不锈钢冷轧机轧制油过滤系统分析及优化

胡华杰，赵晓辉

(1.宁波宝新不锈钢有限公司，浙江 宁波 315807；2.西安重型技术有限责任公司，陕西 西安 710032)

随着国内不锈钢需求量的不断提高，为了提高不锈钢的产能，国内不锈钢厂近几年从国外引进了大量不锈钢冷轧机，在不锈钢生产中，轧制油起到了非常重要的作用。在轧制时，轧制油主要起到润滑和冷却的作用：在轧制区域带钢表面引成油膜润滑，有利于不锈钢表面的光洁美观，同时冷却润滑带钢、辊子和支撑辊轴承等各类轴承。所以，不管机型如何，各设备制造商，在对轧制油过滤系统的设计中，无不花费大量的人力物力来完善和优化系统。现轧制油过滤系统主要分为二类：SUPAMIC过滤系统，主要制造商为法国DMS、德国SMS DEMAG等公司；SUNDWIG-PALL过滤系统，主要制造商为：德国SUNDWIG公司[1]。

轧制油过滤系统是不锈钢冷轧机不可缺少的一个重要组成部分，保证了轧制油足够的清洁度，也提高了轧制油的可利用率，为整个机组的稳定运行及产品质量提供了保障。从目前实际运行及使用的情况来看，德国SUNDWIG设计制造的SUNDWIG-PALL过滤系统总体上有一定的优势，现着重对该系统进行分析研究，并对存在的缺陷进行优化，为以后更好的维护轧制油过滤系统提供宝贵的经验[2]。

1 轧制油喷射系统

不锈钢冷轧机轧制油系统包括：轧制油喷射系统和轧制油过滤系统。轧制油喷射系统主要是轧机在高速轧制时，对带钢和辊子进行冷却和润滑作用，在带钢表面附上一层油膜，从而对带钢表面起到一定的保护作用，以更好的提高产品质量。

SUNDWIG-PALL轧制油喷射系统基本回路为：轧制油从净油箱，通过喷射泵，经过热交换器和流量调节阀，喷射到轧机机架内，用于带钢的润滑冷却和支撑辊等辊子、轴承的润滑冷却。轧制后的脏油通过机架下面的收集槽和回流管回到脏油箱，当轧机停止轧制时，喷射泵出来的油，通过旁通管道，又返回净油箱。

（1）油箱

油箱分为二个（图1）：脏油箱（dirty oil tank chamber）和净油箱（clean oil tank chamber）。两个油箱之间设有溢流管道，溢流管道有一定得斜度，从净油箱向脏油箱倾斜，主要是为了防止脏油箱的油溢流到净油箱去。从设计上来说，过滤系统的过滤油量必须大于轧机使用的油量，所以在正常情况下，净油箱始终保持在高液位（即溢流液位）。脏油箱顶部，有粗过滤器，精度为1mm，用来挡住轧机牌坊来的大的杂物，比如：废纸、废钢板等。轧机的脏油回流量非常大，如果和喷射泵距离比较近，回流产生的紊流，会影响泵的正常运行，造成泵振动大，流量不稳定等。所以，脏油的回流管到离抽油泵组的距离较远。

（2）泵组

轧制油喷射系统的泵组有二组（图1），一组为轧制油喷射泵（二用一备），主要对在高速轧制中的带钢以及各辊子表面及端部进行冷却；另一组为支承辊润滑泵（一用一备），主要对支承辊和中间的轴承进行润滑[3,4]。

图1 油箱及泵组示意图

（3）流量控制和喷射区域

轧制油喷射的流量是根据不同钢种需求，所需要的轧制油流量是不同的。其控制方式主要是通过操作人员在操作画面上流量的设定，系统根据设定值来控制流量调节阀的开口度，实现流量控制。当轧机换工作辊时，轧制油通过旁通管道流回净油箱。

图2 轧制油喷射示意图

2 轧制油过滤系统

轧制油过滤系统分为二部分：一次过滤系统和二次过滤系统。

轧机在轧制过程中，大量轧制油喷射在带钢表面，从干净的油变为脏油，脏油通过轧机本体下的收集槽和管道回流到脏油箱，再通过泵打到过滤系统的一次过滤罐，经一次过滤罐内的滤芯过滤后，变成干净的油，再通过泵抽回到净油箱，这个过程是一次过滤系统。经过一段时间的运行，一次过滤罐内滤芯表面依附了大量的杂质和脏物。如果不对滤芯进行清理，滤芯表面会堆积大量脏物，从而会使滤芯的过滤能力大大下降，无法满足轧机正常需要的轧制油喷射量。为了让滤芯能够循环再使用，系统增设了一个对滤芯进行吹扫的过程，这个过程叫作“反冲洗”，就是先将一次过滤罐内的轧制油排走，然后用压缩空气从滤芯内部向外部进行吹气，这样可以将依附在滤芯外面的杂质和脏物吹掉，滤芯又可以重新正常的过滤。

