應(yīng)用現(xiàn)代油液分析診斷技術(shù)提高設(shè)備潤(rùn)滑管理水平.doc

第4期李東等應(yīng)用現(xiàn)代油液分析診斷技術(shù)提高設(shè)備潤(rùn)滑管理水平57應(yīng)用現(xiàn)代油液分析診斷技術(shù)提高設(shè)備潤(rùn)滑管理水平李 東 陳大禧（長(zhǎng)嶺煉油化工有限責(zé)任公司設(shè)備研究所）摘 要 通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外油液分析診斷技術(shù)的研究與應(yīng)用調(diào)查，闡述了設(shè)備合理潤(rùn)滑的關(guān)鍵是采用先進(jìn)的油液分析診斷技術(shù)，合理選擇和使用潤(rùn)滑油；并針對(duì)目前一些企業(yè)的潤(rùn)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(jìn)一步提高潤(rùn)滑油管理水平，以確保設(shè)備長(zhǎng)周期安全運(yùn)行。關(guān)鍵詞 油液分析 診斷 潤(rùn)滑 管理1 前言據(jù)資料介紹1，80的機(jī)械設(shè)備的失效是磨損失效；影響設(shè)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(jī)械設(shè)備的磨損故障中，潤(rùn)滑不良是導(dǎo)致磨損失效的主要原因。設(shè)備潤(rùn)滑不良帶來(lái)兩大方面的問(wèn)題。其中最為普遍的問(wèn)題是使企業(yè)單位產(chǎn)值能耗以及潤(rùn)滑油消耗增高；其二，潤(rùn)滑不良嚴(yán)重時(shí)，導(dǎo)致設(shè)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(rùn)滑技術(shù)”的研究，所謂“合理潤(rùn)滑”指的是采用先進(jìn)的管理方法，合理選擇和使用潤(rùn)滑油，從而降低設(shè)備摩擦功耗，減少設(shè)備磨損和潤(rùn)滑油的耗量，確保設(shè)備安全運(yùn)行。表1 中國(guó)與發(fā)達(dá)國(guó)家單位產(chǎn)值能耗比較項(xiàng) 目中國(guó)美國(guó)日本英國(guó)德國(guó)法國(guó)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(rùn)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(shù)，在工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家已受到普遍關(guān)注和廣泛應(yīng)用。我國(guó)在這方面的研究與應(yīng)用起步較晚，與發(fā)達(dá)國(guó)家比有較大的距離（見(jiàn)表1）。由表1可以看出，我國(guó)單位產(chǎn)值的能耗、潤(rùn)滑油的消耗均遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于西方發(fā)達(dá)國(guó)家2。 石化系統(tǒng)是一個(gè)系統(tǒng)復(fù)雜、生產(chǎn)條件苛刻、自動(dòng)化程度高的大型化生產(chǎn)行業(yè)，歷來(lái)重視設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷，振動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)得到了較快的發(fā)展，然而油液分析技術(shù)發(fā)展較慢，大多數(shù)的石化企業(yè)對(duì)潤(rùn)滑油的檢測(cè)只限于一般的理化分析，對(duì)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(shù)手段。這一狀況離行業(yè)特點(diǎn)對(duì)設(shè)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(jìn)一步提高設(shè)備潤(rùn)滑管理水平。2 傳統(tǒng)油液分析技術(shù)的不足為保證設(shè)備的正常運(yùn)行，依據(jù)不同的設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，潤(rùn)滑油一般應(yīng)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(chǔ)油并不具備這些性能，只有通過(guò)加入不同的添加劑，才能滿(mǎn)足上述要求。 潤(rùn)滑油的上述性能中，最為關(guān)鍵的是其抗氧化性能和極壓性能。潤(rùn)滑油的抗氧化性能決定了它的使用壽命，因?yàn)橛推费趸?，?huì)產(chǎn)生酸性物質(zhì)和沉淀物，嚴(yán)重影響設(shè)備的安全運(yùn)行；潤(rùn)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(jī)械振動(dòng)的幅度，關(guān)系到機(jī)組的使用壽命。潤(rùn)滑油的粘溫特性是從另外一個(gè)角度反映其使用性能，潤(rùn)滑油的粘度首先影響其潤(rùn)滑性能，而潤(rùn)滑油的粘度隨溫度的變化是非線性的，在設(shè)備運(yùn)行溫度范圍內(nèi)，粘度變化過(guò)大是很難確保設(shè)備平穩(wěn)運(yùn)行的。因此，設(shè)備用潤(rùn)滑油應(yīng)考慮選用具有良好粘溫特性的油品，以求得理想的運(yùn)行效果。