應用現(xiàn)代油液分析診斷技術提高設備潤滑管理水平.doc

第4期李東等應用現(xiàn)代油液分析診斷技術提高設備潤滑管理水平57應用現(xiàn)代油液分析診斷技術提高設備潤滑管理水平李 東 陳大禧（長嶺煉油化工有限責任公司設備研究所）摘 要 通過對國內(nèi)外油液分析診斷技術的研究與應用調(diào)查，闡述了設備合理潤滑的關鍵是采用先進的油液分析診斷技術，合理選擇和使用潤滑油；并針對目前一些企業(yè)的潤滑油管理中存在的不足，提出了在大型化、連續(xù)生產(chǎn)石化企業(yè)，完全有必要建立現(xiàn)代油液分析診斷系統(tǒng)，進一步提高潤滑油管理水平，以確保設備長周期安全運行。關鍵詞 油液分析 診斷 潤滑 管理1 前言據(jù)資料介紹1，80的機械設備的失效是磨損失效；影響設備的效率各因素中，1/3至1/2的能耗由摩擦副摩擦損失引起。而在機械設備的磨損故障中，潤滑不良是導致磨損失效的主要原因。設備潤滑不良帶來兩大方面的問題。其中最為普遍的問題是使企業(yè)單位產(chǎn)值能耗以及潤滑油消耗增高；其二，潤滑不良嚴重時，導致設備事故的發(fā)生，影響正常生產(chǎn)。因此，人們一直致力于“合理潤滑技術”的研究，所謂“合理潤滑”指的是采用先進的管理方法，合理選擇和使用潤滑油，從而降低設備摩擦功耗，減少設備磨損和潤滑油的耗量，確保設備安全運行。表1 中國與發(fā)達國家單位產(chǎn)值能耗比較項 目中國美國日本英國德國法國單位產(chǎn)值耗能量（噸/千美元，1989年）1.4310.4270.2570.40.3920.373單位產(chǎn)值耗潤滑油量（公斤/千美元，1986年）5.82.581.531.511.642.23單位產(chǎn)值耗電量（度/千美元，1989年）1395650503586633687 這方面的技術，在工業(yè)發(fā)達國家已受到普遍關注和廣泛應用。我國在這方面的研究與應用起步較晚，與發(fā)達國家比有較大的距離（見表1）。由表1可以看出，我國單位產(chǎn)值的能耗、潤滑油的消耗均遠遠高于西方發(fā)達國家2。 石化系統(tǒng)是一個系統(tǒng)復雜、生產(chǎn)條件苛刻、自動化程度高的大型化生產(chǎn)行業(yè)，歷來重視設備的狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷，振動監(jiān)測技術得到了較快的發(fā)展，然而油液分析技術發(fā)展較慢，大多數(shù)的石化企業(yè)對潤滑油的檢測只限于一般的理化分析，對新油和在用油的管理，僅僅停留在一般性的管理上，只有少數(shù)的企業(yè)擁有較為完整的油液分析技術手段。這一狀況離行業(yè)特點對設備全方位的管理要求有一定距離，因此，在石化企業(yè)很有必要建立一套較為完整的油液分析診斷系統(tǒng)，進一步提高設備潤滑管理水平。2 傳統(tǒng)油液分析技術的不足為保證設備的正常運行，依據(jù)不同的設備運行狀態(tài)，潤滑油一般應分別具有以下性能：中和能力，清潔分散力，抗氧化性能，極壓性能，抗腐蝕性，防泡性能，防銹性能，等等。而基礎油并不具備這些性能，只有通過加入不同的添加劑，才能滿足上述要求。 潤滑油的上述性能中，最為關鍵的是其抗氧化性能和極壓性能。潤滑油的抗氧化性能決定了它的使用壽命，因為油品氧化，會產(chǎn)生酸性物質(zhì)和沉淀物，嚴重影響設備的安全運行；潤滑油的極壓性能是決定油膜厚度的主要因素，而油膜厚度又影響油膜的剛度，直接影響機械振動的幅度，關系到機組的使用壽命。潤滑油的粘溫特性是從另外一個角度反映其使用性能，潤滑油的粘度首先影響其潤滑性能，而潤滑油的粘度隨溫度的變化是非線性的，在設備運行溫度范圍內(nèi)，粘度變化過大是很難確保設備平穩(wěn)運行的。因此，設備用潤滑油應考慮選用具有良好粘溫特性的油品，以求得理想的運行效果。此外，對在用油中的磨損顆粒、污染物的監(jiān)測也非常重要。