工业企业油品选型优化“三步法”
广研检测(广州)有限公司: 刘俊 冯伟 马红军
摘要:针对我国大型工业企业普遍存在的润滑油品种类偏多的问题，提出了工业企业开展油品选型优化的“三步法”。第一步为“基于个体的选型”，即首先需要保证每台设备每个润滑点润滑油品的选择是正确的;第二步是“基于整体的优化”，在保证单台设备用油选择都正确的前提下，还需要站在企业整体上对设备用油进行优化，才能实现油品种类最少化;第三步是“基于大数据的精选”，这一步是针对企业重点用油设备而言的，通过该类设备在用油监测大数据的分析，为该类设备选择最优油品。
关键词:工业企业;油品;选型优化;润滑管理;大数据
0引言
我国大型工业企业中普遍存在设备润滑油品种类偏多的问题，例如，电力(火电、核电)、石化、矿山等，这些企业油品种类少则上百种，多则几百种。庞大的油品种类给企业的设备润滑管理带来多重挑战，首先是现场更易发生设备加错油的情况，这点在开展油液监测的企业中得到印证;其次是润滑器具混用情况严重，理论上每种润滑油、每种润滑脂都应配置单独的加换油、加换脂器具，但现场情况是，很多企业要么因为数量太多没有按照要求去配置，要么按要求配置了但现场人员随意混用器具;最后是给采购和仓储带来挑战，对采购带来的挑战是一些进口小众化油品不仅供应商询价困难，而且往往面临较长的不确定采购期，对仓储带来的挑战是往往面临庞大的油品库存［1］。
导致这些企业用油种类普遍偏多的原因往往是大部分设备都遵照设备厂家推荐的油品型号来选用，而对于一个大型企业来说，设备厂家的数量往往很庞大，这就导致设备厂家推荐的用油种类多种多样。对企业来讲，仅仅做到遵照各设备厂家推荐的用油型号来使用是不够的，这也会带来企业润滑管理工作的不便。企业需要站在整体的高度，以油品型号最少化的原则来优化全厂设备的用油，从而达到设备润滑管理精益化的目标。本文通过论述加案例说明的方式介绍了工业企业开展油品选型优化的三个步骤。
1 基于个体的选型
1．1 基于个体选型的涵义
基于个体的选型是企业开展油品选型优化的第一步，这里的“个体”指的是单台设备，意思是第一步要做的是保证单台设备的用油选择正确。对于企业而言，遵照设备厂家推荐的用油型号去选油大部分时候是没有问题的，但也存在设备厂家推荐用油不恰当的情况，更多的情形是企业擅自变动原始用油型号而出现选油错误。那么如何保证单台设备的用油选择正确呢?事实上，每种设备润滑油品的选择都有各自的规范，例如工业企业动设备最常见的几类摩擦副构件无非是轴承、齿轮、活塞以及液压系统，这些摩擦副构件润滑油品的选择都有各自的规范，在进行油品选择时一般遵循先选油品性能等级，再选油品黏度等级的原则。如液压系统油品的选择通常先根据其使用环境条件选择液压油的性能级别，再根据液压系统泵的类型、工作压力和工作温度这些因素选择油品的黏度等级，详见(表1)液压系统油品性能等级选择、(表2)液压系统油品黏度等级选择［2］。
1．2 基于个体选型的案例
某钢铁企业ESP线R1减速机使用的是某品牌L－CKD320工业闭式齿轮油，现场在检修过程中发现减速机齿面出现严重的剥落现象，参见图1，且多条线均出现该类故障。现场经过疲劳和刚度计算，减速机均无过载现象，现场怀疑油品的型号选择不正确，遂对该减速机开展摩擦学润滑状态计算，确定油品型号选择是否存在问题。
图1齿面剥落现象
该减速机相关参数见表3。齿轮箱润滑油的选择暂无行业公认的标准，通过油膜厚度来计算其润滑状态是其中一种方法，该方法主要依据的是Dow-son－Higginson最小油膜厚度计算公式，详见下述公式(1)［3］。
hmin=2.65α0.54(η0ν)0.7R0.43E'－0.03W－0.13(1)
式中:
α为润滑油的黏压系数;
α为润滑油的黏压系数;
η0为润滑油的动力黏度;
ν为齿轮啮合点处润滑油的卷吸速度;
R为齿轮啮合点处的综合曲率半径;
E'为材料的综合弹性模量;
W为齿轮啮合点处单位接触长度上的载荷。
以上参数中，α、η0是由润滑油材料和性能决定的，E'是与齿轮材料有关的参数，而R、ν、W参数均与齿轮传动的参数有关。
