑[3,4]。

圖1 油箱及泵組示意圖

（3）流量控制和噴射區域

軋制油噴射的流量是根據不同鋼種需求，所需要的軋制油流量是不同的。其控制方式主要是通過操作人員在操作畫面上流量的設定，系統根據設定值來控制流量調節閥的開口度，實現流量控制。當軋機換工作輥時，軋制油通過旁通管道流回凈油箱。

圖2 軋制油噴射示意圖

2 軋制油過濾系統

軋制油過濾系統分為二部分：一次過濾系統和二次過濾系統。

軋機在軋制過程中，大量軋制油噴射在帶鋼表面，從干凈的油變為臟油，臟油通過軋機本體下的收集槽和管道回流到臟油箱，再通過泵打到過濾系統的一次過濾罐，經一次過濾罐內的濾芯過濾后，變成干凈的油，再通過泵抽回到凈油箱，這個過程是一次過濾系統。經過一段時間的運行，一次過濾罐內濾芯表面依附了大量的雜質和臟物。如果不對濾芯進行清理，濾芯表面會堆積大量臟物，從而會使濾芯的過濾能力大大下降，無法滿足軋機正常需要的軋制油噴射量。為了讓濾芯能夠循環再使用，系統增設了一個對濾芯進行吹掃的過程，這個過程叫作“反沖洗”，就是先將一次過濾罐內的軋制油排走，然后用壓縮空氣從濾芯內部向外部進行吹氣，這樣可以將依附在濾芯外面的雜質和臟物吹掉，濾芯又可以重新正常的過濾。

2.1 一次過濾系統設備組成

一次過濾系統的設備主要包括：4臺一級泵（3備1），3個主過濾罐，3臺二級泵和若干管道閥門。

2.2 一次過濾系統的工作原理

2.2.1 正常過濾階段（圖3）

圖3 一次過濾系統

一級過濾泵從臟油箱內把臟油輸送到主過濾罐，主過濾罐內裝有5層過濾盤，每個過濾盤裝有過濾濾芯，臟油經過濾芯，把臟油里面的雜質和細小顆粒過濾掉后變成干凈油，干凈油經過濾芯內部到達過濾盤，再通過二級過濾泵把干凈油輸送到凈油箱內。為了保證臟油的足量，一級泵的抽油量要大于二級泵的抽油量，故過濾罐一直處于高液位狀態，多余的臟油從溢流管流回到臟油箱內。3個過濾罐的過濾流量一共11000l/min左右，使凈油箱一直處于高液位狀態，確保凈油的正常供應。

2.2.2 反沖洗階段

軋制油過濾系統的反沖洗，是軋制油過濾系統不可缺少的重要步驟，也是整個系統最重要最復雜的控制程序，過濾系統的運行好壞可以從反沖洗這個過程中判斷出來，它是保證濾芯循環使用的最關鍵的步驟。通過反沖洗，可以把吸附在濾芯表面的大量的雜質，淤泥，紙屑和細小金屬顆粒全部吹掉。若不及時清理掉，會直接影響濾芯的過濾能力和使用壽命，最終導致整個過濾系統功能傷失。為了不影響機組的正常生產，清洗濾芯都是不停機的狀態下在線清洗，因此工作效率很高。

SUNDWIG—PALL過濾系統的排油過程很有創意，具有兩個其他過濾系統沒有具備的優點：一是一次過濾罐內的油利用重力自然流回凈油箱，節省了抽油泵及相關電氣控制設備；二是一次過濾罐內的臟油是通過濾芯后變成凈油流回到凈油箱內，節省了一個很大的中間周轉箱及相關管道設備，大大提高了整個系統的過濾效率。

2.2.3 過濾罐和過濾盤

過濾罐采用圓柱罐狀形式，下部呈圓錐形（圖4），主要用于油的儲存和收集。上頂是平板，設有通風管道與臟油箱相連。這樣可以把油霧統一收集到臟油箱內，再通過油霧收集系統排向大氣。

