主动式废油收集系统在高海拔地区的应用

陈宿 王明辉

摘  要：随着环境保护意识的日益增强，废油的妥善处理变得尤为重要。高海拔地区由于其独特的气候和环境特点，为废油处理带来了许多挑战。该文主要探讨主动式废油收集系统的基本原理，以及其在高海拔地区的应用。通过对高海拔地区的气候、环境、交通及基础设施状况进行分析，该文深入研究主动式废油收集系统在此类地区的适用性，并通过实例研究进一步验证其效益。该文的研究不仅为高海拔地区提供一种有效的废油处理方法，同时也对环境保护提供有力的支持。

关键词：主动式废油收集系统；高海拔；废油处理；环境保护；基本原理

中图分类号：TP273       文献标志码：A          文章编号：2095-2945（2024）10-0177-04

Abstract： With the increasing awareness of environmental protection， the proper disposal of waste oil becomes particularly important. Because of its unique climate and environmental characteristics， high altitude areas have brought many challenges to waste oil treatment. This paper mainly discusses the basic principle of active waste oil collection system and its application in high altitude areas. Through the analysis of climate， environment， traffic and infrastructure in high altitude areas， this paper deeply studies the applicability of active waste oil collection system in such areas， and further verifies its benefits through a case study. The study of this paper not only provides an effective method for the treatment of waste oil in high altitude areas， but also provides a strong support for environmental protection.

Keywords： active waste oil collection system; high altitude; waste oil treatment; environmental protection; basic principles

随着工业化和现代化的进程，废油产生量逐年增加，如何有效地收集和处理废油，减少其对环境的影响，成为了研究和工业界的一个重要课题。特别是在高海拔地区，受限于其特有的气候、环境、交通和基础设施条件，废油处理的问题更为突出。传统的废油收集方法在这些地区往往难以发挥预期的效果。因此，本文选择主动式废油收集系统作为研究对象，旨在探索其在高海拔地区的应用。

1  主动式废油收集系统的基本原理

1.1  废油收集的基本方法

废油收集是一个涉及多个领域的技术过程，目的是有效、高效地从各种设备、机械和工艺流程中回收使用过的润滑油或其他油脂。在传统的方法中，废油主要依靠重力自流、手动刮除或使用简单的吸油装置进行收集。但这些方法往往效率低下，多为劳动密集型作业，且可能导致部分油脂遗漏，造成环境污染。

随着技术的进步，现代的废油收集方法已经发展到使用高效的真空抽吸、机械挤压和液压驱动的设备，能够在短时间内从设备表面或内部快速、完整地回收废油。其中，液压驱动的主动式废油收集系统尤为突出，它不仅能够主动地从设备中抽取废油，还可以通过传感器和监控设备实时监测系统的工作状态，确保收集过程的连续性和稳定性[1]。

此外，废油的初步处理也是收集过程的重要部分。为了使收集到的废油满足再利用或合规处置的要求，通常需要通过过滤、沉淀、离心等方法去除其中的杂质和水分。

1.2  主动式系统的核心组件及工作原理

主动式废油收集系统是一个高度集成化的装置，能够自主、高效地从设备和机械中抽取废油。如图1所示，其核心组件主要包括液压泵、吸排脂器、废油收集器（集油瓶或集油桶）、监控器和传感器管路附件等。

图1  废油收集系统

1）动力泵。该设备是主动式系统的核心部件，它采用电动齿轮泵作为主要构成，并配备了透明圆筒形油箱和弹簧活塞式辅助压油结构，如图2所示。使用低温液压油作为其工作介质，以确保在风电机组全天候环境中能稳定地为系统运行提供持续且稳定的液压动力。此泵的设计容积为2 L，工作电压为DC24 V，具有55 mL/min的排量和4.5 MPa的工作压力。

图2  动力泵

2）吸排脂器（图3）。该设备是整个系统的核心执行部件，它的工作原理主要基于液压油驱动的阶梯活塞的往复运动。在这个过程中，通过动力管和单向闸的协同工作，油脂被从特定部位吸取并经由活塞压缩成小颗粒。单向闸作为一个精确的控制装置，确保油脂只能在一个特定的方向流动，从而使得油脂得以有效地被收集并定向排放至指定区域。此外，吸排脂器的设计允许它在一个宽泛的温度范围内工作，从-40～70 ℃，且其最大生存温度可以达到-45～80 ℃。在实际操作中，吸排脂器每次可以抽取的油脂量为1.35 mL（理論值），并且其工作循环不超过25次，确保每次吸脂的真空度保持在-0.6～-0.8 atm之间。对于收集的废旧润滑脂，系统提供了多种集油形式，如0.5 L的集油瓶和4 L的集油桶，这主要取决于实际的现场安装空间。

3）油压传感器。这是系统的一个关键监控部件，用于实时检测系统的工作状态，确保系统在预定的压力范围内稳定运行。当系统内的压力达到或超出预定范围时，传感器会及时发出警报或与控制单元交互，调整系统工作状态。

