淺析油液診斷技術(shù)在設(shè)備故障診斷中的作用

摘 要:文章闡述了油液分析技術(shù)的含義、主要內(nèi)容及在設(shè)備故障診斷技術(shù)中的作用，重點介紹了理化指標(biāo)、發(fā)射光譜分析技術(shù)、鐵譜分析技術(shù)在設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞:油液診斷 光譜分析 鐵譜分析 理化性能 故障診斷

中圖分類號:F273.4 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A

文章編號:1004-4914(2010)05-292-02

設(shè)備故障診斷是設(shè)備管理中一項十分重要的工作，是一種了解和掌握設(shè)備在運行過程的狀態(tài)，確定其整體或局部正常或異常，早期發(fā)現(xiàn)故障及其原因，并能預(yù)報故障發(fā)展趨勢的有效方式，其主要分為油液監(jiān)測、振動監(jiān)測、噪聲監(jiān)測、性能趨勢分析和無損探傷等診斷技術(shù)方式。在設(shè)備故障診斷中，如果單純從振動、升溫、噪音等方面進(jìn)行監(jiān)測分析時，故障往往都已發(fā)生，對判斷故障原因及部位不夠準(zhǔn)確，有時需停機檢查才能找出故障原因，但是油液診斷技術(shù)便可做以預(yù)知性的維修，及早發(fā)生現(xiàn)故障隱患，及時排除或早作準(zhǔn)備，減少損失。

許多人對潤滑油并不了解，僅把潤滑油認(rèn)知為只是針對齒輪軸承等部件的潤滑作用，出現(xiàn)問題只需更換新油便可解決，往往把可通過潤滑油診斷分析就能確立解決的事情從機械的角度去考慮，結(jié)果徒勞無功，延誤設(shè)備修整時間。實際上潤滑油從設(shè)備內(nèi)部流過并流經(jīng)各個運動著的中心部位，它本身不斷降解老化，同時也夾帶各部位的磨損顆粒、碎屑、泄漏物質(zhì)等。因而完全可以從潤滑油使用狀態(tài)或品質(zhì)中得到關(guān)于油本身及設(shè)備機械狀態(tài)的更及時更準(zhǔn)確的信息，只要設(shè)備出現(xiàn)重大異常情況，都會在油品的各項指標(biāo)變化中得到反映。因此以油液診斷技術(shù)作為設(shè)備故障診斷的主體，是設(shè)備故障診斷技術(shù)的首選。

一、油液診斷技術(shù)

那什么才是油液診斷技術(shù)呢?所謂油液診斷技術(shù)是指根據(jù)潤滑油在使用中的變化預(yù)測設(shè)備故障及尋找故障原因，以潤滑油作為設(shè)備故障診斷技術(shù)的主體，同時與其他幾種監(jiān)測方法相結(jié)合對設(shè)備故障進(jìn)行診斷的一種技術(shù)手段。從潤滑油著手的診斷技術(shù)內(nèi)容包括:潤滑油物理化學(xué)指標(biāo)變化;潤滑油在機體內(nèi)生成沉積物;油顆粒污染度檢測(磨損顆粒，泄漏介質(zhì))等。其中油顆粒污染度檢測是油液診斷技術(shù)最主要的方面，主要采用的是發(fā)射光譜技術(shù)，是對污染油液的化學(xué)成分及性能的準(zhǔn)確測定，目前中原油田采用的是理化性能監(jiān)測與M型發(fā)射光譜及鐵譜技術(shù)相結(jié)合，針對油田用往復(fù)機械(發(fā)動機、壓縮機)、齒輪箱故障進(jìn)行監(jiān)測診斷。

二、光譜分析技術(shù)