因為機械設備在運行過程中，各摩擦副之間不可避免的發(fā)生摩擦，當油品衰變，或受雜質(zhì)污染時，設備的磨損加劇，形態(tài)各異的磨損顆粒進入潤滑油中，若不及時發(fā)現(xiàn)，會影響機器的使用壽命，嚴重時有可能發(fā)生停機事故。由此可見，合理選用潤滑油對設備的安全運行至關重要；并且在潤滑油的使用過程中，還應對其性能的變化進行全面的監(jiān)測，才能做到合理潤滑，確保設備長周期安全運行。 傳統(tǒng)油液分析技術包括運動粘度、極壓性、閃點、酸值、水分、凝點、PH值、機械雜質(zhì)、灰分、殘?zhí)?、腐蝕試驗等十余項分析指標的檢測。盡管分析結(jié)果準確度較高，但分析操作非常繁瑣，且只能從潤滑油的表觀變化間接地反映油品的降解、衰變情況。其中只有運動粘度、極壓性、凝點與機器使用性能有一定關聯(lián)，其它指標不一定與之有關，它們只是對特定的原料、特定的加工工藝和特定的添加劑才有意義。換句話說，油品的理化性能合格，其使用性能不一定合格。 事實上，當理化指標分析正常時，往往因使用的潤滑油中未加添加劑或添加劑性能不良、磨損元素超標等原因，而造成的設備事故時有發(fā)生3。如：長煉1#催化原3#主風機軸承故障： 在1993年前后，該機曾發(fā)生過兩次嚴重的潤滑事故。第一次是由于潤滑油乳化，失去潤滑性能，造成風機軸承蓋飛脫、軸承燒毀。第二次是由于潤滑油中加入的添加劑性能不良，造成右風機軸承碎裂，對生產(chǎn)影響很大。長煉焦化180泵聯(lián)軸節(jié)嚴重偏磨：1998年停機大檢修時發(fā)現(xiàn)，焦化180泵齒輪聯(lián)軸節(jié)嚴重偏磨。在此之前，對潤滑油的常規(guī)理化檢驗未發(fā)現(xiàn)任何異常。 平頂山煤礦新油運行故障：某空壓機加入了理化指標合格的壓縮機油，運轉(zhuǎn)不久，即產(chǎn)生拉缸故障。發(fā)射光譜分析結(jié)果表明：該壓縮機油中未加添加劑，幾乎是基礎油。平頂山煤礦設備軸承磨損：某空壓機潤滑油理化分析指標正常，但光譜分析和鐵譜分析發(fā)現(xiàn)磨損元素超過控制界限，經(jīng)停機拆檢，證實滑動軸承產(chǎn)生異常磨損。 由此可知，單純依靠傳統(tǒng)的油液分析技術，不能滿足現(xiàn)代化設備管理的需要。3 現(xiàn)代油液分析、診斷技術4 綜上所述，不難看出，潤滑油性能的評價，除常規(guī)理化指標分析外，更重要的是油品添加劑的分析；在用油的分析，還須考察潤滑油中磨損元素的水平，以判斷設備運行狀態(tài)?；趯櫥推焚|(zhì)進行全面分析而發(fā)展起來的現(xiàn)代油液分析技術，包括油品性能分析和油品中磨粒的分析兩方面，前者主要采用理化指標分析技術和傅立葉紅外光譜分析技術，后者主要采用鐵譜分析技術、發(fā)射光譜分析技術。3.1 鐵譜分析技術鐵譜分析技術是一種以磨粒分析為基礎的油液分析技術，它是利用高梯度、強磁場，從潤滑油中分離磨粒和污染物微粒，按尺寸有序地沉積，借助各種手段觀察、測量和分析這些磨粒，以獲得設備磨損過程中的各類信息，如磨損微粒大小、形貌及分布、成分、濃度等，從而診斷設備磨損形式、原因、程度、部位以及預測其磨損發(fā)展趨勢。它是設備失效原因分析較為有效的方法，特別適合對磨損類故障原因分析，是其它分析技術方法無法取代的。鐵譜分析技術使用的儀器有實驗室用直讀式鐵譜儀、斜面分析式鐵譜儀、旋轉(zhuǎn)分析式鐵譜儀等，以及現(xiàn)場連續(xù)監(jiān)測用的在線式鐵譜儀等，各種儀器因分離、檢測磨損微粒的方法不同而各有特點。方法特點：（1）對鐵磁性磨粒進行定性、半定量分析。（2）適用于大顆粒分析，能對尺寸介于1um200um之間的磨粒進行分析。（3）過分依賴分析者的知識水平和實踐經(jīng)驗，諸多因素引起分析結(jié)果的重現(xiàn)性較差。（4）分析時間長、程序多，不利于大量設備的現(xiàn)場監(jiān)測。