4）电控监控器。此部分负责控制整个系统的运行，包括启动、停机、换向等操作。它可以设定工作参数，如工作/休息周期、工作时间等，确保系统按照预设条件高效运行。

5）管路与附件。这些部分确保系统内的液体流动无阻，并连接各个组件，使其协同工作。管路要具有良好的密封性能和抗压能力，确保系统长时间、安全地运行。

其工作原理是液压泵给系统提供动力，通过推动吸排脂器内部的活塞，使吸排脂器内部产生真空吸力，将废油从轴承内部吸出。

图3  吸排脂器

1.3  主动式废油收集系统方案及关键技术

主动式废油收集系统通过一个高效且有条不紊的流程，确保废油从源头被完整收集、精确过滤，并得到适当的处理和存储（图4）。首先，系统利用废油管直接从产生点开始收集废油，随后将其传输至初步过滤装置，清除较大杂质。为了持续监测废油的质量参数，系统内置了压力和温度传感器。根据这些传感器的反馈，废油会被通过吸排脂器送往不同的管道系统中，实现有效的废油分离。其后，系统采用物理或化学手段进行油水分离，进而经过化学和物理处理将油进一步净化。经处理的油脂储存在专用废油桶中，高效的密封技术确保油脂的保存质量且避免对环境造成污染。此整套方案彰显了技术的创新性和实用性，为废油处理提供了科技上的可靠保障。

主动式废油收集系统主要采用了以下关键技术：①传感器技术，它利用多种传感器实时监测废油的温度、湿度和压力，确保处理流程中达到预期标准；②废油分离技术，通过吸排脂器等设备高效地分离废油中的杂质，提取纯净油脂；③油水分离技术，采用物理或化学手段有效地隔离油和水，增加油脂的纯度和再利用价值；④油品净化技术，将废油经过深度化学处理和物理净化，进一步提升其质量；⑤废油桶密封技术，确保储存油脂的废油桶有优良的密封性，避免油脂泄漏或对环境产生污染。

图4  主动废油收集系统

2  高海拔地区的特点与废油处理挑战

2.1  气候与环境特点

高海拔地区的气候和环境特点具有独特性，对废油处理提出了特殊的挑战。首先，这些地区的气温普遍偏低，尤其在冬季，温度可能会降至零下数十度。这种低温环境会使液压油和废油变得更为黏稠，从而增大泵送和收集的难度。其次，空气稀薄是高海拔地区的另一显著特点。机械设备在氧气减少的条件下工作时，可能会遭遇效率下降或故障率增加的问题。此外，高海拔地区的紫外线辐射强度更高，这可能会加速机械部件和材料的老化，缩短其使用寿命。

2.2  高海拔地区废油产生特点

高海拔地区由于其独特的气候和地理环境，对机械设备和润滑油的性能提出了特殊要求。在这样的环境中，机械设备往往会经历极端的温差变化，从寒冷的夜晚到炎热的白天，这导致润滑油的黏度发生显著变化，可能导致润滑不足或过度。此外，高海拔地区的低气压可能导致机械设备内部产生气泡，从而影响润滑油的性能。长时间在这种环境中工作可能会导致润滑油中的添加剂迅速分解，从而降低其性能，增加机械磨损[2]。因此，高海拔地区的废油可能含有更多的杂质和磨损金属颗粒。此外，由于高海拔地区的基础设施通常不够完善，机械维护可能不够频繁，导致润滑油使用寿命缩短，废油产生量增加。

3  主动式废油收集系统在高海拔地区的适用性分析

3.1  适应高海拔地区的特殊设计

高海拔地区的复杂环境对于技术装备和系统提出了独特的设计要求。对于主动式废油收集系统来说，必须对其进行特殊的设计以保证在这种特殊环境下的高效稳定运行。首先，系统的结构材料需要选择具有良好低温性能和高耐腐蚀性的材料，以确保在寒冷和湿润的环境下不会出现材料的脆性破裂或腐蚀。其次，考虑到高海拔地区的大温差和低气压，收集系统的密封性和压力调节能力需要进行优化，以防止气泡、泄漏和油脂的黏稠度变化对系统性能的影响。并且，系统的电子和控制部分需要采用防水、防冻和防电磁干扰的设计，确保在极端天气和地理环境下的稳定工作。再次，为了适应高海拔地区常常伴随的强紫外线和高反射率，系统的外部部件和传感器需要采用抗紫外和抗反光的处理。最后，考虑到高海拔地区的交通和基础设施限制，主动式废油收集系统还需要具有轻便、模块化和易于维护的特点，使得在无法进行大规模维护和更换的情况下仍能持续稳定的运行。

3.2  能源与操作考量

在高海拔地区应用主动式废油收集系统时，能源供应和操作便利性成为两大核心问题。首先，由于高海拔地区的远离主要能源供应网络、气候严酷和日照时长不稳定等因素，系统的能源需求必须高度节能且有备用能源方案。这可能涉及对系统进行优化以减少能源消耗，以及考虑使用太阳能、风能或其他可再生能源作为主要或备用电源。此外，高效的能源储存方案，如先进的蓄电池技术，也是必不可少的[3]。

