油液分析技術在煤礦運行設備監測中的應用

油液分析技術在煤礦運行設備監測中的應用

黃江瑞

(神東煤炭集團設備管理中心，陜西 榆林 719315)

摘要：為了使采煤機械在礦井復雜工況下能夠長期正常運行，神東煤炭集團引進了油液監測技術，它使機電設備檢修的管理思路從傳統的以“修”為主轉變到以“管”為主上來，改變了以往的事后維修、周期性維修模式。引入油液監測分析技術后，通過監測運行設備中的油液及時了解到設備狀態，制定相應的預防預測性檢修措施，降低了設備故障率，延長了設備使用壽命，避免了設備因過度維修或盲目換油造成的資源浪費。

關鍵詞：油液監測；機械設備；主動維修

收稿日期:2015-05-11

作者簡介：黃江瑞(1984—)，女，陜西神木人，助理工程師，研究方向：油液監測分析。

0引言

隨著科技的不斷發展，越來越多的現代化采煤機械設備被應用到了煤礦開采中來，神東煤炭集團各礦井使用的大部分設備都是在高轉速重載荷下運行，內部零部件非常容易磨損，嚴重時可能造成設備故障，引發安全事故。為避免事故發生，就需要對運行設備中的油液進行監測，以便隨時掌握設備狀態，制定合理的預防性檢修計劃，由被動的維修轉化為主動的監管。油液分析技術是通過檢測和分析運行設備中潤滑油的代表性樣品，從宏觀或微觀方面獲得油中污染和變質產物的物態特征，從而了解油品性能指標變化，確定設備潤滑與磨損的狀態，并在設備不停機或不進行拆解維修的情況下查找故障發生機制。它可以定性定量地描述設備的磨損狀態，確定油品的劣化程度，找出誘發隱患，評價設備的使用狀況并預測故障，確定故障部位、類型和原因[1-3]，為設備運行管理和維修提供科學合理的指導依據，有效地預防設備重大事故發生，降低煤礦生產成本，提高企業的經濟效益。

1油液分析技術的內容

1.1理化指標分析

如果把機械設備比作煤礦生產的身體，那么潤滑油就是采煤設備的“血液”，它可以減少內部零部件之間的摩擦，保護機械及加工件。在設備運行中主要起潤滑、傳遞動力、冷卻、防銹防蝕、清潔、密封和減震卸荷等作用。油質的優劣會直接影響設備使用壽命，所以對油品質量的檢測就變得尤為重要。油液常規理化分析指標包括運動黏度、水分、閃點、凝點、傾點、抗磨性、密度、餾程、酸值、色度、殘炭、灰分、機械雜質、泡沫特性、餾程、滴點及錐入度等[4]。通過對各項指標的檢測，把好入廠油液質量關，能避免因潤滑油質量問題引發的設備故障和安全事故，確保設備運行狀態良好。

1.2磨損顆粒分析

磨損顆粒分析是通過對運行設備油液中固體顆粒的尺寸、類型、成分、含量等信息進行分析，了解設備的磨損部位、磨損原因及磨損形成的機理，預測磨損的發展趨勢。對磨損顆粒的監測手段主要包括PQL鐵屑指數、鐵譜分析及光譜元素分析等。

PQL鐵屑指數通過檢測在用油或潤滑脂中鐵磁性磨損金屬顆粒的數量進行定性分析，且能夠較為準確地判斷油中磨損顆粒的濃度變化，推斷設備的磨損量和磨損嚴重程度。可以與鐵譜分析儀和光譜分析儀配合使用，提高故障檢測率。

鐵譜分析用以鑒別機械摩擦副在不同磨損狀態下所產生的特征磨損顆粒。旋轉式鐵譜儀是把油液中的鐵磁性顆粒在磁場作用下沉積到基片上，然后在鐵譜顯微鏡下觀察和測量，通過定性地分析磨粒尺寸大小、形態特征、顏色、差異程度以及材質成分來判斷設備零部件的磨損類型(如疲勞、剝落、腐蝕等)、部位和嚴重程度，分析磨損形成的機理。根據對不同尺寸磨粒相對含量的分析，預測出設備磨損的速度。

神東煤炭集團現使用PQL鐵屑指數儀和旋轉式鐵譜儀來獲得在用潤滑油各項性能參數的變化，及時準確地監測設備的運行情況。油樣到達后用PQL鐵屑指數儀檢測，將檢測結果與前一次檢測結果進行對比，顆粒含量不超過10%的油樣視為正常，超過10%的油樣在旋轉式鐵譜儀中重新檢測，制作譜片然后在透光反射偏光鐵譜顯微鏡中進行觀察分析。按照標準將油顆粒的磨損情況分為正常、輕微、異常和嚴重4個等級。正常等級下也會有磨損顆粒產生但不影響設備使用，其內油液可以繼續使用；輕微磨損等級無論濃度還是粒度均介于正常和異常等級之間，不更換油液，但需對所檢設備部位溫度和噪音的變化進行監測；異常等級表示設備出現了明顯的異常磨損顆粒，顆粒在類型、濃度及大小中存在一項或多項超標就達到了異常等級，它的出現會加劇設備磨損，影響設備的正常運行，需要立即進行油液更換并查找異常磨損的原因，換油后縮短取樣周期，監護設備運行；嚴重等級代表此設備出現了嚴重的機械磨損和存在故障隱患，需要立即換油，查找并排除異常磨損的原因，并監護換油后的運行設備，縮短取樣周期，如果再次檢測的結果依然屬于嚴重等級，則立即停機更換該部件，對替換下來部件進行拆解檢測，查清原因[5]。通過對油液中磨粒的分析，及時發現和排除設備的故障隱患，能減少企業損失。