表3 R1减速机高速齿相关参数
将其他相关参数代入公式(1)进行计算，得出一级减速齿轮处油膜厚度约为2.88μm，三级减速齿轮处油膜厚度约为0.44μm，二级减速齿轮处油膜厚度介于一级与三级之间，即(0.44μm，2.88μm)。最小油膜厚度与齿轮润滑状态的关系通常用膜厚比来判断，齿轮传动一般用节点处的膜厚比λ来确定，详见下述公式(2)。
式中，R1、R2分别为两齿轮齿面的粗糙度，hmin为节点的最小油膜厚度。一般认为当:λ＜1时为边界润滑状态;1≤λ≤3时，为混合润滑状态;λ＞3时，为流体润滑状态［4］。
R1减速机精密度为6级(表面粗糙度0．8～1．6μm)，取中间值1．2μm计算，一级减速齿轮膜厚比λ1为1．7，三级减速齿轮膜厚比λ3为0.26。从计算结果可看出，R1减速机选用ISOVG320齿轮油时，一级减速齿轮处于混合润滑状态，三级减速齿轮处于边界润滑状态。边界润滑状态意味着齿面大部分区域处于金属间的直接接触，没有被油膜隔开，因而齿面出现损伤的机会大大增加。通过计算评估，该减速机润滑油黏度需达到ISO VG680以上才能保证一级减速齿轮处于流体润滑状态，二、三级减速齿轮处于混合润滑状态。
2 基于整体的优化
2．1 基于整体优化的涵义
基于整体的优化是企业开展油品选型优化的第二步，这里的“整体”指的是站在全厂设备用油管理的高度去审视设备用油的选择。对于企业而言，仅仅满足于每台设备用油选择正确是不够的，因为局部的正确不代表整体的最优，最典型的就是每台设备都遵照厂家的推荐去选油但带来企业整体用油种类居高不下的问题。因而，对于企业设备管理部门而言需要站在整体的高度来对全厂设备的用油进行优化，从而达到油品种类最少化的目的［5－6］。这种优化通常遵循以下原则［7］。
(1)油品品牌最少化
用油种类多的企业通常都有一个特点就是油品品牌杂乱，国外的、国内的、知名的、不知名的应有尽有。究其原因无非两个方面，一方面设备厂家在推荐用油时品牌通常不指定，有的只给出油品的性能级别和黏度等级，给出品牌通常也不唯一，且国外设备厂家通常推荐国外品牌的油品，国内设备厂家推荐国产油品多点，这就造成企业油品品牌选择时的多种多样;另一方面，企业在油品采购过程中由于价格等因素还会经常更换供应商，这进一步加剧了企业油品品牌的多样化。油品品牌多样化对企业而言是好事吗?答案是害处远远多于益处。试问同样都是L－HM46液压油为什么要使用多个不同的品牌呢?既不利于现场的使用管理，也不利于集中采购议价，因而能做到品牌单一化的油品尽可能选择同一品牌油品。
(2)黏度等级最少化
用油种类多的企业通常都有的另一个特点是油品黏度等级多，笔者曾经遇到比较夸张的情况是一家企业工业闭式齿轮油黏度从ISOVG68到ISOVG3200一个不落全用上了，试问有这种必要吗?绝对没有。因为参考齿轮箱润滑油选用规范知道，给定一个设计参数的齿轮箱，其可以使用的润滑油黏度等级不是唯一的，通常是相邻的两个黏度等级都可以通用，例如ISOVG220和ISOVG320。而这种情况对轴承、液压系统润滑油黏度等级的选用都是成立的，因而黏度等级最少化是企业进行油品优化时需遵循的第二项原则［7］。
(3)同类设备用油一致化
同类设备用油一致化是为了便于现场的使用和管理，设备加错油的情况往往就发生在同类设备用油不一的地方，因为同类设备通常处于同一区域，且经常共用现场润滑室，如果使用不一样的油品，操作人员稍粗心大意点就容易发生加错油的情况［8］。例如某火电厂锅炉区域三大风机(送风机、一次风机、引风机)轴承都采用循环润滑系统，设备结构、参数基本接近，但现场风机油站既有用到液压油，也有用到汽轮机油，黏度等级除了ISOVG46，还有ISOVG68，在油液监测中就发现现场风机加错油的现场很普遍。因而同类设备用油一致化可作为企业进行油品选型优化的第三项原则。
(4)提高用油性价比
