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(diǎn)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(cè)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(hào):F273.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

文章編號(hào):1004-4914(2010)05-292-02

設(shè)備故障診斷是設(shè)備管理中一項(xiàng)十分重要的工作，是一種了解和掌握設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程的狀態(tài)，確定其整體或局部正?；虍惓＃缙诎l(fā)現(xiàn)故障及其原因，并能預(yù)報(bào)故障發(fā)展趨勢(shì)的有效方式，其主要分為油液監(jiān)測(cè)、振動(dòng)監(jiān)測(cè)、噪聲監(jiān)測(cè)、性能趨勢(shì)分析和無(wú)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(dòng)、升溫、噪音等方面進(jìn)行監(jiān)測(cè)分析時(shí)，故障往往都已發(fā)生，對(duì)判斷故障原因及部位不夠準(zhǔn)確，有時(shí)需停機(jī)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(shí)排除或早作準(zhǔn)備，減少損失。

許多人對(duì)潤(rùn)滑油并不了解，僅把潤(rùn)滑油認(rèn)知為只是針對(duì)齒輪軸承等部件的潤(rùn)滑作用，出現(xiàn)問(wèn)題只需更換新油便可解決，往往把可通過(guò)潤(rùn)滑油診斷分析就能確立解決的事情從機(jī)械的角度去考慮，結(jié)果徒勞無(wú)功，延誤設(shè)備修整時(shí)間。實(shí)際上潤(rùn)滑油從設(shè)備內(nèi)部流過(guò)并流經(jīng)各個(gè)運(yùn)動(dòng)著的中心部位，它本身不斷降解老化，同時(shí)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(rùn)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(jī)械狀態(tài)的更及時(shí)更準(zhǔn)確的信息，只要設(shè)備出現(xiàn)重大異常情況，都會(huì)在油品的各項(xiàng)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(rùn)滑油在使用中的變化預(yù)測(cè)設(shè)備故障及尋找故障原因，以潤(rùn)滑油作為設(shè)備故障診斷技術(shù)的主體，同時(shí)與其他幾種監(jiān)測(cè)方法相結(jié)合對(duì)設(shè)備故障進(jìn)行診斷的一種技術(shù)手段。從潤(rùn)滑油著手的診斷技術(shù)內(nèi)容包括:潤(rùn)滑油物理化學(xué)指標(biāo)變化;潤(rùn)滑油在機(jī)體內(nèi)生成沉積物;油顆粒污染度檢測(cè)(磨損顆粒，泄漏介質(zhì))等。其中油顆粒污染度檢測(cè)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(duì)污染油液的化學(xué)成分及性能的準(zhǔn)確測(cè)定，目前中原油田采用的是理化性能監(jiān)測(cè)與M型發(fā)射光譜及鐵譜技術(shù)相結(jié)合，針對(duì)油田用往復(fù)機(jī)械(發(fā)動(dòng)機(jī)、壓縮機(jī))、齒輪箱故障進(jìn)行監(jiān)測(cè)診斷。

二、光譜分析技術(shù)

通過(guò)對(duì)潤(rùn)滑油中所含顆粒物作精確的實(shí)驗(yàn)室分析，可以從中獲得關(guān)鍵性的信息，從而設(shè)計(jì)并制定出預(yù)防性維護(hù)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(duì)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(guó)SPECTROIL公司生產(chǎn)的原子發(fā)射光譜儀，它能在30秒鐘同時(shí)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(guò)分析油液中的金屬磨粒、化學(xué)元素成分，對(duì)比不同時(shí)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(rùn)滑油中關(guān)鍵元素變化產(chǎn)生原因見(jiàn)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(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng)而連續(xù)增加，一旦更換了油品，整個(gè)過(guò)程又需要重新開(kāi)始。但鐵譜技術(shù)又彌補(bǔ)了此項(xiàng)缺陷，鐵譜分析主要是研究10μm以上的較大顆粒。通過(guò)鐵譜分析，可以按照大小、數(shù)量、顏色、形狀和化學(xué)成分，對(duì)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(huì)保持在相對(duì)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(huì)急劇增加，排除磨損開(kāi)始的時(shí)間點(diǎn)被發(fā)現(xiàn)過(guò)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(cè)故障的原因和部位，更全面地監(jiān)測(cè)設(shè)備運(yùn)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(shí)性。

表2是通過(guò)潤(rùn)滑分析對(duì)設(shè)備故障診斷簡(jiǎn)單提示:

四、事故實(shí)例

在進(jìn)行油液診斷技術(shù)的研究工作的同時(shí)，我們也做了許多潤(rùn)滑油的質(zhì)量跟蹤工作，根據(jù)設(shè)備的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)進(jìn)行油液分析及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備存在隱患。針對(duì)不同的監(jiān)測(cè)對(duì)象，有選擇性的聯(lián)合運(yùn)用幾種油液監(jiān)測(cè)手段，例如壓縮機(jī)這種具有多種磨損形式的動(dòng)力機(jī)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(cè)，比單一使用一種方面有效。以下便是使用潤(rùn)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(shí)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(duì)36套天然氣壓縮機(jī)組共63臺(tái)設(shè)備，進(jìn)行潤(rùn)滑與磨損狀態(tài)研究，共監(jiān)測(cè)天然氣壓縮機(jī)組油樣390份，出具監(jiān)測(cè)報(bào)告390份。其中發(fā)現(xiàn)壓縮機(jī)組存在異常隱患30臺(tái)次，需要停機(jī)檢修12臺(tái)，實(shí)際停機(jī)10臺(tái)。

2009年2月，在對(duì)中原油田某廠送檢的2#天然氣壓縮機(jī)油進(jìn)行監(jiān)測(cè)過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)2#天然氣壓縮機(jī)在用潤(rùn)滑油中銅和鉛元素含量異常變化，濃度和梯度都超過(guò)了界限值，落入異常磨損區(qū)域。經(jīng)過(guò)詳細(xì)分析，確定2#壓縮機(jī)含銅和含鉛部件發(fā)生了嚴(yán)重異常磨損，應(yīng)立即停機(jī)檢修。天然氣壓機(jī)主要磨損無(wú)素來(lái)源見(jiàn)表3。

2009年2月13日，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備管理人員對(duì)2#天然氣壓縮機(jī)進(jìn)行了停機(jī)檢修。檢修發(fā)現(xiàn)，2#天然氣壓縮機(jī)主機(jī)油泵的兩個(gè)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(rùn)滑油中可以見(jiàn)到明顯的銅屑。由于預(yù)報(bào)準(zhǔn)確、及時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)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(jī)爆炸等惡性事故隱患，保障了壓縮機(jī)和人員的安全。

在監(jiān)測(cè)中我們發(fā)現(xiàn)，冷卻液泄露的情況在天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)上發(fā)生的較多，而對(duì)于天然氣壓縮機(jī)，冷卻液的污染程度不太明顯，發(fā)生的也很少。對(duì)于天然氣壓縮機(jī)的污染，主要是由雜質(zhì)和燃?xì)馑鸬?，特征元素為硅元素，硅元素是一個(gè)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(shí)，在某些天然氣潤(rùn)滑油中，還具有添加劑元素的身份。

我們把這些信息及時(shí)反饋到現(xiàn)場(chǎng)，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備管理人員根據(jù)我們的建議，及時(shí)采取有效措施，預(yù)防了壓縮機(jī)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(dòng)機(jī)，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(gè)銅切削磨損顆粒，因?yàn)槭艿礁邷氐挠绊懀吘壱呀?jīng)出現(xiàn)回火藍(lán)色，顯示摩擦副工作溫度過(guò)高，已發(fā)生異常磨損。

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

經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)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(gè)事例可以看出，在對(duì)天然氣壓縮機(jī)組在用潤(rùn)滑油進(jìn)行監(jiān)控中，我們?yōu)槭褂脝挝惶岢隽税踩胧┮庖?jiàn)，意見(jiàn)采納率達(dá)到80%以上。被監(jiān)測(cè)的36套天然氣壓縮機(jī)組沒(méi)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(shì)，保障了天然氣壓縮機(jī)組安全、可靠運(yùn)轉(zhuǎn)，有效地支持了油氣生產(chǎn)，社會(huì)效益顯著。

總的說(shuō)來(lái)，在設(shè)備故障診斷中，通過(guò)油液診斷分析可得到更多更及時(shí)和更深層的信息，若再加上間接有關(guān)及雖無(wú)關(guān)但從潤(rùn)滑油的變化覺(jué)察到的則幾乎可覆蓋全部，尤其對(duì)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(jī)械設(shè)備的故障診斷過(guò)程中，油液診斷技術(shù)起到了主導(dǎo)作用，對(duì)確保設(shè)備安全運(yùn)行，節(jié)省維修費(fèi)用，提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益具有十分重要的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)意義。

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

(責(zé)編:賈偉)