此外，對(duì)在用油中的磨損顆粒、污染物的監(jiān)測(cè)也非常重要。因?yàn)闄C(jī)械設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中，各摩擦副之間不可避免的發(fā)生摩擦，當(dāng)油品衰變，或受雜質(zhì)污染時(shí)，設(shè)備的磨損加劇，形態(tài)各異的磨損顆粒進(jìn)入潤(rùn)滑油中，若不及時(shí)發(fā)現(xiàn)，會(huì)影響機(jī)器的使用壽命，嚴(yán)重時(shí)有可能發(fā)生停機(jī)事故。由此可見(jiàn)，合理選用潤(rùn)滑油對(duì)設(shè)備的安全運(yùn)行至關(guān)重要；并且在潤(rùn)滑油的使用過(guò)程中，還應(yīng)對(duì)其性能的變化進(jìn)行全面的監(jiān)測(cè)，才能做到合理潤(rùn)滑，確保設(shè)備長(zhǎng)周期安全運(yùn)行。 傳統(tǒng)油液分析技術(shù)包括運(yùn)動(dòng)粘度、極壓性、閃點(diǎn)、酸值、水分、凝點(diǎn)、PH值、機(jī)械雜質(zhì)、灰分、殘?zhí)?、腐蝕試驗(yàn)等十余項(xiàng)分析指標(biāo)的檢測(cè)。盡管分析結(jié)果準(zhǔn)確度較高，但分析操作非常繁瑣，且只能從潤(rùn)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(yùn)動(dòng)粘度、極壓性、凝點(diǎn)與機(jī)器使用性能有一定關(guān)聯(lián)，其它指標(biāo)不一定與之有關(guān)，它們只是對(duì)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(huà)說(shuō)，油品的理化性能合格，其使用性能不一定合格。 事實(shí)上，當(dāng)理化指標(biāo)分析正常時(shí)，往往因使用的潤(rùn)滑油中未加添加劑或添加劑性能不良、磨損元素超標(biāo)等原因，而造成的設(shè)備事故時(shí)有發(fā)生3。如：長(zhǎng)煉1#催化原3#主風(fēng)機(jī)軸承故障： 在1993年前后，該機(jī)曾發(fā)生過(guò)兩次嚴(yán)重的潤(rùn)滑事故。第一次是由于潤(rùn)滑油乳化，失去潤(rùn)滑性能，造成風(fēng)機(jī)軸承蓋飛脫、軸承燒毀。第二次是由于潤(rùn)滑油中加入的添加劑性能不良，造成右風(fēng)機(jī)軸承碎裂，對(duì)生產(chǎn)影響很大。長(zhǎng)煉焦化180泵聯(lián)軸節(jié)嚴(yán)重偏磨：1998年停機(jī)大檢修時(shí)發(fā)現(xiàn)，焦化180泵齒輪聯(lián)軸節(jié)嚴(yán)重偏磨。在此之前，對(duì)潤(rùn)滑油的常規(guī)理化檢驗(yàn)未發(fā)現(xiàn)任何異常。 平頂山煤礦新油運(yùn)行故障：某空壓機(jī)加入了理化指標(biāo)合格的壓縮機(jī)油，運(yùn)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(jī)油中未加添加劑，幾乎是基礎(chǔ)油。平頂山煤礦設(shè)備軸承磨損：某空壓機(jī)潤(rùn)滑油理化分析指標(biāo)正常，但光譜分析和鐵譜分析發(fā)現(xiàn)磨損元素超過(guò)控制界限，經(jīng)停機(jī)拆檢，證實(shí)滑動(dòng)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(shù)，不能滿(mǎn)足現(xiàn)代化設(shè)備管理的需要。3 現(xiàn)代油液分析、診斷技術(shù)4 綜上所述，不難看出，潤(rùn)滑油性能的評(píng)價(jià)，除常規(guī)理化指標(biāo)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(rùn)滑油中磨損元素的水平，以判斷設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)。基于對(duì)潤(rùn)滑油品質(zhì)進(jìn)行全面分析而發(fā)展起來(lái)的現(xiàn)代油液分析技術(shù)，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(biāo)分析技術(shù)和傅立葉紅外光譜分析技術(shù)，后者主要采用鐵譜分析技術(shù)、發(fā)射光譜分析技術(shù)。3.1 鐵譜分析技術(shù)鐵譜分析技術(shù)是一種以磨粒分析為基礎(chǔ)的油液分析技術(shù)，它是利用高梯度、強(qiáng)磁場(chǎng)，從潤(rùn)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(cè)量和分析這些磨粒，以獲得設(shè)備磨損過(guò)程中的各類(lèi)信息，如磨損微粒大小、形貌及分布、成分、濃度等，從而診斷設(shè)備磨損形式、原因、程度、部位以及預(yù)測(cè)其磨損發(fā)展趨勢(shì)。它是設(shè)備失效原因分析較為有效的方法，特別適合對(duì)磨損類(lèi)故障原因分析，是其它分析技術(shù)方法無(wú)法取代的。鐵譜分析技術(shù)使用的儀器有實(shí)驗(yàn)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(chǎng)連續(xù)監(jiān)測(cè)用的在線式鐵譜儀等，各種儀器因分離、檢測(cè)磨損微粒的方法不同而各有特點(diǎn)。