操作方面，高海拔地区的恶劣环境意味着操作人员可能面临各种不利条件，如低氧、寒冷和强风。因此，系统的操作界面必须简单直观，减少复杂的操作步骤，同时具备良好的故障诊断和自我修复功能。为了进一步简化操作和维护，可以考虑引入远程控制和监视技术，使操作人员可以在相对安全和舒适的环境中对系统进行控制和检查。

3.3  经济性及环境效益分析

在考虑主动式废油收集系统在高海拔地区的应用时，经济性和环境效益是2个至关重要的方面。从经济角度来看，虽然初次投资在系統的设备和安装可能相对较高，但长期运营中，由于其高效的油脂回收能力、减少的维护需求和增强的设备使用寿命，这种系统可能会为运营者节省大量成本。此外，高效的废油回收可以减少润滑油的消耗，进一步降低运营成本。

环境效益方面，主动式废油收集系统通过减少废油外泄进而减少了对环境的污染。在脆弱的高海拔生态系统中，这一点尤为关键。废油可以污染土壤和水资源，破坏生态平衡，影响野生动植物。因此，通过有效收集和处理废油，不仅可以保护这些宝贵的生态系统，还可以确保满足当地和国际的环境保护法规和标准。

4  高海拔地区主动式废油收集系统实例研究

4.1  案例背景介绍

凉风坳风电场，自2016年12月起开始正式投产，拥有装机规模达到49.5 MW，主要采用33台DF93-1500型永磁直驱风机。在这样的高海拔地区，由于特殊的气候与环境特点，确保风机的稳定运行成为了一项重要任务。但随着时间的推移，加上受到了气候和环境的双重影响，变桨轴承和偏航轴承的密封圈出现了破损和油脂渗漏的现象。尽管原有的被动式废油收集系统一直在努力工作，但其已不能有效应对这一挑战，出现了集油瓶中缺乏废旧油脂收集的情况。因此，为了更高效地收集并处理这些泄漏的废旧油脂，现在迫切需要对其进行技术改造。

4.2  实施步骤及方法

为了将凉风坳风电场的废旧油脂收集系统由被动式改造为主动式，首先进行了详尽的现场评估，确诊所有存在破損和漏油的轴承密封圈。基于评估结果，设计团队选取了与DF93-1500型永磁直驱风机相匹配的吸排脂器和其他必要设备。接下来，执行图5所示步骤。

第一步，在实际操作前，进行详细的现场勘查，确定吸排脂器的最佳安装位置，并预测可能的安装障碍。

第二步，为确保安全，所有相关风机都需要暂停运行。这也为工作团队提供了无干扰的安装环境。

第三步，先拆除现有的被动式集油瓶和相关设备，为新设备安装腾出空间。

第四步，按照预先设计的方案，逐一安装吸排脂器至每台风机的相关部位。

第五步，完成安装后，对整个收集系统进行测试，确保吸排脂器和其他设备都能正常工作，而且能有效地收集废旧油脂[4]。

第六步，在风机恢复运行后，对新的主动式收集系统进行实时监控，并根据实际运行情况进行必要的调试，确保系统长期稳定运行。

4.3  效果评估与分析

经过在凉风坳风电场实施的主动式废油收集系统改造，其效果显著。随着新润滑脂持续注入轴承，并与轴承内部的旧脂混合，我们观察到润滑脂的整体状态明显改善。这种混合作用确保了新旧脂在内部形成一个均匀的混合体，进一步提高了轴承的润滑效果。通过连续运转的废油收集系统，成功地从轴承内部排出了旧的润滑脂和其中的磨损颗粒。这种持续的新油替换和旧油排放，使得轴承内部的铁粉颗粒浓度从最初的2 000 ppm降至约1 200 ppm，显示出油脂状态的显著改善。当润滑系统停机后，进一步的废油收集表明新的系统不会过度排放，确保了轴承内有足够的润滑脂维持其润滑效果。

5  结论与展望

经过深入研究与实践，高海拔地区的主动式废油收集系统表现出显著的实用性和环境效益。与被动式相比，其不仅提高了润滑脂的使用效率，而且明显降低了环境污染。尽管高海拔的特殊条件为其应用带来挑战，但通过创新设计和策略，这些问题得到了有效解决。展望未来，随着技术的不断进步和气候变化的挑战，该系统的进一步优化和广泛应用将在环境保护和资源效率上发挥更大作用，值得期待其更广泛的技术创新与实践应用。

参考文献：

[1] 赵婉丽.废润滑油回收现状及发展[J].石油商技，2020，38（1）：4-7.

[2] 张健.高海拔地区风电场运行分析[J].机电信息，2015（36）：156-158.

[3] 张炜.WDSJ-700废油吸脂器[Z].浙江：浙江威盾机械科技有限公司，2022-10-18.

[4] 蔡匀.废油回收沉降过程自动化程序设计及实施[J].自动化应用，2020（2）：16-18.