油液污染度分析在油液監測技術中的應用

孫成杰，丁冬梅，陸沁瑩，陸澤波

(中國石油大連潤滑油研究開發中心，遼寧 大連 116032)

油液污染度分析在油液監測技術中的應用

孫成杰，丁冬梅，陸沁瑩，陸澤波

(中國石油大連潤滑油研究開發中心，遼寧 大連 116032)

文章重點介紹了油液污染度的測試方法、發展及在液壓油、汽輪機油、船用油在用油中的應用情況。試驗結果表明，對于發動機臺架試驗的監測，進行污染度分析，其與元素含量及煙炱含量有較好的一致性。因此，結合設備現場工況和設備自身特點，選取合適的測試項目，可以有效地對設備進行預防性維護和狀態監測。其中油液的污染度分析是判斷液壓油、汽輪機油、船用油、齒輪油等污染情況的主要手段，且污染度及磨損顆粒的監測是快捷、可靠的。

油液監測；污染度；磨損顆粒；測定方法；應用

0 引言

油液監測技術是通過分析被監測機器的在用潤滑劑(或工作介質)的性能變化和攜帶的磨損微粒的情況，獲得機器的潤滑和磨損狀態的信息，評價機器的工況和預測故障，并確定故障原因、類型和零件的技術。這一技術的工業應用表明：油液監測技術適用于低速重載、環境惡劣(如噪音大、振動源多、外界干擾明顯)、往復運動和采用液體或半液體潤滑劑且以磨損為主要失效形式的設備監測。國內外實施油液監測所獲得的經濟效益推動著這一技術的發展和完善。通常，油液監測可以延長設備的換油期或者正確選用潤滑劑而取得效益，更重要的是通過及時預報潛在的故障避免災難性損壞或者使處于正常運轉的設備減少不必要的維修而增加產值和效益。油液監測主要有以下幾個方面：理化指標分析、污染度分析和譜分析。油液的理化指標包括黏度、水分、酸值 、閃點、泡沫性等指標，主要用來檢測潤滑油的性能和品質；污染度即油液的清潔度，采用顆粒計數的方法對油液的清潔度進行分析，以便找出外部污染來源和為內部磨損提供依據；譜分析包括光譜分析和鐵譜分析，光譜分析用來檢測潤滑油中元素的含量，鐵譜分析包括直讀鐵譜分析和鐵譜特征磨粒分析，來查找設備的磨損部位和故障根源。針對不同的設備，油液監測選取的測試項目是不一樣的，結合設備現場工況和設備自身特點，選取合適的測試項目，可以有效地對設備進行預防性維護和狀態監測。其中油液的顆粒度分析是判斷液壓油、汽輪機油、齒輪油、船用油等污染情況的主要手段。

1 油液顆粒度(污染度)監測的重要性

20世紀60年代，由美國宇航局(NASA)發起，成立了第一個機械故障診斷專業協會——機械故障預防組織(MFPG)，該組織將機械設備故障監測劃分為熱功參數測量、振動監測技術和油液分析技術三大領域 ，其中油液分析技術以其獨特的技術優勢，成為一種有效的監測手段。油液分析技術是通過分析被監測機器設備在用潤滑劑的性能變化和攜帶的磨損顆粒情況，獲得機器的潤滑和磨損狀態信息，評價機器的工況和預測故障，并確定故障原因、類型和部位的技術。

顆粒計數器是用來檢測油液中各種微粒的尺寸和多少，廣泛用于航空、航天、航海、電力、石油、化工、交通、港口、冶金、機械、汽車、制造等領域，對各類油液進行固體顆粒污染度檢測。油液的污染度是指單位容積油液中固體顆粒污染物的含量，即油液中所含固體顆粒污染物的濃度。油液污染度標準從最早使用的質量(μg/g)和體積 (μL/ L) 污染度等，逐漸改進為可反映顆粒尺寸及分布的顆粒污染度表示方法。NAS1638污染度等級標準是用100 mL油樣中的顆粒尺寸范圍5～15 μm、15～25 μm、25～50 μm、50～100 μm和 >100 μm的顆粒數表示油液污染度,原定污染度等級為12級，為了擴大應用范圍，現已將污染度等級擴展到21個等級。ISO 4406污染度等級標準是用1 mL油樣中的顆粒尺寸大于4 μm、大于6 μm和大于14 μm的顆粒數，用“/”符號隔開，表示油液污染度，分為30等級。

針對液壓系統應用的廣泛性、運行工況和油液分析技術的特點，利用油液分析技術對液壓系統進行監測，可以有效地避免液壓系統因油液污染造成系統中的泵、閥磨損或者過濾器堵塞而造成設備的停機等重大故障的發生，從而在設備的預防性維護中節省資源，有效地提高了設備的運行效率，具有重要的意義[1]。生產實踐中，液壓系統中的故障一般都是顆粒污染造成的。液壓油液中的污染物和磨損顆粒會導致液壓系統中的缸體、泵和閥的故障。因此，對液壓油液中的顆粒度進行監測尤為重要。

艦船上的各種機械設備長時間、高載荷地運行于各種復雜工況下，所以對機械設備進行油液監測以判斷其工作狀態顯得至關重要。目前，油液分析技術已廣泛應用于我海軍艦船機械設備的狀態監測，油液監測尤其是污染度的監測不僅可以正確地選擇潤滑劑并確定合理的換油周期而取得較好的經濟效益，更重要的是可以通過即時預報潛在威脅而避免災難性的損壞或者使處于正常運轉的設備減少不必要的維修，變事后維修和定期維修為視情維修，大大減少了停機時間和維修的工作量，這對于提高海軍艦船的在航率和在航等級、節約維修經費都具有十分重要的意義[2]。