通過對潤滑油中所含顆粒物作精確的實驗室分析，可以從中獲得關(guān)鍵性的信息，從而設(shè)計并制定出預(yù)防性維護和整修措施。而M型發(fā)射光譜滿足了這一方面的需求，它可以針對溶于油中的最小顆粒進(jìn)行鑒別，大多數(shù)為8μm或更微小的金屬。我們采用的光譜儀是美國SPECTROIL公司生產(chǎn)的原子發(fā)射光譜儀，它能在30秒鐘同時分析出19種元素(鐵、鉻、鉛、銅、錫、鋁、鎳、銀、硅、硼、鈉、鎂、鈣、磷、鋅等)的成分和濃度值，通過分析油液中的金屬磨粒、化學(xué)元素成分，對比不同時期在用油品中金屬含量的增加程度，了解設(shè)備的磨損情況。潤滑油中關(guān)鍵元素變化產(chǎn)生原因見表1。

三、鐵譜分析技術(shù)

單純地使用光譜分析也有所不足，微小顆粒的含量是隨著設(shè)備運行時間的延長而連續(xù)增加，一旦更換了油品，整個過程又需要重新開始。但鐵譜技術(shù)又彌補了此項缺陷，鐵譜分析主要是研究10μm以上的較大顆粒。通過鐵譜分析，可以按照大小、數(shù)量、顏色、形狀和化學(xué)成分，對油品中的磨損顆粒和雜質(zhì)進(jìn)行分析。只要設(shè)備處于正常的磨耗，則顆粒的數(shù)量會保持在相對恒定的狀態(tài);而一旦進(jìn)入磨損狀態(tài)，顆粒的數(shù)量和體積則會急劇增加，排除磨損開始的時間點被發(fā)現(xiàn)過晚的情況。

幾種分析技術(shù)的結(jié)合，就可以有效推斷出是屬于齒輪磨損還是軸承磨損;還可以區(qū)分出因不同外界影響(如竄氣，進(jìn)污水)而造成的污染顆粒和化學(xué)成分的突變，而更準(zhǔn)確地預(yù)測故障的原因和部位，更全面地監(jiān)測設(shè)備運行情況，及早發(fā)現(xiàn)并排除故障隱患，減少損失，大幅提高設(shè)備故障診斷的預(yù)知性、準(zhǔn)確性和及時性。

表2是通過潤滑分析對設(shè)備故障診斷簡單提示:

四、事故實例

在進(jìn)行油液診斷技術(shù)的研究工作的同時，我們也做了許多潤滑油的質(zhì)量跟蹤工作，根據(jù)設(shè)備的動態(tài)監(jiān)測進(jìn)行油液分析及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備存在隱患。針對不同的監(jiān)測對象，有選擇性的聯(lián)合運用幾種油液監(jiān)測手段，例如壓縮機這種具有多種磨損形式的動力機械，就需聯(lián)合應(yīng)用光分析技術(shù)、鐵譜分析和理化指標(biāo)進(jìn)行監(jiān)測，比單一使用一種方面有效。以下便是使用潤滑油理化指標(biāo)分析、M型發(fā)射光譜儀、分析式鐵譜儀進(jìn)行故障診斷的實例。

事例一:從2008年3月到2009年9月，我們采用油液分析技術(shù)對36套天然氣壓縮機組共63臺設(shè)備，進(jìn)行潤滑與磨損狀態(tài)研究，共監(jiān)測天然氣壓縮機組油樣390份，出具監(jiān)測報告390份。其中發(fā)現(xiàn)壓縮機組存在異常隱患30臺次，需要停機檢修12臺，實際停機10臺。

2009年2月，在對中原油田某廠送檢的2#天然氣壓縮機油進(jìn)行監(jiān)測過程中，發(fā)現(xiàn)2#天然氣壓縮機在用潤滑油中銅和鉛元素含量異常變化，濃度和梯度都超過了界限值，落入異常磨損區(qū)域。經(jīng)過詳細(xì)分析，確定2#壓縮機含銅和含鉛部件發(fā)生了嚴(yán)重異常磨損，應(yīng)立即停機檢修。天然氣壓機主要磨損無素來源見表3。