圖4 一次過濾罐示意圖

每個過濾罐內裝有五層過濾盤，過濾盤由五根圓柱形的立柱支撐，以層層疊加的方式安裝（圖4）。過濾盤為短圓柱體結構，中間有隔板，把過濾盤分成兩部分，用于收集濾芯過濾后的干凈油。過濾盤下表面有很多個螺紋孔，用于安裝濾芯，每個過濾盤可以安裝800多個濾芯。側面有兩根短的出油管道，通過法蘭與過濾罐出油管道相連。這種設計比沒有隔板的設計好很多（其他過濾系統沒有設計隔板），當壓縮空氣吹掃時，吹掃空間越小，吹掃流量和壓力損失的越小，可以提高吹掃的效果，有利于延長濾芯的使用壽命[5]。

2.2.4 過濾濾芯

過濾濾芯的壽命與很多因數有關：生產工藝、軋制的材料、軋制油的種類、過濾流量、空氣吹掃壓力和操作維護等等。但在軋制條件和維護方式相同的情況下，系統的設計起到關鍵作用。所以，有經驗的制造商和經驗不多的制造商設計出來的系統，對濾芯的使用壽命相差很多。

SUNDWIG—PALL過濾系統的濾芯是由美國PALL公司設計制造的，采用纏繞熔噴式，其外層濾材的孔洞比內層孔洞大，過濾的孔形成倒錐形，這種結構的設計可以提高壓縮空氣對濾芯的反沖洗效果。

濾芯的工作原理（圖5）：臟油從濾芯外表面進入濾芯內部，把雜質和臟物擋在濾芯外面，干凈的油從濾芯中間出去。當濾芯進行反沖洗時，臟油排掉后，壓縮空氣進入濾芯內部向外部吹掃，反復多次吹掃，把濾芯表面的雜質和臟物吹掉，達到清洗濾芯的作用。

圖5 濾芯示意圖

2.3 二次過濾系統工作原理

二次過濾系統的主要功能是處理一次過濾系統過濾下來的渣滓和污泥，發揮回收再利用的功能，提高軋制油的可利用率，降低油耗成本。

2.3.1 正常過濾階段

其工作原理為（圖6）：當收集油罐的液位到達10%時，收集油罐下面的污油泵啟動，把污油抽到一中間油箱的左側油箱，左側油箱滿了以后，通過管道溢流到板式預分離器，板式預分離器內部有許多擋板隔開，經過一級級沉淀，再通過管道溢流到二中間油箱。板式分離底部裝有刮板，可以把沉淀下來的淤泥和雜物通過刮板排出系統。當二中間油箱的液位到達10%時，二中間油箱的抽油泵啟動，通過管道把油抽到一中間油箱的右側油箱，右側油箱滿了以后，再通過管道溢流到二次過濾罐內。污油利用自然流動經過二次過濾器濾芯，把細小的渣滓和污泥過濾干凈，再通過管道流回臟油箱。

圖6 二次過濾系統

板式預分離器是SUNDWIG—PALL過濾系統所特有的設備，它的優點是可以把收集油罐過來的污油，經過板式預分離器以后，把大量的淤泥和雜物排除系統，從而大大減輕了二次過濾器濾芯的負擔，大大延長了二次過濾器濾芯的使用壽命。

二次過濾系統也是SUNDWIG—PALL過濾系統所特有的系統，它的優點是利用重力的作用，油自然流經二次過濾濾芯，節約了兩臺抽油泵和相關電氣控制設備，大大節省了設備的投入成本。

2.3.2 反沖洗過程

反沖洗過程是二次過濾系統穩定運行的重要步驟，通過壓縮空氣對濾芯的吹掃，把濾芯表面的大量臟物吹下來，達到延長濾芯使用壽命的目的。

反沖洗步驟分三大步：

第一步：排油。停止二中間油箱抽油泵，關閉進油閥，打開二次過濾罐底下的放油閥，臟油通過管道排到污油罐（sludge tanks）內，此過程大概需要3min。

第二步：空氣吹掃。打開壓縮空氣閥，從儲氣罐來的壓縮空氣對濾芯進行吹掃，壓縮空氣進入濾芯內部向外吹掃，把濾芯表面的臟油和污油吹掉。吹掃過程為：吹5s，停10s，反復吹掃14次。此時排油閥一直處于打開狀態，這樣可以邊吹掃邊把吹掃下來的污油排到污油罐內，從而提高排油效率。整個吹掃時間大約需要4min。