2.1 一次过滤系统设备组成

一次过滤系统的设备主要包括：4台一级泵（3备1），3个主过滤罐，3台二级泵和若干管道阀门。

2.2 一次过滤系统的工作原理

2.2.1 正常过滤阶段（图3）

图3 一次过滤系统

一级过滤泵从脏油箱内把脏油输送到主过滤罐，主过滤罐内装有5层过滤盘，每个过滤盘装有过滤滤芯，脏油经过滤芯，把脏油里面的杂质和细小颗粒过滤掉后变成干净油，干净油经过滤芯内部到达过滤盘，再通过二级过滤泵把干净油输送到净油箱内。为了保证脏油的足量，一级泵的抽油量要大于二级泵的抽油量，故过滤罐一直处于高液位状态，多余的脏油从溢流管流回到脏油箱内。3个过滤罐的过滤流量一共11000l/min左右，使净油箱一直处于高液位状态，确保净油的正常供应。

2.2.2 反冲洗阶段

轧制油过滤系统的反冲洗，是轧制油过滤系统不可缺少的重要步骤，也是整个系统最重要最复杂的控制程序，过滤系统的运行好坏可以从反冲洗这个过程中判断出来，它是保证滤芯循环使用的最关键的步骤。通过反冲洗，可以把吸附在滤芯表面的大量的杂质，淤泥，纸屑和细小金属颗粒全部吹掉。若不及时清理掉，会直接影响滤芯的过滤能力和使用寿命，最终导致整个过滤系统功能伤失。为了不影响机组的正常生产，清洗滤芯都是不停机的状态下在线清洗，因此工作效率很高。

SUNDWIG—PALL过滤系统的排油过程很有创意，具有两个其他过滤系统没有具备的优点：一是一次过滤罐内的油利用重力自然流回净油箱，节省了抽油泵及相关电气控制设备；二是一次过滤罐内的脏油是通过滤芯后变成净油流回到净油箱内，节省了一个很大的中间周转箱及相关管道设备，大大提高了整个系统的过滤效率。

2.2.3 过滤罐和过滤盘

过滤罐采用圆柱罐状形式，下部呈圆锥形（图4），主要用于油的储存和收集。上顶是平板，设有通风管道与脏油箱相连。这样可以把油雾统一收集到脏油箱内，再通过油雾收集系统排向大气。

图4 一次过滤罐示意图

每个过滤罐内装有五层过滤盘，过滤盘由五根圆柱形的立柱支撑，以层层叠加的方式安装（图4）。过滤盘为短圆柱体结构，中间有隔板，把过滤盘分成两部分，用于收集滤芯过滤后的干净油。过滤盘下表面有很多个螺纹孔，用于安装滤芯，每个过滤盘可以安装800多个滤芯。侧面有两根短的出油管道，通过法兰与过滤罐出油管道相连。这种设计比没有隔板的设计好很多（其他过滤系统没有设计隔板），当压缩空气吹扫时，吹扫空间越小，吹扫流量和压力损失的越小，可以提高吹扫的效果，有利于延长滤芯的使用寿命[5]。

2.2.4 过滤滤芯

过滤滤芯的寿命与很多因数有关：生产工艺、轧制的材料、轧制油的种类、过滤流量、空气吹扫压力和操作维护等等。但在轧制条件和维护方式相同的情况下，系统的设计起到关键作用。所以，有经验的制造商和经验不多的制造商设计出来的系统，对滤芯的使用寿命相差很多。

SUNDWIG—PALL过滤系统的滤芯是由美国PALL公司设计制造的，采用缠绕熔喷式，其外层滤材的孔洞比内层孔洞大，过滤的孔形成倒锥形，这种结构的设计可以提高压缩空气对滤芯的反冲洗效果。

滤芯的工作原理（图5）：脏油从滤芯外表面进入滤芯内部，把杂质和脏物挡在滤芯外面，干净的油从滤芯中间出去。当滤芯进行反冲洗时，脏油排掉后，压缩空气进入滤芯内部向外部吹扫，反复多次吹扫，把滤芯表面的杂质和脏物吹掉，达到清洗滤芯的作用。

