在線監測技術在9E燃機潤滑油油品檢測中的應用

翁曉峰

摘要：潤滑油的使用已是越來越廣，如論是在生活還是工業上都有著無法替代的地位。合適的潤滑油能為設備帶來更好的保護，保障設備的安全運行，延長設備的使用壽命。潤滑油在線檢測系統通過對潤滑油的顆粒、水分進行檢測，了解到潤滑油情況及設備磨損情況，確定合理用油周期，并能分析出設備修護保養時間，以及提前預報設備的潛在故障。從而減低設備的維修、更換成本，并大大降低設備的停機時間，提高工作效率、更好的保護設備。

Abstract： Lubricating oil has been used more and more widely， and it has an irreplaceable position in life and industry. Appropriate lubricating oil can bring better protection to the equipment， ensure the safe operation of the equipment， and extend the service life of the equipment. The online lubricating oil detection system detects the particles and moisture of the lubricating oil， understands the lubricating oil and equipment wear， determines the reasonable oil use cycle， and can analyze the equipment repair and maintenance time and predict the potential failure of the equipment in advance. Thereby reducing equipment maintenance and replacement costs， and greatly reducing equipment downtime， improving work efficiency， and better protecting equipment.

關鍵詞：潤滑油;在線監測;9E燃機

Key words： lubricating oil;online monitoring;9E gas turbine

0? 引言

我國已經成為世界上最大的工業國，隨著工業信息化發展，對工業核心設備的高效穩定運行越來越關注，特別是那些關乎國計民生的企業，設備高效穩定持續無故障運行變的尤為重要。電力系統作為國家能源安全的重要組成部分，其安全可靠地穩定持續運行就顯得更加重要，特別是在此次疫情期間，能源安全直接關乎社會的和諧穩定。

9E燃氣輪機是電力系統常用的重要設備之一，燃機潤滑油是在發電機組潤滑系統中起到潤滑、調速密封和散熱冷卻等重要作用的石油精煉產品，油質好壞對機組的安全運行狀況有直接影響。如果建立一套針對燃機潤滑的實時在線監測系統，具備油液的性能監測，同時兼具設備初期磨損預警，那么將可大大減少設備意外停機，保障設備安全穩定運行，延長設備使用壽命。

1? 油液在線監測技術

在線油液監視技術是用于偵測、識別和分析油液信息的傳感器技術、綜合導航和計算機處理技術。隨著各種油液監測技術的不斷成熟和油液狀態綜合監測的要求，油液在線監測技術正逐步向多種監測方法相結合的發展趨勢，其可靠性和實用性持續提高。油液的在線監控技術形成了各種各樣的技術系統，根據監控對象的不同可以分為兩種類型。油液的物理和化學性能的在線監測技術和油液粒子的在線監測技術。

1.1 油液理化性能在線監測技術

使用介電常數（靜電容量）法進行大量的在線油液監測技術研究，這項研究相對成熟。除了罕見的完全電離氣體（等離子體），自然界中幾乎所有的物質都是電介質。潤滑油是碳氫化合物的復雜混合物，每個碳氫化合物的平均穩定性各不相同，因此被認為是一個非常復雜的環境。如果潤滑劑變質，相對電介質滲透性就會改變。潤滑油的相對電介質滲透性取決于基本油、添加劑和污染物的成分和含量。根據這一原則，我們可以利用相對介電率來評估油液污染、油液缺陷、更換油液的時間，并預測油液故障的發生[1]。

1.2 油液顆粒在線監測技術

機械裝置的摩擦對在相對運動過程中受到摩擦和磨損，產生研磨粒子，潤滑油一方面潤滑摩擦和磨損的表面，另一方面研磨粒子進入油液。同時，周圍環境中的粒子也有可能進入油液中。油液的磨損檢查數量過多或磨損顆粒大，表示機械部件受到異常的磨損或將要發生異常磨損，嚴重的情況下有可能導致事故。因此，通過監視油粒子，可以把握機械設備的摩擦和磨損狀況，可以預測事故的發生。

如果我們可以確定通過摩擦產生的粒子以及石油污染程度，就可以有效評估圖1所示的燃氣輪機油狀態。通過確定燃氣渦輪機潤滑油污染的兩個方面，確定油液污染和潤滑油磨損顆粒的狀態，建立了一種操作系統來監測潤滑油的狀態。

2? 油品在線檢測方案

2.1 所需監測參數

大部分的潤滑油測量參數是相關的，因此，監視結果真實、有效，被統一參數分析的基礎，為了保證監視設備是多參數單一傳感器有必要統一結構設計。這樣不僅能夠避免測量油的二次污染，而且還能同時監測多個測量參數。

潤滑油最重要的物理和化學指標之一便是粘度，粘度也是選擇潤滑油等級的主要標準。以前，在研究室機油的粘度在網下測試的情況下，通常油加熱，其溫度為40℃的油的粘度指數的測定，并與國家標準相比較，油的粘度指數，判斷是否合格了。但是，在實際使用中，由于油的溫度經常是連續變化的，油的粘度也隨之變動，所以油膜的厚度和潤滑效果就不用說了，實際的油的粘度也不能正確的預測。通過渦輪潤滑油在線監測裝置可以實時監測機油的溫度和粘度。依據潤滑油在不同溫度下的粘度指數不同的原理，可以正確判斷油的粘度和油質是否變質。實時監控潤滑油的粘度溫度特性，對于保護裝置的旋轉的可動部分，確保裝置的安全工作非常重要。