日常油液監測中，我們通過PQL鐵屑指數和旋轉式鐵譜可以掌握油樣中磨損顆粒的多少、大小、顆粒類型等，以此來判斷設備部位的磨損原因，然而卻無法知道這些顆粒中具體有哪些元素及其濃度，于是就有了對光譜的引入。光譜分析是根據物質的光譜來鑒別物質及確定它的化學組成和相對含量，ICP發射光譜可以實現對一個試樣進行多元素分析并獲得各種元素含量。在實際工作中，通過分析油樣中磨損金屬顆粒元素的成分和濃度來判斷設備部件磨損的情況，添加劑元素和污染元素分別代表設備在用油添加劑損耗度和油品污染程度。通過光譜分析對某一設備部位連續監測，就可以得出部件摩擦副的磨損趨勢及潤滑油中添加劑的消耗情況。

1.3污染度分析

污染物的來源有多種途徑，大致可以從3個方面來分析：空氣中的粉塵、機械中零部件的磨損元素、油品中本身存在的添加劑基礎油的元素。神東煤炭集團通過自動顆粒計數器或機械雜質含量的檢測來確定油液污染等級。

自動顆粒計數器通過定量檢測潤滑油中的污染顆粒的數量來確定污染等級，多用于液壓系統或者比較干凈的潤滑油系統的油液監測，不能夠對污染源進行分析。對于液壓系統來說，固體顆粒污染的存在可以加劇控制元件的磨損，所以對液壓油的油質要求相對較高。污染度檢測結果除了可以顯示污染顆粒大小的分布量外，還可以判別污染等級。等級分為NAS等級和ISO等級兩大類。

機械雜質測定法是一種定量分析方法。先用溶劑稀釋試油后，用濾紙或其他濾器過濾，使油品中所含的固體懸浮粒子分離出來，再用溶劑把油全部沖洗干凈，進行烘干和稱重，測定結果以百分數表示。

污染度按照雜質百分比含量分為正常、清潔和污染三種等級。對雜質含量等級輕微的要更換濾芯，進行油液清潔，達到污染等級的油液會影響設備正常潤滑，要及時更換新油，以免造成設備故障。

1.4油液乳化分析

潤滑油中混入水后會造成乳化和破壞油膜，降低油液的潤滑性，加劇摩擦副部件間磨損，同時還可能加速對摩擦副的腐蝕，并使潤滑油質量劣化，特別是有添加劑的油品含水，會使添加劑因乳化、沉淀或分解而失效。所以水含量也是油品劣化的重要報警指標。油中水分一旦超標造成油液乳化，必須立即換油，以減少對部件的腐蝕和磨損，同時要查找乳化原因并采取相應措施。

2油液分析技術案例

事故經過：2013年9月，油液監測人員在對神東三道溝煤礦85203工作面刮板輸送機機頭垂直減速器的油液進行監測時發現，該油樣中磨損顆粒在尺寸、濃度和種類上均達到“嚴重”等級，油樣中的滾滑復合磨損顆粒、嚴重滑動磨損顆粒和疲勞剝塊都達到了200 μm以上，纖維顆粒長度達到500 μm以上。立即通知設備運行管理員和礦方停機換油，更換系統內過濾器，并對該部位連續取樣監測兩次后油樣趨于正常，設備無其他異常情況。

事故原因分析：根據現場人員描述，該部位在換油前存在比較尖銳的吱吱聲，換油后聲音消失，這種情況可能是由于大量較大尺寸磨粒的存在導致三體磨損或潤滑不良。圖1為檢測到“嚴重”等級時鐵譜分析譜片的照片。

圖1　鐵譜分析譜片的照片

3結語

20世紀90年代，神東礦區引進了油液分析技術。經過十幾年的礦井實踐應用，油液監測分析技術已逐步完善和成熟，設備故障率和故障時間都在逐年下降，從而真正地服務于我們的設備管理和維修工作，從以前的事后維修、周期性維修到如今的預防性維修、預知維修和主動維修，有效延長了設備的使用壽命，減少了煤礦生產安全事故的發生。

時至今日，油液監測技術在神東機電管理和故障診斷工作中的指導作用越來越重要，它正為神東煤炭的安全高效生產保駕護航。

[參考文獻]

[1]楊其明，嚴新平，賀石中，等.油液監測分析現場實用技術[M].北京：機械工業出版社，2006.

[2] 毛美娟，朱子新，王峰.機械裝備油液監控技術與應用[M].北京：國防工業出版社，2006.

[3] 王國慶.潤滑油液監測技術現狀與發展[J].潤滑油，2004，19(5)： 7-11.

[4] 周俊麗，張馳.基于油液分析的主動維修在綜采設備管理中的應用[J].四川兵工學報，2012，30(19)： 72-74.

[5] 周俊麗，張馳.油液分析技術在礦用設備潤滑與維修管理中的應用[J].煤炭科技，2012(4)： 64-67.