柱塞泵潤滑油乳化監測裝置的設計與應用

高亞寧，王軍鋒，王 麗

（中國石油集團川慶鉆探工程有限公司長慶固井公司，陜西西安 710018）

1 研發背景

目前，固井車輛柱塞泵潤滑油采用按期換油方式，無有效手段對油液進行實時監測，潤滑油的更換存在過保或提早保養的現象，潤滑效果較差。機械設備由于循環油系統泄漏、密封元件損壞，引起外部水滲入液壓和潤滑系統是經常發生的故障。冷卻水一旦進入潤滑油，會造成油品乳化變質，破壞正常的潤滑，造成零部件異常磨損，導致設備事故發生。因此，在線監測潤滑油中的含水率、黏度且能及時報警，對保證設備的可靠運轉，延長使用壽命十分必要。

2 潤滑油使用管理現狀

隨著潤滑油統一管理及降本增效要求的實施，不同季節、不同車型使用不同品牌、型號的潤滑油，已使潤滑油采購、使用更加不便。成本支出大，降低了維護保養的及時性、高效性，間接影響生產組織。

目前國內各大鉆探公司對固井設備潤滑油的監測、預警裝置或技術，尚未開展相應的研發，基本采取人工檢查判斷、定期維護保養的方式，預警自動化程度低，固井設備的技術難題尚未得到有效解決。

固井車輛發動機一般使用美孚超級黑霸王機油，由于部分維柴電噴發動機機油壓力低，夏季使用昆侖CF15W/40 潤滑油。平臺柱塞泵使用85W/90 GL-5 齒輪油，冬季低溫下柱塞泵潤滑油黏度增大，潤滑效果較差，潤滑油的更換存在過保或提早保養現象，潤滑油油質實時監測需要實現技術突破。

3 在線監測技術的發展與應用

3.1 在線監測技術發展趨勢

（1）智能診斷。實時監測系統可以利用專家知識庫、對所采集的數據進行智能診斷，能有效減少對專業技術人員的依賴，方便設備維護人員及時采取措施。更進一步，可以實現診斷專家知識庫的自學習，在監測過程中，根據所監測的數據結果修正之前的判斷依據，使監測系統診斷更加可靠。

（2）遠程診斷。系統不能完全代替油液監測技術專家，但在無法單獨解決潤滑故障問題時，可通過遠程診斷系統，將被監測設備的數據發送至遠程故障診斷中心，由潤滑故障診斷專家進行會診解決。

（3）多手段融合。作為三大監測手段中的振動監測與參數監測已經實現了在線方式并獲得了運用。在油液監測實現在線化后，使三大手段融合在同一套監控軟件中，實現全面監測與綜合故障診斷，提高設備的運行可靠性。

（4）遠程監測。實現由多參數監測（黏度、水分、磨損、污染度、油溫）→多檢測點監測（單一企業的多個受控機組）→多手段融合（離線、在線、設備參數）→多行業專家網絡中心組成的層級網絡專家系統。

3.2 油液在線監測技術的應用

（1）實現潤滑油油質和旋轉機械磨損的實時在線監測，通過監測溫度、電導率等參數的突然變化，實現機械故障的早期預警，有助于提升企業設備自動化管理水平。

（2）通過對潤滑油含水率、黏度、密度等參數的實時連續監測，可實現對潤滑油的健康評估，通過激勵管理來延長潤滑油的生命周期。

（3）節能、減排、降耗，降低維修、檢測和勞動力成本。

（4）實現現場監測數據網絡共享，為生產經營和管理者提供決策依據。

4 柱塞泵潤滑油乳化監測裝置的設計與研究

4.1 柱塞泵潤滑油使用分析

85W-90 齒輪油乳化原因及監測參數的確定

（1）現場潤滑油變質原因。①現場柱塞泵動力端潤滑油往往由于外部水滲入，造成短時間內乳化，部件潤滑效果不良；②柱塞泵動力端潤滑油長期使用，潤滑油黏度下降，達不到潤滑效果。