2009年2月13日，現(xiàn)場設(shè)備管理人員對2#天然氣壓縮機進(jìn)行了停機檢修。檢修發(fā)現(xiàn)，2#天然氣壓縮機主機油泵的兩個銅墊片脫落，兩付連桿瓦中，一付已經(jīng)嚴(yán)重磨損，止推瓦和甩油環(huán)已破碎，而且在曲軸箱潤滑油中可以見到明顯的銅屑。由于預(yù)報準(zhǔn)確、及時，現(xiàn)場設(shè)備管理人員采取措施有效，避免了事故的進(jìn)一步發(fā)展，消除了曲軸斷裂、壓縮機爆炸等惡性事故隱患，保障了壓縮機和人員的安全。

在監(jiān)測中我們發(fā)現(xiàn)，冷卻液泄露的情況在天然氣發(fā)動機上發(fā)生的較多，而對于天然氣壓縮機，冷卻液的污染程度不太明顯，發(fā)生的也很少。對于天然氣壓縮機的污染，主要是由雜質(zhì)和燃?xì)馑鸬模卣髟貫楣柙兀柙厥且粋€具有特殊意義的元素，它既包含著雜質(zhì)污染信息和燃?xì)庀到y(tǒng)故障信息，同時，在某些天然氣潤滑油中，還具有添加劑元素的身份。

我們把這些信息及時反饋到現(xiàn)場，現(xiàn)場設(shè)備管理人員根據(jù)我們的建議，及時采取有效措施，預(yù)防了壓縮機組事故的發(fā)生和發(fā)展。

事例二:中原油田某廠輸氣區(qū)的3#天然氣發(fā)動機，光譜分析發(fā)現(xiàn)銅元素濃度值偏高，采用鐵譜技術(shù)，制作了譜圖。這是一個銅切削磨損顆粒，因為受到高溫的影響，邊緣已經(jīng)出現(xiàn)回火藍(lán)色，顯示摩擦副工作溫度過高，已發(fā)生異常磨損。

事例三:在某廠送檢的7#壓縮機油樣中，發(fā)現(xiàn)鉛元素、鋁元素的濃度值和梯度值超過了異常界限值，說明壓縮機含鋁、鉛的運動部件存在異常磨損，我們給現(xiàn)場設(shè)備管理人員發(fā)出了預(yù)警維修建議，在該壓縮機中，十字頭瓦、襯套材料中含有鋁、鉛成分，因此，重點檢修部位應(yīng)為十字頭瓦、軸承瓦。

經(jīng)過現(xiàn)場設(shè)備管理人員檢修發(fā)現(xiàn)，十字頭瓦嚴(yán)重磨損，更換了十字頭瓦、隔離室。檢修后，鋁元素濃度值、鉛元素濃度值恢復(fù)正常，為生產(chǎn)單位預(yù)防了一起安全事故。

從以上幾個事例可以看出，在對天然氣壓縮機組在用潤滑油進(jìn)行監(jiān)控中，我們?yōu)槭褂脝挝惶岢隽税踩胧┮庖姡庖姴杉{率達(dá)到80%以上。被監(jiān)測的36套天然氣壓縮機組沒有發(fā)生一起特、重大安全事故，消除了多次事故隱患，故障發(fā)生率呈逐年下降趨勢，保障了天然氣壓縮機組安全、可靠運轉(zhuǎn)，有效地支持了油氣生產(chǎn)，社會效益顯著。

總的說來，在設(shè)備故障診斷中，通過油液診斷分析可得到更多更及時和更深層的信息，若再加上間接有關(guān)及雖無關(guān)但從潤滑油的變化覺察到的則幾乎可覆蓋全部，尤其對事前和事后設(shè)備故障原因分析有不可替代的作用。因此，在機械設(shè)備的故障診斷過程中，油液診斷技術(shù)起到了主導(dǎo)作用，對確保設(shè)備安全運行，節(jié)省維修費用，提高企業(yè)經(jīng)濟效益具有十分重要的經(jīng)濟和社會意義。

(作者單位:中原油田分公司技術(shù)監(jiān)測中心，中原油田勘探局鉆井工程技術(shù)研究院 河南濮陽 457001)

(責(zé)編:賈偉)