3.2 發(fā)射光譜分析技術潤滑油光譜分析技術主要有原子發(fā)射光譜技術和原子吸收光譜技術，該技術是一種元素定量分析方法，通過它可以測定潤滑油中的添加劑元素、磨損元素、污染元素等的成分和含量。原子吸收光譜技術，分析靈敏度高、結(jié)果準確可靠，但由于存在油樣預處理繁瑣、費時，且每分析一種元素需更換相應的元素燈等缺點，致使操作麻煩、分析速度慢。而原子發(fā)射光譜技術恰好彌補了上述不足，因此，潤滑油的光譜分析一般都采用發(fā)射光譜分析技術。目前，國內(nèi)企業(yè)和科研單位使用較多的儀器有美國貝爾德公司生產(chǎn)的FAS-2C、MOA型油料光譜分析儀，美國超譜公司生產(chǎn)的M型油液分析。油料分析光譜儀所能測量的元素大體可分為三類： 磨損金屬：Fe、Cu、Ti、Pb、Cr、Al、Ni、Ag、Sn、Mo 添加劑：Ca、P、Ba、Mg、Zn 污染物：Na、Si、B、K方法特點：（1）分析迅速，樣品不需任何處理，很短時間內(nèi)可同時分析出十幾至二十幾種元素，特別適用含有多種材質(zhì)摩擦副的設備群體監(jiān)測。（2）結(jié)果準確度高，精度可達ppm級。（3）適合于磨粒10um的元素分析 3.3 傅立葉紅外光譜分析技術該技術根據(jù)潤滑油中各組分包含的基團吸收特定頻率紅外輻射的強度，可以對油液中各組分進行定性、定量分析。通過對在用油和新油在紅外光譜上的差異，能夠分析出在用油添加劑的降解程度，并能監(jiān)測油品的硝化、硫化以及串水等情況，以判斷潤滑油的衰變和污染程度。該技術能彌補理化性能分析的不足，例如：粘度是反映潤滑油使用性能的一項重要指標，它也常用于指示油液的衰變或污染的程度。潤滑油在使用過程中，其粘度可能因各種原因增加或降低，致使各種問題同時出現(xiàn)，有可能使設備故障隱患被掩蓋。如果單憑粘度作為設備運行狀態(tài)參數(shù)是不可靠的，而若能與傅立葉紅外分析的油液降解程度和污染數(shù)據(jù)結(jié)合起來，分析判斷設備運行狀態(tài)，則更為可靠。目前，國際上生產(chǎn)傅立葉紅外光譜儀的廠家有九個，國內(nèi)用于潤滑油分析的主要有美國Nicolt、Perkin-Elmer、Bio-Rad等公司生產(chǎn)的傅立葉紅外光譜儀。方法特點：（1）傅立葉紅外光譜是一種分子吸收光譜，利用它可對有機物官能團進行定性、定量分析。（2）該分析方法操作簡便、快速，結(jié)果重復性好，有可能取代傳統(tǒng)的油液化學分析。有關現(xiàn)代油液分析、診斷系統(tǒng)的原則流程見圖1，由圖1可以看出：只有綜合運用多種油液分析技術，從不同角度捕捉油液使用性能和運行性能的相關信息，才能高效、全面、準確地對潤滑油品質(zhì)做出評價。4 應用情況4.1 國內(nèi)企業(yè)（1）北京吉普車有限公司發(fā)動機分廠 采用合理潤滑技術，取得明顯經(jīng)濟效益。1997年，僅延長換油周期，實行舊油回收利用，節(jié)約費用40萬元。而降低機械磨損，減少故障損失，延長設備使用壽命所帶來的間接經(jīng)濟效益要大得多（據(jù)估計該廠設備使用壽命若延長10，間接經(jīng)濟效益將超過1000萬元）。（2）德興銅礦 綜合運用潤滑油檢測技術，對新油嚴格把關，三年中檢出不合格油品占總數(shù)的12%；對在用油進行監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)異常磨損占總數(shù)的15%，及時采取了措施，避免了重大事故的發(fā)生。（3）平頂山煤礦成立了由公司領導和有關職能部門負責人參加的領導小組，建立起了組織協(xié)調(diào)、取樣送檢、潤滑油鐵譜分析光譜分析理化分析紅外分析磨粒數(shù)量磨粒尺寸磨粒形貌油品性能油品降解污染程度元素成分元素含量綜合分析、診斷圖1 現(xiàn)代油液分析診斷系統(tǒng)的基本配置和工作流程管理考核的網(wǎng)絡體系。建立了現(xiàn)代油液分析、診斷系統(tǒng)，對設備潤滑情況進行多層次全方位監(jiān)測。 