液壓站油泵電機節能及油液清潔度在線監測

陳忠年，常建宙，張海東，吳靜仁，王文虎

（中天鋼鐵集團有限公司，江蘇常州 213011）

0 引言

軋鋼生產是鋼鐵工業生產的最終環節，是鋼鐵生產的一種重要加工方法，是通過壓力加工將鋼坯加工為所需形狀的一種工藝。根據成品材的形狀劃分，可分為鋼板、帶鋼、線材、棒材等軋鋼生產線。本文主要以精棒材生產線為例，進行液壓系統改進說明，其改進方案與技術手段可應用于工況類似軋鋼生產線的液壓系統上。棒材生產線主要由加熱爐、軋機、水箱、飛剪、冷床、冷剪、冷鋸、打包機等設備組成，各工序環節緊密相扣，缺一不可。而棒材生產線上許多設備的驅動或機械動作的完成離不開液壓系統，故而液壓系統的安全性、可靠性、經濟性也是生產和設備管理者的重要關注點。

某鋼鐵企業棒材生產線（以下簡稱軋線）投產近10年，原液壓控制系統技術方案太過局限，有較大的優化空間。本文分析了該軋線液壓系統現狀，結合該軋線歷年液壓系統故障、突發事故，以及企業面臨的降本壓力等情況，制定了可靠有效的優化改進措施并逐一落實，以改善現有軋線液壓系統的性能，實現液壓系統控制優化目的。

1 軋線液壓系統介紹

1.1 軋機液壓系統作用及特點

棒材軋線一般由800、700、610、470、380等規格軋機組成，因軋制斷面與成品材規格不同，其中部分軋機在生產過程中是不投用的。而軋機液壓控制系統主要任務是完成軋機的鎖緊、平移、升降、離合、輥縫調節五大動作，還有部分精軋機的翻轉。軋機液壓系統一般分為兩種工況：換輥、換槽與正常生產。

以該棒材生產線粗中軋液壓站為例，其控制范圍為1號至10號軋機。原粗中軋液壓系統由三組PV140恒壓變量泵組成，系統流量為400L/min。三組泵為二用一備，配套電機功率為75kW，同時配備獨立的冷卻系統，主站未設計蓄能器。主泵出來共分為兩路控制油路，即高壓控制油路與低壓控制油路，高壓油路供油壓力為18MPa，低壓油路通過減壓閥后，供油壓力為10MPa。高壓油路主要控制軋機的平移、升降、輥縫調節，低壓油路主要控制軋機的鎖緊、離合。各軋機控制閥臺是并聯的，且每臺軋機配置一套獨立的控制系統，互不干擾。換輥、換槽時，系統動作順序為：夾緊打開、軋機下降、離合打開、軋機平移，正常生產時，升降、夾緊、離合油缸只需保壓，輥縫調節偶爾動作。

1.2 組合剪液壓系統的作用及特點

組合剪液壓系統主要是實現倍尺剪模式切換、鎖緊，以及水箱通道切換與罩蓋啟閉，由兩組PV092恒壓變量泵組成，一用一備，僅有就地操作模式，未設置蓄能器，系統供油壓力為15MPa，配套電機功率為45kW。

組合剪模式與水箱通道切換一般在換車時進行。正常生產后，組合剪鎖緊采用碟簧缸鎖緊，水箱平移通過油缸與雙液控單向閥配合鎖緊，水箱罩蓋靠自重壓緊。

2 原軋線液壓系統存在的弊端

2.1 液壓系統現有控制與實際工況不符

（1）由于液壓系統現有控制與實際工況不符，因此液壓系統存在嚴重的電能浪費問題。原軋機液壓系統長期以兩臺泵運轉，不論換車、換槽或正常生產。而實際上，每天換車換槽時間約為60min，除其他異常情況外，正常生產時間約21.5h/d。單臺PV140油泵流量為200L/min，正常生產時，完全滿足系統保壓與輥縫調節所需的流量，僅在批量更換軋機時，系統所需流量較大，也不足400L/min。正常生產時，為滿足保壓與輥縫調節，兩臺泵同時運轉，此為第一種電能浪費的情況。

（2）軋機液壓系統主要控制軋機鎖緊、平移、升降、離合、輥縫調節五大動作，而輥縫調節一般只在正常生產時使用，其他動作是在更換軋機時完成。針對同一臺軋機，各動作有先后順序，有時間間隔，不能同步完成，但不同軋機之間可同步完成同一動作，根據各動作負載與流量的需求，軋機平移液壓缸所需流量最大、所承受載荷最大。1號軋機至10號軋機中：800軋機3臺，700軋機2臺，其平移液壓缸規格分別為125/90-2000；610軋機5臺，其平移壓缸缸規格分別為125/90-1900。以油缸規格125/90-2000為例，單臺油泵流量為200L/min，單臺軋機平移速度可達564mm/s，此時完全不需要兩臺油泵運轉即可滿足要求。不同工況下，液壓系統控制的執行元件存在大小規格，小規格執行元件動作時，多臺泵同時運轉，此為第二種電能浪費的情況，該情況同樣存在于冷床、精整等液壓系統。

（3）除關鍵區域液壓系統有遠程與就地兩種控制模式，還有部分液壓系統僅為就地控制模式，如：組合剪、鋸區、精整等區域。組合剪與水箱調整頻次遠遠小于軋機更換，每天調整時間累積0.5h，不論正常生產或調整，均有一臺泵運轉。液壓系統無遠程操作模式，油泵長時間運轉，此為第三種電能浪費的情況，多見于非關鍵或輔線液壓系統中。

