光譜油液檢測(cè)技術(shù)在平朔礦山的應(yīng)用

龐 博

（平朔露維中心質(zhì)檢部，山西朔州 036000）

0 引言

平朔露維中心擁有2個(gè)現(xiàn)代化的油液檢測(cè)化驗(yàn)室，負(fù)責(zé)平朔礦區(qū)600多臺(tái)各種型號(hào)的礦用設(shè)備（電鏟、鉆機(jī)、自卸卡車、工程機(jī)械、吊車等）、包括井工礦綜采設(shè)備的油樣檢測(cè)分析工作。礦用設(shè)備在惡劣的生產(chǎn)條件下全天候不間斷運(yùn)行，承擔(dān)著礦區(qū)的主要生產(chǎn)任務(wù)，設(shè)備各部件的運(yùn)行狀況隨時(shí)發(fā)生著變化。適時(shí)了解機(jī)械設(shè)備內(nèi)部零構(gòu)件是否正常運(yùn)行，定期進(jìn)行油樣檢驗(yàn)是實(shí)行設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)、預(yù)知性維修的重要手段。通過(guò)油液檢測(cè)分析可以提供關(guān)于設(shè)備內(nèi)部運(yùn)行部件磨損狀況、潤(rùn)滑油污染程度以及潤(rùn)滑條件的信息，設(shè)備在用油中磨損金屬、添加劑和污染物元素含量的測(cè)定和分析是油樣狀態(tài)監(jiān)測(cè)的重要診斷參數(shù)，可以對(duì)設(shè)備運(yùn)行的潛在故障進(jìn)行預(yù)警，以便主動(dòng)排除故障隱患，最大限度地提高設(shè)備運(yùn)行的可靠性。

1 光譜油液分析

1.1 工作原理

光譜油液分析設(shè)備磨損狀態(tài)的評(píng)估結(jié)論，通過(guò)監(jiān)測(cè)潤(rùn)滑系統(tǒng)中運(yùn)動(dòng)部件之間產(chǎn)生的金屬微粒而實(shí)現(xiàn)。光譜分析除了能分析污染物，還能通過(guò)分析油液添加劑元素濃度來(lái)識(shí)別油液污染與降解惡化的程度。多元素分析，配合對(duì)制造部件所用材料屬性的理解，可以用來(lái)識(shí)別設(shè)備特定組件的失效故障。在實(shí)踐中，需要從系統(tǒng)中周期性地取出油樣進(jìn)行分析，與先前常規(guī)分析做對(duì)比，得到的數(shù)據(jù)不僅可以指示機(jī)械系統(tǒng)的正常磨損狀態(tài)，還可以在故障發(fā)生的早期階段發(fā)出預(yù)警。因?yàn)橛鸵褐谐练e著從零件表面上磨下來(lái)的金屬微粒，定期將油液取樣并測(cè)定其中的金屬微粒的成分和含量，可確定零件的磨損趨勢(shì)和磨損源，如發(fā)現(xiàn)某種特定的金屬含量比例增大，就表示有該金屬制成的零部件發(fā)生過(guò)度磨損。基于預(yù)警信息，專業(yè)人員可以根據(jù)油液分析結(jié)果進(jìn)行診斷，進(jìn)而做出維護(hù)決策，在設(shè)備發(fā)生嚴(yán)重?fù)p壞之前采取措施予以主動(dòng)消除潛在故障，從而預(yù)防故障停機(jī)的發(fā)生，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命，降低維修成本，提高設(shè)備可用率。

1.2 監(jiān)測(cè)項(xiàng)目

在用油監(jiān)測(cè)主要元素見表1，測(cè)得元素的典型來(lái)源見表2。

其他指標(biāo)：燃油——故障噴油器或燃油泵；煙塵——機(jī)油中的燃燒副產(chǎn)品；黏度—液體屬性，對(duì)促使機(jī)油流動(dòng)的作用力起阻礙作用；氧化——潤(rùn)滑劑由于老化或暴露在高溫下產(chǎn)生分解的常用量度；硝化——表明存在硝酸，一種竄氣量過(guò)高的常用指標(biāo)；TAN（總酸值）—— —機(jī)油酸性的量度；TBN（總堿值）—— —機(jī)油中和酸性組分能力的量度。

1.3 分析依據(jù)

通過(guò)《磨損金屬碎屑及各種污染物的來(lái)源》表和《油樣分析極限標(biāo)準(zhǔn)》表，預(yù)判設(shè)備哪個(gè)部件有可能發(fā)生了故障，對(duì)存在嚴(yán)重問題總成件進(jìn)行及時(shí)更換，可以預(yù)防發(fā)生停機(jī)事故；對(duì)于故障處理，可以減小檢查區(qū)域和指導(dǎo)檢查方向，節(jié)約維修時(shí)間，降低工作量，提高設(shè)備可用率，降低設(shè)備運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)。

表1 在用油監(jiān)測(cè)主要元素

表2 通過(guò)光譜分析元素的典型來(lái)源

2 維修實(shí)例

2.1 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)