汽輪機油用于汽輪機組的潤滑系統、調速系統，它起潤滑、調速和冷卻散熱作用。因此其油品質量的好壞直接影響著機組的安全。汽輪機油系統中，由于各種原因常常存在著機械雜質、污染物，會破壞油膜致使轉子軸頸表面劃傷拉毛，使得局部油溫升高，油品不能正常散熱，從而瓦溫升高，造成燒瓦事故。它的存在還會使機組調速系統卡澀，甚至造成調速系統失靈。因此，對于汽輪機油來說，必須重視油品的凈化工作，對污染度進行監測，以保證機組安全運行[3]。

2 油液顆粒計數器的發展

油液顆粒計數器可采用激光顆粒計數器或油液顆粒度分析儀，是測試油液中顆粒的粒徑及其分布的專用儀器，由顯微鏡發展而來，經歷了顯微鏡、稱重法、顆粒計數器、PLD油液顆粒度分析儀的過程。其中因油液激光粒子計數器測試速度快、動態分布寬、不受人為影響等各方面的優勢，近年來已在很多行業中得到應用。并采用油液行業經典方法NAS 1638和ISO 4406，按GB/T 18854-2002(ISO 11171-1999、JJG 066-95)等標準進行標定、校準。油液顆粒計數器主要有以下幾類：

(1)按測試原理：光散亂法測試(白光、激光)、顯微鏡法測試、稱重法測試、DMA法測試、慣性法測試、擴散法測試、凝聚核法測試(CNC)、油液顆粒激光檢測器等。

(2)按流量：小流量 0.1 cfm(2.83 L/min) 大流量1 cfm(28.3 L/min)。

(3)按形狀、體積大小：便攜式、臺式 、在線式。

(4)按測試通道：單通道；雙通道； 多通道。

3 油液顆粒計數器在在用油監測中的應用

收集發動機臺架0～400 h的使用試驗樣品，并對其進行分析，元素分析、污染度分析及熱重分析結果見表1。

表1 元素、污染度及熱重分析結果

從本次臺架試驗結果可見，由元素分析表明，磨損金屬主要銅、鐵、鉛，其中銅的磨損量增加最快，達到了400 h的190 μg/g。LNF-C磨粒測試數據及磨粒圖 ，磨粒的類型分析表明以疲勞磨損為主，從而初步判斷，發動機的銅質摩擦副磨損最為嚴重，鐵質摩擦副磨損次之。為了進一步證實磨損情況，又進行200 h樣品及400 h樣品的鐵譜分析，見圖1鐵譜圖，發現在400 h樣品鐵譜片的區域明顯比200 h樣品存在大量的球狀銅磨粒，與元素分析的結果是吻合的。

200h樣品的鐵譜圖

400h樣品的鐵譜圖

由煙炱分析表明，樣品的煙炱含量是逐漸增加的，400 h達到了0.4%。由LNF-C磨粒測試污染度分析表明，無論是NAS 1638 等級還是ISO 4406等級，其結果均為逐步增加，與熱重煙炱的結果也是吻合的，說明400 h樣品污染的程度最大，煙炱含量與污染度的對比見圖2。

圖2 煙炱含量與污染度的對比

由此可見， LNF-C磨粒測試儀進行污染度分析、磨粒磨損分析，與光譜分析及煙炱分析有較好的一致性。

4 結束語

利用油液顆粒計數器對發動機臺架試驗在用油進行污染度監測，與元素含量及煙炱含量有較好的一致性，因此，對液壓油、船用油、汽輪機油等油品在使用試驗監測及在用油監測過程中，進行污染度及磨損顆粒的監測是快捷、可靠的，具有可觀的經濟效益。

[1] 劉敬軍.液壓油中污染物監測分析對比[J].中國修船，2011,24(2):35-37.

[2] 向志偉.油液監測技術在船用柴油機故障診斷中的應用[J].潤滑與密封，2009,34(4):108-110.

[3] 劉苑年.汽輪機油顆粒度監測的重要性及凈化措施[J].天津電力技術，2002(3):24-25.

Application of Oil Contamination Analysis in Oil Monitoring Techniques

SUN Cheng-jie, DING Dong-mei, LU Qin-ying, LU Ze-bo

(PetroChina Dalian Lubricating Oil R&D Institute, Dalian 116032, China)

It is mainly introduced in this paper that the method of testing on the oil contamination, meanwhile, its development and application in hydraulic oil, turbine oil and marine engine oil are discussed. The test results show that, for monitoring engine bench test, analysis of the oil contamination has good consistency with the element content and the soot content. Therefore, based on equipment on-site conditions and equipment characteristics, preventive maintenance of equipment and condition monitoring can be achieved effectively through selecting the appropriate test items. Monitoring on the oil contamination is the main means to judge the contamination situation of hydraulic oil, turbine oil, marine engine oil and gear oil, and the monitoring on the oil contamination and wear of particle is convenient and reliable.

lubrication condition monitoring; contamination; wear particle; test of detection; application

10.19532/j.cnki.cn21-1265/tq.2017.01.008

1002-3119(2017)01-0036-03

TE626.3

A

2016-09-06。

孫成杰,高級工程師，1987年畢業于華東理工大學，獲學士學位，曾從事油品研發，現從事分析與油液監測工作，發表論文數篇。E-mail:sunchengjie_rhy@petrochina.com.cn