第三步：正常過濾。關閉排油閥，打開進油閥，啟動二中間油箱抽油泵，把油抽到二中間右側油箱，再溢流到二次過濾器內，進行正常過濾。

3 存在問題

SUNDWIG—PALL過濾系統從目前運行狀態來看，是現有寶新公司最先進、自動化程度最高，過濾精度最高，維護量最小的過濾系統。但是該系統設計上有一個缺陷，由于自動化程度高，反沖洗步驟全部自動完成，無法手動干預。當過濾系統停止后，系統自動進行反沖且在第三步完成后自動停止，此時一次過濾罐內處于排空狀態。當機組年修或長時間停機時，過濾罐內的濾芯會慢慢干化，表面殘留下來的淤泥會積塊，會把濾芯堵住。當系統運行起來后，濾芯的通流量會大大減少，從而嚴重影響整個過濾系統的過濾能力，對濾芯的使用壽命也大大縮短。2006年3號軋機大檢修，過濾系統停運三天三夜，當系統送電運行后，發現每個過濾罐出口流量只有1000l/min多點（正常為3400l/min）。后來，通過各方協調努力，足足花了一個星期的時間，并對過濾系統的許多參數進行修改后，才到達每個罐3000l/min的流量，勉強維持生產。

3.1 優化方案

SUNDWIG—PALL軋制油過濾系統由于出現了上述嚴重的問題，故必須要對該系統進行改進或優化，通過長時間對過濾系統的跟蹤和摸索，詢問了許多關于濾芯的專業制造廠家，最后分析出使用過的軋制油濾芯不能長時間處于干晾狀態，否則濾芯表面的淤泥肯定會的積塊，從而使濾芯干化。因此，必須用一種介質對濾芯進行浸泡才能保證濾芯不干化。當時，想了許許多多介質，因為量太大都一一被否決了。后來突然想到可以利用現有的軋制油進行浸泡，而且有足夠的量可以對所有濾芯進行浸泡。通過查閱圖紙及勘察現場管道的布置情況，可以不增加任何抽油設備和管道的情況下浸泡濾芯。即把噴射泵打開，利用對過濾盤噴淋的噴淋管道，可以對過濾罐進行充油，而且是干凈的軋制油，管道的氣動閥可以通過手動進行打開或關閉。

3.2 方案實施

2007年～2008年，我們充分利用上述方案，對4號軋機的SUNDWIG—PALL軋制油過濾系統停運方式進行了優化。當過濾系統自動停止后，啟動一臺噴射泵，再手動打開噴淋管道的氣動截止閥，干凈的軋制油隨著管道流向過濾罐內，約20min后，過濾罐內充滿了油，這樣逐一對三個過濾罐都充滿了油，從而把過濾罐內的所有濾芯全部浸泡在干凈的軋制油里。由于機組停運時間長，需要每周對過濾罐內的液位進行檢查，萬一管道閥門有泄漏的話，會嚴重影響濾芯的浸泡效果，而且也浪費軋制油。

因噴淋管道上的孔很小，充油時間很長，手動捅氣動閥很累。后來叫電氣人員直接在后臺修改程序，強制打開截止閥，大大方便了充油。但有一次，電氣人員強制后忘了把程序改回來，系統啟動后就出錯了。最后，我們制作了一個專門捅氣動閥的專用工具，只要對氣動閥按住再一轉動就可以了，當過濾罐充滿油后把工具拿掉即可，既方便有不會出錯，也不用麻煩電氣人員，效率又很高。