2016年7月8日在對(duì)AJL礦4114卡車送檢的發(fā)動(dòng)機(jī)（304）油樣進(jìn)行光譜分析中，發(fā)現(xiàn)該油樣中鈉含量值超標(biāo)。初步判斷鈉元素含量超標(biāo)最可能的原因是潤(rùn)滑油中進(jìn)入了冷卻液。通過(guò)對(duì)4114卡車連續(xù)多個(gè)保養(yǎng)周期機(jī)油油樣化驗(yàn)報(bào)告的分析，鈉元素的含量值多次超出極限范圍。與此同時(shí)，鉛元素的含量值同樣超出可接受范圍，甚至超出極限范圍。表3為4114卡車機(jī)油油樣檢驗(yàn)結(jié)果，圖1為每次換油周期內(nèi)機(jī)油油樣中鈉元素含量值走勢(shì)，圖2為每次換油周期內(nèi)機(jī)油油樣中鉛元素含量值走勢(shì)。

2.2 數(shù)據(jù)分析

分析圖1，圖2得出：2016年6月17日（250 PM）～2016年9月17日（250 PM）期間（連續(xù)5次保養(yǎng)周期，3次換油周期，30E卡車機(jī)油的更換周期為500 h），機(jī)油中鈉元素的含量值在連續(xù)3次換油周期內(nèi)均呈現(xiàn)明顯遞增趨勢(shì)。與此同時(shí)，鉛元素的含量值在最近兩次換油周期內(nèi)同樣處在遞增狀態(tài)，在2016年8月25日，500 h保養(yǎng)取樣報(bào)告出現(xiàn)了一次比較大的跳躍（Pb 含量：0（原油）→35 mg/L（250 PM）→111 mg/L（500 PM）），且鉛元素的最終含量值超出最大極限范圍50 mg/L。此后該設(shè)備更換了新機(jī)油，2016年9月17日化驗(yàn)報(bào)告（250 PM）：鈉元素的含量值依然超出最大極限范圍110 mg/L，之后進(jìn)行的3次復(fù)查取樣化驗(yàn)報(bào)告，鉛、鈉元素的含量值變化呈現(xiàn)明顯遞增趨勢(shì)。

表3 4114卡車機(jī)油油樣檢驗(yàn)結(jié)果

圖1 4114卡車機(jī)油油樣中鈉元素含量值走勢(shì)

圖2 4114卡車機(jī)油油樣中鉛元素含量值走勢(shì)

2.3 原因分析

元素ppm數(shù)據(jù)分析預(yù)示著此臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部冷卻液滲漏量正在逐步增大，與此同時(shí)，當(dāng)較多的冷卻液混入到機(jī)油中，機(jī)油將被乳化，此類問題不僅會(huì)降低各機(jī)械部件之間的潤(rùn)滑效果，而且被乳化后的機(jī)油不能及時(shí)帶走各運(yùn)動(dòng)部件之間產(chǎn)生的熱量，同時(shí)流動(dòng)的混合液體中產(chǎn)生的氣穴現(xiàn)象將腐蝕金屬表面，發(fā)動(dòng)機(jī)在此種狀態(tài)下運(yùn)行必然會(huì)加劇主要摩擦副之間的磨損；如：連桿瓦、主軸瓦、活塞銷軸瓦、凸輪軸座等部件，最終造成潤(rùn)滑油鉛元素含量值超標(biāo)。

2.4 處理措施

2016年9月17日維修人員更換了水泵，之后進(jìn)行的3次復(fù)查取樣鈉元素含量值依然超標(biāo)，故障仍未得到處理。2016年9月27日經(jīng)維修人員仔細(xì)檢查后發(fā)現(xiàn)，左排7#缸缸墊破損從而使冷卻液竄入到機(jī)油中，更換左排7#缸缸墊，2016年10月12日化驗(yàn)數(shù)據(jù)恢復(fù)正常，故障排除。

3 結(jié)語(yǔ)

維修實(shí)列說(shuō)明，監(jiān)測(cè)由磨損和污染引起的元素含量值能夠?yàn)樵O(shè)備故障提供早期預(yù)警。任何設(shè)備故障發(fā)生前都是有一些預(yù)兆，都是量的積累引起質(zhì)的變化。只要按油樣檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，定期做光譜油液分析（9項(xiàng)油樣：發(fā)動(dòng)機(jī)油、液壓油、齒輪油等,8種金屬元素檢測(cè)分析），檢測(cè)油液中某種金屬元素微粒含量是否超標(biāo)，評(píng)估設(shè)備運(yùn)行狀況及油液劣化程度，在設(shè)備故障發(fā)生前期，輕微磨損階段及時(shí)監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)設(shè)備異常磨損狀況，制定合理設(shè)備維修方案，主動(dòng)消除潛在故障，預(yù)防設(shè)備非正常損壞停機(jī)的發(fā)生，提高設(shè)備可用率及生產(chǎn)效率。