方法特點(diǎn)：（1）對(duì)鐵磁性磨粒進(jìn)行定性、半定量分析。（2）適用于大顆粒分析，能對(duì)尺寸介于1um200um之間的磨粒進(jìn)行分析。（3）過(guò)分依賴(lài)分析者的知識(shí)水平和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，諸多因素引起分析結(jié)果的重現(xiàn)性較差。（4）分析時(shí)間長(zhǎng)、程序多，不利于大量設(shè)備的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)。3.2 發(fā)射光譜分析技術(shù)潤(rùn)滑油光譜分析技術(shù)主要有原子發(fā)射光譜技術(shù)和原子吸收光譜技術(shù)，該技術(shù)是一種元素定量分析方法，通過(guò)它可以測(cè)定潤(rùn)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(shù)，分析靈敏度高、結(jié)果準(zhǔn)確可靠，但由于存在油樣預(yù)處理繁瑣、費(fèi)時(shí)，且每分析一種元素需更換相應(yīng)的元素?zé)舻热秉c(diǎn)，致使操作麻煩、分析速度慢。而原子發(fā)射光譜技術(shù)恰好彌補(bǔ)了上述不足，因此，潤(rùn)滑油的光譜分析一般都采用發(fā)射光譜分析技術(shù)。目前，國(guó)內(nèi)企業(yè)和科研單位使用較多的儀器有美國(guó)貝爾德公司生產(chǎn)的FAS-2C、MOA型油料光譜分析儀，美國(guó)超譜公司生產(chǎn)的M型油液分析。油料分析光譜儀所能測(cè)量的元素大體可分為三類(lèi)： 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(diǎn)：（1）分析迅速，樣品不需任何處理，很短時(shí)間內(nèi)可同時(shí)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(shè)備群體監(jiān)測(cè)。（2）結(jié)果準(zhǔn)確度高，精度可達(dá)ppm級(jí)。（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(shù)該技術(shù)根據(jù)潤(rùn)滑油中各組分包含的基團(tuán)吸收特定頻率紅外輻射的強(qiáng)度，可以對(duì)油液中各組分進(jìn)行定性、定量分析。通過(guò)對(duì)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(cè)油品的硝化、硫化以及串水等情況，以判斷潤(rùn)滑油的衰變和污染程度。該技術(shù)能彌補(bǔ)理化性能分析的不足，例如：粘度是反映潤(rùn)滑油使用性能的一項(xiàng)重要指標(biāo)，它也常用于指示油液的衰變或污染的程度。潤(rùn)滑油在使用過(guò)程中，其粘度可能因各種原因增加或降低，致使各種問(wèn)題同時(shí)出現(xiàn)，有可能使設(shè)備故障隱患被掩蓋。如果單憑粘度作為設(shè)備運(yùn)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(lái)，分析判斷設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，則更為可靠。目前，國(guó)際上生產(chǎn)傅立葉紅外光譜儀的廠家有九個(gè)，國(guó)內(nèi)用于潤(rùn)滑油分析的主要有美國(guó)Nicolt、Perkin-Elmer、Bio-Rad等公司生產(chǎn)的傅立葉紅外光譜儀。方法特點(diǎn)：（1）傅立葉紅外光譜是一種分子吸收光譜，利用它可對(duì)有機(jī)物官能團(tuán)進(jìn)行定性、定量分析。（2）該分析方法操作簡(jiǎn)便、快速，結(jié)果重復(fù)性好，有可能取代傳統(tǒng)的油液化學(xué)分析。有關(guān)現(xiàn)代油液分析、診斷系統(tǒng)的原則流程見(jiàn)圖1，由圖1可以看出：只有綜合運(yùn)用多種油液分析技術(shù)，從不同角度捕捉油液使用性能和運(yùn)行性能的相關(guān)信息，才能高效、全面、準(zhǔn)確地對(duì)潤(rùn)滑油品質(zhì)做出評(píng)價(jià)。4 應(yīng)用情況4.1 國(guó)內(nèi)企業(yè)（1）北京吉普車(chē)有限公司發(fā)動(dòng)機(jī)分廠 采用合理潤(rùn)滑技術(shù)，取得明顯經(jīng)濟(jì)效益。1997年，僅延長(zhǎng)換油周期，實(shí)行舊油回收利用，節(jié)約費(fèi)用40萬(wàn)元。而降低機(jī)械磨損，減少故障損失，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命所帶來(lái)的間接經(jīng)濟(jì)效益要大得多（據(jù)估計(jì)該廠設(shè)備使用壽命若延長(zhǎng)10，間接經(jīng)濟(jì)效益將超過(guò)1000萬(wàn)元）。（2）德興銅礦 綜合運(yùn)用潤(rùn)滑油檢測(cè)技術(shù)，對(duì)新油嚴(yán)格把關(guān)，三年中檢出不合格油品占總數(shù)的12%；對(duì)在用油進(jìn)行監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)異常磨損占總數(shù)的15%，及時(shí)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(lǐng)導(dǎo)和有關(guān)職能部門(mén)負(fù)責(zé)人參加的領(lǐng)導(dǎo)小組，建立起了組織協(xié)調(diào)、取樣送檢、潤(rùn)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(luò)體系。