图5 滤芯示意图

2.3 二次过滤系统工作原理

二次过滤系统的主要功能是处理一次过滤系统过滤下来的渣滓和污泥，发挥回收再利用的功能，提高轧制油的可利用率，降低油耗成本。

2.3.1 正常过滤阶段

其工作原理为（图6）：当收集油罐的液位到达10%时，收集油罐下面的污油泵启动，把污油抽到一中间油箱的左侧油箱，左侧油箱满了以后，通过管道溢流到板式预分离器，板式预分离器内部有许多挡板隔开，经过一级级沉淀，再通过管道溢流到二中间油箱。板式分离底部装有刮板，可以把沉淀下来的淤泥和杂物通过刮板排出系统。当二中间油箱的液位到达10%时，二中间油箱的抽油泵启动，通过管道把油抽到一中间油箱的右侧油箱，右侧油箱满了以后，再通过管道溢流到二次过滤罐内。污油利用自然流动经过二次过滤器滤芯，把细小的渣滓和污泥过滤干净，再通过管道流回脏油箱。

图6 二次过滤系统

板式预分离器是SUNDWIG—PALL过滤系统所特有的设备，它的优点是可以把收集油罐过来的污油，经过板式预分离器以后，把大量的淤泥和杂物排除系统，从而大大减轻了二次过滤器滤芯的负担，大大延长了二次过滤器滤芯的使用寿命。

二次过滤系统也是SUNDWIG—PALL过滤系统所特有的系统，它的优点是利用重力的作用，油自然流经二次过滤滤芯，节约了两台抽油泵和相关电气控制设备，大大节省了设备的投入成本。

2.3.2 反冲洗过程

反冲洗过程是二次过滤系统稳定运行的重要步骤，通过压缩空气对滤芯的吹扫，把滤芯表面的大量脏物吹下来，达到延长滤芯使用寿命的目的。

反冲洗步骤分三大步：

第一步：排油。停止二中间油箱抽油泵，关闭进油阀，打开二次过滤罐底下的放油阀，脏油通过管道排到污油罐（sludge tanks）内，此过程大概需要3min。

第二步：空气吹扫。打开压缩空气阀，从储气罐来的压缩空气对滤芯进行吹扫，压缩空气进入滤芯内部向外吹扫，把滤芯表面的脏油和污油吹掉。吹扫过程为：吹5s，停10s，反复吹扫14次。此时排油阀一直处于打开状态，这样可以边吹扫边把吹扫下来的污油排到污油罐内，从而提高排油效率。整个吹扫时间大约需要4min。

第三步：正常过滤。关闭排油阀，打开进油阀，启动二中间油箱抽油泵，把油抽到二中间右侧油箱，再溢流到二次过滤器内，进行正常过滤。

3 存在问题

SUNDWIG—PALL过滤系统从目前运行状态来看，是现有宝新公司最先进、自动化程度最高，过滤精度最高，维护量最小的过滤系统。但是该系统设计上有一个缺陷，由于自动化程度高，反冲洗步骤全部自动完成，无法手动干预。当过滤系统停止后，系统自动进行反冲且在第三步完成后自动停止，此时一次过滤罐内处于排空状态。当机组年修或长时间停机时，过滤罐内的滤芯会慢慢干化，表面残留下来的淤泥会积块，会把滤芯堵住。当系统运行起来后，滤芯的通流量会大大减少，从而严重影响整个过滤系统的过滤能力，对滤芯的使用寿命也大大缩短。2006年3号轧机大检修，过滤系统停运三天三夜，当系统送电运行后，发现每个过滤罐出口流量只有1000l/min多点（正常为3400l/min）。后来，通过各方协调努力，足足花了一个星期的时间，并对过滤系统的许多参数进行修改后，才到达每个罐3000l/min的流量，勉强维持生产。

3.1 优化方案

SUNDWIG—PALL轧制油过滤系统由于出现了上述严重的问题，故必须要对该系统进行改进或优化，通过长时间对过滤系统的跟踪和摸索，询问了许多关于滤芯的专业制造厂家，最后分析出使用过的轧制油滤芯不能长时间处于干晾状态，否则滤芯表面的淤泥肯定会的积块，从而使滤芯干化。因此，必须用一种介质对滤芯进行浸泡才能保证滤芯不干化。当时，想了许许多多介质，因为量太大都一一被否决了。后来突然想到可以利用现有的轧制油进行浸泡，而且有足够的量可以对所有滤芯进行浸泡。通过查阅图纸及勘察现场管道的布置情况，可以不增加任何抽油设备和管道的情况下浸泡滤芯。即把喷射泵打开，利用对过滤盘喷淋的喷淋管道，可以对过滤罐进行充油，而且是干净的轧制油，管道的气动阀可以通过手动进行打开或关闭。

3.2 方案实施

2007年～2008年，我们充分利用上述方案，对4号轧机的SUNDWIG—PALL轧制油过滤系统停运方式进行了优化。当过滤系统自动停止后，启动一台喷射泵，再手动打开喷淋管道的气动截止阀，干净的轧制油随着管道流向过滤罐内，约20min后，过滤罐内充满了油，这样逐一对三个过滤罐都充满了油，从而把过滤罐内的所有滤芯全部浸泡在干净的轧制油里。由于机组停运时间长，需要每周对过滤罐内的液位进行检查，万一管道阀门有泄漏的话，会严重影响滤芯的浸泡效果，而且也浪费轧制油。

