發射光譜分析技術在設備潤滑管理中的應用

李慶華

（大慶油田公司井下作業分公司，黑龍江大慶 163000）

0 引言

潤滑管理在設備管理中占有重要地位，但在實際潤滑管理工作中，存在諸多困難：①傳統油品理化性能檢測難以全面、正確反映油品質量；②由于設備使用工況、環境、介質、操作人員素質的不同，最佳換油周期難以確定。為全面分析和評價潤滑油品質，我們通過使用美國MOA-Ⅱ發射光譜儀，將發射光譜技術應用于潤滑油狀態監測管理體系中，能夠精確測量油品中添加劑、磨損金屬、污染元素的成份與含量，從而達到確保新油品質、探究設備的磨損機理和預測磨損發展趨勢的目的。形成以元素含量分析、油品理化性能分析、污染物分析為基礎的油品狀態分析體系，為預知式維修、主動式維修提供技術支持。

1 新進油品檢測

潤滑油由基礎油和各種添加劑組成，添加劑的成份及含量決定了油品的品質。常規理化檢測無法反映油品添加劑成份和含量，我們通過發射光譜儀對新油品元素含量進行定量分析，確定新油品添加劑成份含量是否在正常范圍內、是否混入污染物。目前，我們對發動機潤滑油中的Ca、Zn、P 元素，齒輪油中的P元素；液壓油中的Zn、P 元素進行重點檢測，有效的確保了新進油品的質量。

對新購進的CH-4 柴油機油做光譜檢測時發現，新進油品中Ca、Zn、P 的含量變化大。通過對不同批次油品的檢測，發現該品牌油品理化指標很穩定，但添加劑的含量尤其Ca、Zn、P 的含量變化大，這直接反映了不同批次新進油品的性能不穩定。我們據此對廠家產品質量提出了質疑，要求廠家提供三種元素的典型值及相關規范，經過多次交涉，廠家提供了添加劑元素的含量標準與規范。此后連續7 個月對該產品重點監測（見圖1），可以看出，在采用光譜檢測后，供應商對提供油品的質量加強了管理，添加劑元素含量值趨于穩定，且含量較原先采購油品大幅提高，即產品質量較以往提高。

2 預知式維修

圖1 元素含量變化趨勢

預知維修是以設備狀態監測、日常點檢、定期檢查為基礎，經過分析、預測設備的劣化程度，在故障前有計劃地進行適當維修的一種維修方式。該種維修體制根據設備的實際技術狀態確定維修期限，不固定拆檢分解的范圍，通過不斷定量分析監測的某些參數和狀態數據及其變動量來確定最佳的維修時機和維修內容。預知維修比事后維修有著很大的先進性，并且比定期維修制也更為合理。進行預知維修的首要工作是對設備開展狀態監測工作，我們以潤滑油理化分析、光譜分析技術為基礎，開展壓裂設備的預知維修工作。

以哈里伯頓壓裂車裂-19 變速箱狀態監測為例，按照規定，臺上變速箱每運轉100 h 進行一次潤滑油取樣，進行6 項理化指標檢測和發射光譜元素分析。該車油品理化分析一切正常，但元素分析檢測發現，裂-19 自工作800 h 起變速箱油中的Fe、Cu 元素含量不斷增高，其中1000 h 后急劇增高，見圖2。

Fe、Cu 元素含量突然異常增高，說明變速箱內部存在異常磨損現象，結合該變速箱4 檔工作時溫度較其它檔位偏高的現象，分析變速箱高檔位離合器鼓及離合器片磨損嚴重。解體檢修證實分析結果，及時預防一次機械事故。磨損的離合器見圖3。

3 主動式維修

圖2 裂-19 鐵銅含量變化趨勢

圖3 磨損的高檔位離合器

主動維修是從故障根源上對設備故障進行預防，是積極主動的預防故障，主動維修的核心是消除故障源。設備油樣中含有的各種元素成份及含量是評價機械設備運行過程磨損程度的重要指標，每種元素含量的多少與設備中某種摩擦副磨損量的大小有直接關系，可由對應磨損元素判斷磨粒產生的部位及狀態。例如Fe 元素主要來自汽缸套、搖臂、活塞環等部件，Cu 元素主要來自軸承、軸套、墊片等部件，Pb 元素主要來自軸承合金材料、密封件等。發射光譜檢測的元素來源見表1：

表1 潤滑油中的元素成份及來源

此外，根據潤滑油中的添加劑及污染元素的成份及含量，還可判斷潤滑油的劣化變質程度。通過添加劑及污染元素可以判斷各個具體的污染源，例如，Si 主要來自空氣中帶來灰塵、添加劑等；P 主要來自空氣中帶進的塵土、水及冷卻系統泄漏。使用MOA 光譜儀對壓裂車組油品定期、連續監測，發現某項根源參數超標，立即處理，可以保證設備長期處于最佳潤滑狀態下運行。

2013 年3 月，裂38 壓裂車變速箱維修后，再次跟蹤油品使用情況，發現Fe、Cu 等元素含量依然較高，判斷是清洗不徹底存在殘留雜質，經重新換油并更換濾子后，變速箱油中的元素含量恢復正常，確保設備潤滑處于最佳狀態。具體變化見圖4。

圖4 裂-38 元素含量檢測數據

4 結束語

潤滑管理作為設備管理的重要組成部分，需要不斷進步。潤滑油監測診斷技術是現代設備管理不可替代的重要手段之一，即保證所用油品處于正常狀態，又避免盲目拆檢設備造成的損失。使用發射光譜和紅外光譜分析，提高潤滑油液監測手段的準確性和效率，完善相關設備的軟硬件和分析方法，加以現場監測人員的實踐經驗，建立起潤滑油液監測、診斷數據庫。對故障隱患做到早期診斷、早期預防，使設備長期處于穩定運行狀態，為企業帶來良好的經濟效益和社會效益。