（2）在用85W-90 齒輪油理化試驗結果。100 ℃運動黏度16.87 mm2/s；40 ℃運動黏度220.4 mm2/s；水分為痕跡。

黏度判定標準：運動黏度（100 ℃）/（mm2/s）：13.5～24.0 為合格。

水分判定標準：車輛齒輪油國標規定≤0.03%為痕跡，≥1%為報廢。

4.2 柱塞泵潤滑油測量裝置

研制柱塞泵潤滑油水分、黏度傳感器，根據85W-90 齒輪油特性參數，對傳感器進行測試、標定。

水分傳感器采用電容原理，傳感器通過浸入油的方式，流通該區域的油品作為絕緣液體，電容值的改變同絕緣電場的介電常數成比例，介電常數值同油品中的水分值成比例，通過電容微信號處理技術以及標定數據庫曲線，將測試的電容值轉換成含水信號輸出。

黏度傳感器采用音叉諧振技術，浸泡于油中，安裝在管路中時位置在管路拐角處，使油液流動方向平行于探頭的水平方向。

4.3 智能傳輸模塊

采集固井施工中柱塞泵潤滑油監測裝置檢測到的數據，通過智能遠程傳輸模塊（RTU）處理采集的實時數據，在具備網絡環境的前提下，通過4G 網絡，將數據實時上傳至數據中心服務器，數據幀傳輸頻率可在后臺自由設置。

4.4 系統平臺潤滑油監測模塊

設計制作后臺系統油液監測模塊。電腦端軟件可查看柱塞泵潤滑油實時監測數據及歷史數據；微信端實現數據查詢及預警信息推送功能，方便日常數據查看及設備狀態跟蹤。

5 柱塞泵潤滑油乳化監測裝置的應用

5.1 現場應用

通過在兩臺水泥車上安裝連接潤滑油監測、傳輸裝置，并維護回傳數據（圖1、圖2），實現了對水泥車柱塞泵潤滑油水分、黏度的實時監測。

5.2 經濟效益

（1）應用柱塞泵潤滑油監測裝置后，各級管理、操作人員可實時查看柱塞泵潤滑油水分、黏度及設備運轉情況，為設備管理的提升提供了數據支撐，提高了管理效率。

圖1 柱塞泵潤滑油監測裝置

圖2 傳輸模塊連接

（2）水泥車300 型柱塞泵每年大修費用平均在16 萬元左右，不僅增加成本而且對后期的生產組織、安全管理工作影響較大。使用潤滑油監測裝置每套僅花費15 000 元，若將監控范圍擴展到固井設備各個總成件（發動機、變扭器、柱塞泵、差速器等），利用物聯網技術將事后維修模式轉變為預防性維護，實時掌控設備狀態，及時進行維保或維修，規避設備故障或設備事故的發生，大幅降低柱塞泵維修費用，達到既降本增效、又實現設備安全管理的效果。

6 結語

柱塞泵潤滑油乳化監測裝置的應用，是設備實現物聯網遠程狀態監測的良好開端，不僅能提高設備完好率，而且能為設備的使用管理提供準確的數據支撐。進一步拓展物聯網遠程狀態監控技術，還可以在現有基礎上，從以下3 個方面進行持續改進：

（1）繼續推廣安裝柱塞泵潤滑油乳化監測裝置。增加柱塞泵潤滑油壓力遠程監測裝置，安裝柱塞泵振動傳感器，深度分析數據，開展故障診斷，擴展應用范圍。

（2）深度開發水泥車柱塞泵潤滑油監測技術，不斷完善軟硬件功能，通過1～2 年的數據累計，形成柱塞泵潤滑油管理數據庫，打通潤滑油使用管理和固井設備實現物聯網管理模式的發展瓶頸。

（3）研究基于固井設備的物聯網遠程狀態監控技術，對設備狀態進行大數據分析，助推固井設備管理水平的提升。