開展油液監(jiān)測之后，每年損壞的主泵由150臺減少至34臺，維修費用明顯降低。（4）馬鋼煤焦化公司 從1983年開始，該公司采用油液監(jiān)測技術對在用油實行監(jiān)控管理，按質(zhì)換油，使機組的換油周期延長了16倍以上，既保證了機組的正常潤滑，又取得了顯著的經(jīng)濟效益。（5）寶鋼集團公司 1992年起，成立了油液檢測中心。1997年完成了“油液診斷軟件包”的編程和調(diào)試，并已在寶鋼正式投入使用，在設備磨損狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷中發(fā)揮了重要的作用。1998年，該公司對各生產(chǎn)廠2905臺（次）設備進行檢測診斷，共發(fā)現(xiàn)異常磨損151次，占總數(shù)的5.2%，由此有針對性地采取了措施，降低了設備故障率。且在按質(zhì)換油方面，節(jié)省費用289萬元。（6）油液連續(xù)發(fā)黑原因分析(廣州機床研究所) 1997年，大亞灣核電站軸承油換油一個月后發(fā)黑，連續(xù)三次換油，均出現(xiàn)如此現(xiàn)象。取樣進行常規(guī)理化檢驗，各項指標均無異常。機組是停、是開難以決斷。送樣到廣州機床研究所。經(jīng)油料光譜儀分析，發(fā)現(xiàn)油樣中的Fe100ppm，這在磨損嚴重的柴油機中都很少見。用紅外光譜儀做鐵的成分分析，發(fā)現(xiàn)其組成為四氧化三鐵，鐵譜分析發(fā)現(xiàn)油中顆粒很小，只有12微米。由此可以斷定油品發(fā)黑的原因不是磨損造成的。通過多方分析、查證，得出結(jié)論，原來是進口軸承表面涂了一層防銹油，其中含有四氧化三鐵，起防銹、拋光作用。據(jù)此，避免了不必要的停機事故以及因停機而造成的較大經(jīng)濟損失。（7）潤滑油串水故障分析在柴油機耐久試驗中，用油料光譜儀進行油液監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)機油內(nèi)鈉、鎂、鈣三種元素的含量急劇增加。這三種元素在柴油機零件的金屬材料中是不存在的，只有冷卻水中才有，從而推斷為柴油機冷卻系統(tǒng)漏水。經(jīng)檢查，果然是中冷器漏水，水混入機油內(nèi)。經(jīng)排除故障更換機油后，這些元素的含量得以恢復正常（見表2）。4.2 國外企業(yè)（1）日本的Nippon Steel公司5在日本，潤滑管理受到了廣泛的重視。企業(yè)成立了潤滑管理組織體系，明確各部門職責；嚴格按規(guī)定執(zhí)行，在確保設備潤滑良好前提下，降低油品消耗。潤滑油的選擇和潤滑油的定期分析須采用先進的油液檢測技術來實施。為了便于管理，減少油品種類，新增設備潤滑油的選擇和現(xiàn)有設備潤滑油的改型，要按規(guī)定的程序報批審查。對在用潤滑油要定期進行光譜、鐵譜和理化性能分析，了解油液是否變質(zhì)，油液中磨損元素是否超標，從而確定是否換油、是否停機檢修。表2 潤滑油中金屬元素含量 元素/ppm時間/hFePbAlCuSiCrNaMgCaSn650236510412712136742466114126121369027771251326281722338817102462061174534119372226949147175634149392427654201773621642351917958226412141718191022651214131 日本的Nippon Steel公司在1980年使用油料分析技術后，油耗百分比由原來的40%下降到10%，泵的更換頻次由原來的90%降到了20%。（2）美國空軍6美國空軍是最早采用先進的油液光譜檢測技術，對飛機的發(fā)動機進行狀態(tài)監(jiān)測的。據(jù)報道，美國空軍某年分析油樣近萬個，其中86例診斷發(fā)動機有故障，經(jīng)查證，挽回損失500