2.2 液壓系統無一鍵急停和遠程控制

由于液壓系統無遠程控制，遇到緊急情況處理較棘手。該棒材軋線存在部分僅有就地操作模式液壓系統，未在相應的主操臺設置一鍵急停。而液壓系統的工作介質為液壓油，系統壓力大、流量大，一旦出現泄露與紅鋼接觸，其后果不堪設想。遇到此類突發情況，就地操作嚴重耽誤事故處理時機，且會導致事故擴大化，造成更大的損失。

2.3 液壓系統管控手段老舊

由于該棒材軋線投產年頭較長，液壓系統管控手段老舊，因此系統運行效率低、可靠性差。液壓油作為液壓系統的血液，其質量對液壓系統的穩定性起著至關重要的作用，目前僅依靠周期取樣委托第三方化驗，存在化驗周期長、油液二次污染等問題。且液壓系統的溫度、壓力、液位等關鍵參數也僅依靠人為點檢，存在結論不可靠等風險，且額外增加了人員的勞動強度。

3 原軋線液壓系統優化改進方案

3.1 優化軋線液壓系統泵組運行模式

軋線液壓系統泵組改成“一用、一熱備、一冷備”運行模式，即一臺主泵、一臺從泵，從泵運行條件由主泵出口壓力信號決定。當軋線系統動作需要大流量時，主泵壓力下降至設定值時，從泵啟動運行1min，主泵出口壓力穩定后，從泵停止運行，以上動作根據實際油缸動作需要進行循環。正常生產時系統僅需保壓或輥縫調節，僅主泵運轉維持穩定的流量就可以了。此方案既解決了大小執行元件工作中能耗的浪費，也解決了不同工況時多臺油泵同時運轉能耗浪費的問題。以上述棒材軋機粗軋液壓系統為例，單臺電機額定功率為75kW，空載時運行功率為25kW，以空載23.5h/d，加載0.5h/d計算，年可節電25kW×23.5h/d×365d=214437.5kW.h。

3.2 液壓系統增設一鍵急停與遠程控制模式

考慮軋線太長，不同主操作臺對液壓系統采用就近管理模式，在各液壓系統對應主操作臺增設一鍵急停按鍵與遠程控制模式，一鍵急停功能與循環泵控制系統連鎖。

3.3 增加油液清潔度在線監測設備

對液壓系統油液清潔度進行在線檢測，是液壓系統維護和故障早期診斷及預防的有效措施之一。目前對油液污染狀況的監測和分析，多是由使用者根據經驗或運用一些儀器進行離線分析，其監測周期長、工作量大、費用高，均不利于油液污染狀況的實時監測和動態掌握，因此增加油液清潔度在線監測設備是必要的。

圖1為油液在線檢測儀安裝位置示意圖。由圖1可以看出，油液在線檢測儀的檢測元件（傳感器）安裝在液壓管路的回油段，靠近油箱處，可將液壓系統關鍵參數采集至設備管理信息化系統，可及時反映系統內液壓元件磨損情況[1]。圖2為油液在線檢測儀外形圖。

圖1 檢測儀安裝位置示意圖

圖2 檢測儀外形圖

油液在線檢測儀安裝方法：在液壓管路的回油管處打φ8mm的小孔，在小孔上焊接一個G1/4"的油管接頭，注意此處焊接宜采用氬弧焊接，避免焊渣掉入管道系統中；然后將檢測儀的進油管與接頭裝配好，檢測儀的出油管直接接入油箱內[2]。當油路系統中有油液流動時，一部分的油液就會通過連接在回油管上的小管進入檢測儀的油液檢測通道，然后回到油箱。當檢測儀中的油液通道有油液流動時，檢測裝置（發光二極管）發出的可見光穿透被檢測油樣后照射到接收裝置（光敏三級管）的感光部位，此時油液中的顆粒雜質會擋住部分光線，使光敏三級管接收到的光線強度變??；光敏三級管根據受照強度的不同，輸出一個變化的電信號，通過檢測儀放大信號后再由數據線傳輸到A/D轉換器，A/D轉換器為核心信號采樣通道，信號通過微機處理后在電腦顯示出油液污染等級數據。維修人員可以在電腦查看液壓油清潔度數據，并且根據歷史數據曲線分析設備磨損情況，另外可每天根據監測出的數據來控制油液的清潔度、水分、溫度等[3]。

4 結語

綜上所述，通過對該棒材生產線現有液壓系統問題的分析，以及優化改進方案的實施，在取得良好經濟效益的同時，也提高了該軋線液壓系統的安全性與可靠性。另外在油品清潔度方面，借助于液壓油清潔度檢測設備的在線自動檢測，進一步提高了該軋線液壓系統的安全性與可靠性。目前所述改進措施與技術手段已全面推廣至該企業各軋鋼生產線乃至同行業其他兄弟單位。

（1）軋機液壓系統油泵由二用一備，改成“一用二備”，節能效果顯著，且主泵、電機等系統主要備件維護成本明顯下降。

（2）軋線液壓系統增加遠程控制與一鍵急停功能，一方面可根據實際需求控制液壓系統的工作狀態，另一方面在遇到緊急情況時可及時處理止損，避免事故擴大。

（3）將液壓系統壓力、溫度、液位、清潔度等數據納入設備信息化管理系統，實時監控系統數據，降低了人員勞動力，避免了人為作假的風險，為實現設備系統智能化、科學化管控創造了條件。