因喷淋管道上的孔很小，充油时间很长，手动捅气动阀很累。后来叫电气人员直接在后台修改程序，强制打开截止阀，大大方便了充油。但有一次，电气人员强制后忘了把程序改回来，系统启动后就出错了。最后，我们制作了一个专门捅气动阀的专用工具，只要对气动阀按住再一转动就可以了，当过滤罐充满油后把工具拿掉即可，既方便有不会出错，也不用麻烦电气人员，效率又很高。

3.3 效果观察

经过几次的实施，效果非常好。机组全停电最长达8个月，开机前运行过滤系统，观察过滤罐出口的流量，压力等主要参数几乎一点没改变，完全保持原有的数据状态。并且通过数天的观察，过滤系统无任何报警，整个系统运行一切正常。

4 维护要点

SUNDWIG—PALL过滤系统自动化程度高、过滤效率高，自行可以对过滤滤芯做反冲洗，属于免维护系统。但是，任何先进的设备都是有寿命的，为了提高过滤系统滤芯的使用寿命，必须对过滤系统进行一定量的检查维护。主要分为三种：日常维护、周期维护和数据分析。

4.1 日常维护

日常维护比较简单，但也很重要，主要观察整个过滤系统的运行情况（可在操作室或电气室的电脑画面上看到），从画面上可以了解近几天过滤系统的运行状况是否正常,若有异常情况，系统会自动出现报警，操作工根据情况及时联系设备维护人员。另外，从过滤系统现场可以点检一些量化的项目，如每个罐的过滤流量，压力，液位，油温，泄漏以及泵的运转状况，通过压力或流量的变化情况，可了解滤芯的使用状况。

4.2 周期维护

一次过滤系统的周期维护主要是定期（半年或一年）打开过滤罐吊出过滤盘，检查滤芯情况，如滤芯有否脱落，表面是否破损等，根据情况作相应的更换或处理。顺便清理过滤罐底部和过滤盘上面的污泥，作好清理清洁工作。另外，日常点检时发现的一些异常情况，利用定修期间，来针对性的进行解体检查并及时处理。

表1 二次过滤系统的周期维护如表

4.3 数据分析

数据分析内容分为两大部分：一次过滤系统数据分析和二次过滤系统数据分析。

4.3.1 一次过滤系统数据分析

主要每周一次对反冲洗排油时间的数据进行记录（主操室电脑操作画面上），并结合过滤系统实际运行状态，对记录的数据进行分析，通过分析可以大概判断出一次过滤系统滤芯的运行情况和劣化趋势，为日后对过滤系统的维护和申报大批量的备件提供依据。

图7 2009年一次过滤系统排油时间曲线图

上图表为一次过滤系统排油时间的曲线图，数据为每个罐每月排油时间的平均值，通过上图可以清楚地看出，3号过滤罐的排油时间最长，且有上升的趋势，说明该过滤罐的滤芯相对其他两个罐的滤芯过滤能力有点下降。所以，3号过滤罐的过滤滤芯我们以后需要特别关注。

4.3.2 二次过滤系统数据分析

每天或者每周对二次过滤系统收集油罐、一中间油箱、二中间油箱等液位的查看，基本可以判断出二次过滤系统的运行情况。

通过图8两个中间油箱的液位曲线变化情况，可以分析出一中间油箱工作是否正常，二中间油箱抽油泵的运行是否正常，板式分离器运行是否正常。

图8 一中间和二中间油箱的液位图

通过图9的曲线可以判断出，一次过滤系统的反冲洗后污油的排油情况是否正常，收集油罐抽油泵运行是否正常，还可以通过手摸一中间油箱溢流管的温度，可以准确的判断出二次过滤器滤芯的使用状态，为提前更换滤芯做好相应的准备工作。

图9 收集油罐液位及泵抽油量图

通过对二次过滤系统各油箱曲线的掌握和分析研究，可以间接的判断出一次过滤系统反冲洗步骤是否正常，从而可以掌握整个过滤系统的运行情况。

5 结语

轧制油过滤系统对不锈钢冷轧机来说是一个不可缺少的重要组成部分，它运行的好坏直接影响着带钢的质量和机组的稳定性，本文通过对SUNGWIG—PALL轧制油过滤系统的分析研究，解决了一直困扰我们现场维护人员的一些维护难题，为日后宝新乃至整个不锈钢冷轧机的轧制油过滤系统的维护和提前申报大批量的备件提供科学依据。