如果潤滑油的含水率過高，會導致潤滑性能下降，進而在成油膜受損，摩擦增加，軸承過熱。金屬機器的頸部磨損和腐蝕，使緊急斷路裝置生銹堵塞，導致速度控制系統的故障和其他后果，給單元的安全工作帶來嚴重的威脅。以往的油中的水分量的離線監視，由于手動的經驗和取樣錯誤等的因素，不能正確地反映實際的油系統的水分量，所以監視數據經常發生很大的差異。在測試完畢的油回路設置在線監控裝置，實時監控封閉循環油系統的水分數據。這樣得到的分析結果，能夠更好地說明實際的工作條件，更有說服力。

管道內的大部分污染物都以油塊的形式存在。手動取樣可能無法得到含有濃縮污染物的油塊。這些被污染的油塊在進入燃料箱與干凈的油混合之后，通常會達到標準。被污染的油塊本身的粒子尺寸，有可能遠遠高于NAS水平8的基準。污染油塊中的粒子侵入軸承油膜，必然導致軸承磨損異常，因此需要在線監測污染油塊的頻率和粒度水平。這樣，一方面可以完成過濾器元件的多年后的狀態變化監視。另一方面，可通過一些大小物件的不斷增加趨勢來判斷納特氣體觀賞量，可道可用于替換濾器。分子規模檢測站在線監控和實驗室監視的準確度比在線監控要高得多。實驗室油粒子離線監測的數據由于精確度不高不能準確反映實際油品的質量。

2.2 在線監測點的選取

根據不同的監測目的，可選擇主發動機潤滑油在線監測點位。主發動機潤滑油供給管，主發動機潤滑油返回管，和潤滑油過濾器的出口側。通過比較流過主軸的前后潤滑油的參數，可以更及時地把握機器的運轉狀況，為了實現對旋轉油的監視·解析和油的劣化解析的同時探討，可以比較·解析潤滑油的劣化傾向。實現機油過濾器的過濾元件的狀態監視。現在，機油過濾器通過壓力差來檢測過濾器元件的好壞，如果過濾器元件不能過濾大的粒子，壓力差就沒有反應，對主軸的危險急劇提高。機油過濾器出口方面的油質量的在線分析，過濾器元件的質量可以實時監視，油質量的障礙和過濾器元件的損傷等的異常狀態馬上可以發現，為了保護裝置的安全操作。

3? 在線監測技術的應用

在日常保養和檢查中，潤滑油的日常監測需要采集油樣，然后送往化驗室進行化學分析，最后等待化驗室分析結果。這個監視方法有幾個缺點。

管道內的污染物，大多以油量的形式存在。取樣和監測的結果的遲滯現象，油的污染物質，鱒魚的頻率和油鱒魚內的各種尺寸的粒子的污染狀態，不能實時反映機體的動作狀態，并能預測設備的故障診斷。判決被推遲了很多。在取樣和輸送過程中，容易引起二次污染，影響油粒子監測的精度，使實驗室分析結果的精度不夠。石油監測的取樣和輸送過程需要勞動力和材料資源，這增加了石油污染監測的成本。

9E燃氣輪機潤滑劑實現在線監測與離線實驗室分析相比具有以下技術優勢。第一，改善設備的安全運行，有助于減少預期不到的下拉時間，防止油污染，防止惡性斷軸磨削事故。實現根據品質的油交換，延長石油產品的生命周期。原來的定期更換機油，改變為根據質量更換機油。因為油的更換周期是根據油質量的實時監控結果來決定的，所以在減少油更換成本的同時，也減少了環保廢油的量。這提高了石油產品監測的效率，有效防止了二次污染。連續在線測量確保了最有效的中心段抽樣，同時避免了人工抽樣誤差，確保流動的連續抽樣使測量結果接近真實值。提高成品油系統的成熟管理水平，減少人力和時間的浪費。新的監控技術是未來產業升級和物聯網建設的基礎。從離線監控到在線監控的逐步過渡是未來發展的趨勢。

4? 總結

基于在線油品監測的機械設備故障診斷，可以更準確地預測故障發生的原因和地點，更全面地監測設備運行，使用早期預測及時發現和排除設備故障。本文根據污染物質含量的增加，使得潤滑油的物理及化學性質的變化程度，及9E燃氣輪機的磨損過程中潤滑油中的強磁性粒子的數量、尺寸分布及濃度的原理，根據9E燃氣輪機的潤滑狀態及磨損狀態實現在線監視的目的。通過研究靜電電容法和電感法的潤滑油狀態的在線監測系統，取得9E燃氣輪機潤滑油的故障程度和異常磨損的判定方法。

建立了燃機油液狀態在線監控系統。這個系統由電容性潤滑油污染度傳感器和感應性鐵磁性粒子特性傳感器構成。容量性傳感器監視潤滑油污染程度，進一步獲得燃機潤滑劑的狀態：通過電感式鐵磁性顆粒數量和濃度傳感器，監控潤滑油中的鐵磁性顆粒數量、粒子分布、濃度，實現燃氣輪機潤滑油的狀態評價。

參考文獻：

[1]姜凱翔.杜兒坪礦110kV變電站變壓器油質在線監測系統的應用分析[J].山西冶金，2020，43（03）：176-177，195.

[2]鄭重，王琪，周圓，錢藝華，趙耀洪.基于多頻超聲的變壓器油質在線監測有效性研究[J].電測與儀表，2019，56（13）：142-147.

[3]謝曄，程俊杰.660MW機組汽輪機潤滑油在線監測系統改造[J].寧夏電力，2019（01）：61-64.

[4]鄭江濤，卜雄洙，黃仙錦.油品質量在線監測系統設計[J].儀表技術，2014（10）：22-23，26.