很多企业抱有一个观点认为:“用好油、贵油就能获得好的润滑，就能省事”，其实这个观点是片面的。用好油、贵油能获得好的润滑、省事的前提是企业润滑管理的其他环节要能跟上，否则，使用更贵油品带来的实际收益是有限的。笔者曾经在一家化工厂碰到这样一个案例，该企业发电汽轮机因润滑油进水发生乳化，企业于是将润滑油型号从之前某品牌普通汽轮机油更换为该品牌顶级合成型汽轮机油，使用一段时间后发现油中进水如故，油品依然会发生乳化，这就是典型的“药方”开的不对，没有去解决汽轮机油进水这个根源问题而去解决油品乳化这个表象问题。合成油以及一些特种油品有其适合的使用场合，普通工况设备选用合成油已经有“浪费”的嫌疑，尤其是一些企业选用性能更好的油品后设备换油周期仍然保持以前的，这种就是实打实的浪费［9］。因而，企业在开展油品选型优化时，提倡“只选对的，不只选贵的”的原则。
2．2 基于整体优化的案例
某大型火力发电企业用到油品种类达到115种，尤其部分油品种类远超正常需要数量，如工业齿轮油种类达到25种，润滑脂的种类达到32种，给现场的使用和管理都带来不便;且用到较多的各类专用油和特种油脂，如最贵的润滑脂达到1000多元每公斤，大幅提升了企业的用油成本。为减少设备用油种类，降低油品使用成本，企业开展油品选型优化工作。通过选型优化，油品种类从之前的115种下降到24种，主要油品优化前后的数量对比见图2。优化后，企业用油成本也明显下降，达到约50万元/年，约占企业年用油成本的2．5%;油品种类下降后，企业油品库存成本也大幅下降，从之前的平均100多万元下降到约50万元。通过开展油品选型优化，不仅获得可观的经济效益，更重要的是企业的设备润滑管理工作得到明显提升［7］。
图2主要油品数量优化前后对比
3 基于大数据的精选
3．1 基于大数据精选的涵义
基于大数据精选的涵义是企业在进行完第一步、第二步油品选型优化后，针对重点设备的用油开展基于监测大数据的精选，目的是为重点设备选出最优油品。大数据被喻为21世纪重要的生产资料，通过对一组数据的挖掘分析，找出数据存在的规律或是内部联系是大数据的一项重要应用，这点也可以应用在油品选型优化中［10－12］。例如，有些油品如果只从表面常规的性能指标对比是看不出差别的，因而只凭借这些信息是没法做出选择的，但如果从它们的使用监测数据去分析，尤其数据量较大的时候，是可能找出一些差异的。比如有的油品在使用过程中表现出油泥生成倾向更高，有的油品黏度下降趋势更快，还有的油品在使用时间到达一定时间后关键性能指标劣化速度明显加快等等，这些都可以作为重点设备油品选型时的重要参考依据。当然，基于大数据的精选是企业进行油品选型优化时的一项辅助选型技术，必要时可以使用，达到重点设备用油“优中选优”的目标［13－14］。
3．2 基于大数据精选的案例
某调峰调频企业下属多个蓄能发电站，各个电站由于修建时间和设备厂家不一样，导致各电站水轮发电机使用的润滑油型号也不一样，几乎每个电站用一种型号的润滑油，对企业的整体管理而言这是不利的。虽然水轮发电机设备厂家不都一样，但设备的结构、功率大小基本一致，理论上油品统一是可行的。在选型优化过程中有两款油品无论从性能指标、价格、品牌上对比都没有明显差异，究竟选哪款油品作为替代油品就很为难了。后通过调取这两种油品在设备上使用监测数据找到了差异，发现其中一款油品在工业设备的使用中存在漆膜倾向指数(MPC)指标超标较普遍的情况，一共从数据库中获取了该油245个设备在用油样品，其中有181个样品做了MPC指标的检测，而这181个样品中MPC指标超标的样品数达到108个，占比59．7%，详见图3，远高于与之对比的另一款油品，而MPC指标是水轮发电机这类设备在用油的一项重要评价指标，因而这可作为将该油品排除出备选油品一项较充分的依据［15］。
4结束语
工业企业油品选型优化是一项专业技术较强的工作，“三步法”可作为企业开展油品选型优化工作时的一般步骤参考。对企业而言，需要变动个别设备的用油时应当慎重，而如果要进行全厂设备用油的选型优化，单靠企业自身的力量往往是无法完成的，这个时候可以寻求外部专业机构的支持，因为与其投入相比企业能获得的收益是更大的。
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