建立了現(xiàn)代油液分析、診斷系統(tǒng)，對(duì)設(shè)備潤(rùn)滑情況進(jìn)行多層次全方位監(jiān)測(cè)。 開(kāi)展油液監(jiān)測(cè)之后，每年損壞的主泵由150臺(tái)減少至34臺(tái)，維修費(fèi)用明顯降低。（4）馬鋼煤焦化公司 從1983年開(kāi)始，該公司采用油液監(jiān)測(cè)技術(shù)對(duì)在用油實(shí)行監(jiān)控管理，按質(zhì)換油，使機(jī)組的換油周期延長(zhǎng)了16倍以上，既保證了機(jī)組的正常潤(rùn)滑，又取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。（5）寶鋼集團(tuán)公司 1992年起，成立了油液檢測(cè)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(shè)備磨損狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷中發(fā)揮了重要的作用。1998年，該公司對(duì)各生產(chǎn)廠2905臺(tái)（次）設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)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(duì)性地采取了措施，降低了設(shè)備故障率。且在按質(zhì)換油方面，節(jié)省費(fèi)用289萬(wàn)元。（6）油液連續(xù)發(fā)黑原因分析(廣州機(jī)床研究所) 1997年，大亞灣核電站軸承油換油一個(gè)月后發(fā)黑，連續(xù)三次換油，均出現(xiàn)如此現(xiàn)象。取樣進(jìn)行常規(guī)理化檢驗(yàn)，各項(xiàng)指標(biāo)均無(wú)異常。機(jī)組是停、是開(kāi)難以決斷。送樣到廣州機(jī)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(yán)重的柴油機(jī)中都很少見(jiàn)。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(guò)多方分析、查證，得出結(jié)論，原來(lái)是進(jìn)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(jī)事故以及因停機(jī)而造成的較大經(jīng)濟(jì)損失。（7）潤(rùn)滑油串水故障分析在柴油機(jī)耐久試驗(yàn)中，用油料光譜儀進(jìn)行油液監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)機(jī)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(jī)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(jī)冷卻系統(tǒng)漏水。經(jīng)檢查，果然是中冷器漏水，水混入機(jī)油內(nèi)。經(jīng)排除故障更換機(jī)油后，這些元素的含量得以恢復(fù)正常（見(jiàn)表2）。4.2 國(guó)外企業(yè)（1）日本的Nippon Steel公司5在日本，潤(rùn)滑管理受到了廣泛的重視。企業(yè)成立了潤(rùn)滑管理組織體系，明確各部門(mén)職責(zé)；嚴(yán)格按規(guī)定執(zhí)行，在確保設(shè)備潤(rùn)滑良好前提下，降低油品消耗。潤(rùn)滑油的選擇和潤(rùn)滑油的定期分析須采用先進(jìn)的油液檢測(cè)技術(shù)來(lái)實(shí)施。為了便于管理，減少油品種類(lèi)，新增設(shè)備潤(rùn)滑油的選擇和現(xiàn)有設(shè)備潤(rùn)滑油的改型，要按規(guī)定的程序報(bào)批審查。對(duì)在用潤(rùn)滑油要定期進(jìn)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(biāo)，從而確定是否換油、是否停機(jī)檢修。表2 潤(rùn)滑油中金屬元素含量 元素/ppm時(shí)間/hFePbAlCuSiCrNaMgCaSn650236510412712136742466114126121369027771251326281722338817102462061174534119372226949147175634149392427654201773621642351917958226412141718191022651214131 日本的Nippon Steel公司在1980年使用油料分析技術(shù)后，油耗百分比由原來(lái)的40%下降到10%，泵的更換頻次由原來(lái)的90%降到了20%。（2）美國(guó)空軍6美國(guó)空軍是最早采用先進(jìn)的油液光譜檢測(cè)技術(shù)，對(duì)飛機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)的。據(jù)報(bào)道，美國(guó)空軍某年分析油樣近萬(wàn)個(gè)，其中86例診斷發(fā)動(dòng)機(jī)有故障，經(jīng)查證，挽回?fù)p失500