3.3 效果觀察

經過幾次的實施，效果非常好。機組全停電最長達8個月，開機前運行過濾系統，觀察過濾罐出口的流量，壓力等主要參數幾乎一點沒改變，完全保持原有的數據狀態。并且通過數天的觀察，過濾系統無任何報警，整個系統運行一切正常。

4 維護要點

SUNDWIG—PALL過濾系統自動化程度高、過濾效率高，自行可以對過濾濾芯做反沖洗，屬于免維護系統。但是，任何先進的設備都是有壽命的，為了提高過濾系統濾芯的使用壽命，必須對過濾系統進行一定量的檢查維護。主要分為三種：日常維護、周期維護和數據分析。

4.1 日常維護

日常維護比較簡單，但也很重要，主要觀察整個過濾系統的運行情況（可在操作室或電氣室的電腦畫面上看到），從畫面上可以了解近幾天過濾系統的運行狀況是否正常,若有異常情況，系統會自動出現報警，操作工根據情況及時聯系設備維護人員。另外，從過濾系統現場可以點檢一些量化的項目，如每個罐的過濾流量，壓力，液位，油溫，泄漏以及泵的運轉狀況，通過壓力或流量的變化情況，可了解濾芯的使用狀況。

4.2 周期維護

一次過濾系統的周期維護主要是定期（半年或一年）打開過濾罐吊出過濾盤，檢查濾芯情況，如濾芯有否脫落，表面是否破損等，根據情況作相應的更換或處理。順便清理過濾罐底部和過濾盤上面的污泥，作好清理清潔工作。另外，日常點檢時發現的一些異常情況，利用定修期間，來針對性的進行解體檢查并及時處理。

表1 二次過濾系統的周期維護如表

4.3 數據分析

數據分析內容分為兩大部分：一次過濾系統數據分析和二次過濾系統數據分析。

4.3.1 一次過濾系統數據分析

主要每周一次對反沖洗排油時間的數據進行記錄（主操室電腦操作畫面上），并結合過濾系統實際運行狀態，對記錄的數據進行分析，通過分析可以大概判斷出一次過濾系統濾芯的運行情況和劣化趨勢，為日后對過濾系統的維護和申報大批量的備件提供依據。

圖7 2009年一次過濾系統排油時間曲線圖

上圖表為一次過濾系統排油時間的曲線圖，數據為每個罐每月排油時間的平均值，通過上圖可以清楚地看出，3號過濾罐的排油時間最長，且有上升的趨勢，說明該過濾罐的濾芯相對其他兩個罐的濾芯過濾能力有點下降。所以，3號過濾罐的過濾濾芯我們以后需要特別關注。

4.3.2 二次過濾系統數據分析

每天或者每周對二次過濾系統收集油罐、一中間油箱、二中間油箱等液位的查看，基本可以判斷出二次過濾系統的運行情況。

通過圖8兩個中間油箱的液位曲線變化情況，可以分析出一中間油箱工作是否正常，二中間油箱抽油泵的運行是否正常，板式分離器運行是否正常。

圖8 一中間和二中間油箱的液位圖

通過圖9的曲線可以判斷出，一次過濾系統的反沖洗后污油的排油情況是否正常，收集油罐抽油泵運行是否正常，還可以通過手摸一中間油箱溢流管的溫度，可以準確的判斷出二次過濾器濾芯的使用狀態，為提前更換濾芯做好相應的準備工作。

圖9 收集油罐液位及泵抽油量圖

通過對二次過濾系統各油箱曲線的掌握和分析研究，可以間接的判斷出一次過濾系統反沖洗步驟是否正常，從而可以掌握整個過濾系統的運行情況。

5 結語

軋制油過濾系統對不銹鋼冷軋機來說是一個不可缺少的重要組成部分，它運行的好壞直接影響著帶鋼的質量和機組的穩定性，本文通過對SUNGWIG—PALL軋制油過濾系統的分析研究，解決了一直困擾我們現場維護人員的一些維護難題，為日后寶新乃至整個不銹鋼冷軋機的軋制油過濾系統的維護和提前申報大批量的備件提供科學依據。