应用现代油分析诊断技术提高设备润滑管理水平

应用现代油液分析诊断技术 提高设备润滑管理水平

李 东 陈大禧 （长岭炼油化工有限责任公司设备研究所）

摘 要 通过对国内外油液分析诊断技术的研究与应用调查，阐述了设备合理润滑的关键是采用先进的油液分析诊断技术，合理选择和使用润滑油；并针对目前一些企业的润滑油管理中存在的不足，提出了在大型化、连续生产石化企业，完全有必要建立现代油液分析诊断系统，进一步提高润滑油管理水平，以确保设备长周期安全运行。 关键词 油液分析 诊断 润滑 管理

1 前言 据资料介绍[1]，80％的机械设备的失效是磨损失效；影响设备的效率各因素中，1/3至1/2的能耗由摩擦副摩擦损失引起。而在机械设备的磨损故障中，润滑不良是导致磨损失效的主要原因。 设备润滑不良带来两大方面的问题。其中最为普遍的问题是使企业单位产值能耗以及润滑油消耗增高；其二，润滑不良严重时，导致设备事故的发生，影响正常生产。 因此，人们一直致力于“合理润滑技术”的研究，所谓“合理润滑”指的是采用先进的管理方法，合理选择和使用润滑油，从而降低设备摩擦功耗，减少设备磨损和润滑油的耗量，确保设备安全运行。 这方面的技术，在工业发达国家已受到普遍关注和广泛应用。我国在这方面的研究与应用起步较晚，与发达国家比有较大的距离（见表1）。由表1可以看出，我国单位产值的能耗、润滑油的消耗均远远高于西方发达国家{2}。 石化系统是一个系统复杂、生产条件苛刻、自动化程度高的大型化生产行业，历来重视设备的状态监测和故障诊断，振动监测技术得到了较快的发展，然而油液分析技术发展较慢，大多数的石化企业对润滑油的检测只限于一般的理化分析，对新油和在用油的管理，仅仅停留在一般性的管理上，只有少数的企业拥有较为完整的油液分析技术手段。这一状况离行业特点对设备全方位的管理要求有一定距离，因此，在石化企业很有必要建立一套较为完整的油液分析诊断系统，进一步提高设备润滑管理水平。

2 传统油液分析技术的不足 为保证设备的正常运行，依据不同的设备运表1 中国与发达国家单位产值能耗比较 项 目 中国 美国 日本 英国 德国 法国 单位产值耗能量 （吨/千美元，1989年） 1.431 0.427 0.257 0.4 0.392 0.373

单位产值耗润滑油量 （公斤/千美元，1986年） 5.8 2.58 1.53 1.51 1.64 2.23

单位产值耗电量 （度/千美元，1989年） 1395 650 503 586 633 687 行状态，润滑油一般应分别具有以下性能：①中和能力，②清洁分散力，③抗氧化性能，④极压性能，⑤抗腐蚀性，⑥防泡性能，⑦防锈性能，等等。而基础油并不具备这些性能，只有通过加入不同的添加剂，才能满足上述要求。 润滑油的上述性能中，最为关键的是其抗氧化性能和极压性能。润滑油的抗氧化性能决定了它的使用寿命，因为油品氧化，会产生酸性物质和沉淀物，严重影响设备的安全运行；润滑油的极压性能是决定油膜厚度的主要因素，而油膜厚度又影响油膜的刚度，直接影响机械振动的幅度，关系到机组的使用寿命。 润滑油的粘温特性是从另外一个角度反映其使用性能，润滑油的粘度首先影响其润滑性能，而润滑油的粘度随温度的变化是非线性的，在设备运行温度范围内，粘度变化过大是很难确保设备平稳运行的。因此，设备用润滑油应考虑选用具有良好粘温特性的油品，以求得理想的运行效果。 此外，对在用油中的磨损颗粒、污染物的监测也非常重要。因为机械设备在运行过程中，各摩擦副之间不可避免的发生摩擦，当油品衰变，或受杂质污染时，设备的磨损加剧，形态各异的磨损颗粒进入润滑油中，若不及时发现，会影响机器的使用寿命，严重时有可能发生停机事故。 由此可见，合理选用润滑油对设备的安全运行至关重要；并且在润滑油的使用过程中，还应对其性能的变化进行全面的监测，才能做到合理润滑，确保设备长周期安全运行。 传统油液分析技术包括运动粘度、极压性、闪点、酸值、水分、凝点、PH值、机械杂质、灰分、残炭、腐蚀试验等十余项分析指标的检测。尽管分析结果准确度较高，但分析操作非常繁琐，且只能从润滑油的表观变化间接地反映油品的降解、衰变情况。其中只有运动粘度、极压性、凝点与机器使用性能有一定关联，其它指标不一定与之有关，它们只是对特定的原料、特定的加工工艺和特定的添加剂才有意义。换句话说，油品的理化性能合格，其使用性能不一定合格。 事实上，当理化指标分析正常时，往往因使用的润滑油中未加添加剂或添加剂性能不良、磨损元素超标等原因，而造成的设备事故时有发生[3]。如： 长炼1#催化原3#主风机轴承故障： 在1993年前后，该机曾发生过两次严重的润滑事故。第一次是由于润滑油乳化，失去润滑性能，造成风机轴承盖飞脱、轴承烧毁。第二次是由于润滑油中加入的添加剂性能不良，造成右风机轴承碎裂，对生产影响很大。 长炼焦化180泵联轴节严重偏磨：1998年停机大检修时发现，焦化180泵齿轮联轴节严重偏磨。在此之前，对润滑油的常规理化检验未发现任何异常。 平顶山煤矿新油运行故障：某空压机加入了理化指标合格的压缩机油，运转不久，即产生拉缸故障。发射光谱分析结果表明：该压缩机油中未加添加剂，几乎是基础油。 平顶山煤矿设备轴承磨损：某空压机润滑油理化分析指标正常，但光谱分析和铁谱分析发现磨损元素超过控制界限，经停机拆检，证实滑动轴承产生异常磨损。 由此可知，单纯依靠传统的油液分析技术，不能满足现代化设备管理的需要。

3 现代油液分析、诊断技术[4] 综上所述，不难看出，润滑油性能的评价，除常规理化指标分析外，更重要的是油品添加剂的分析；在用油的分析，还须考察润滑油中磨损元素的水平，以判断设备运行状态。 基于对润滑油品质进行全面分析而发展起来的现代油液分析技术，包括油品性能分析和油品中磨粒的分析两方面，前者主要采用理化指标分析技术和傅立叶红外光谱分析技术，后者主要采用铁谱分析技术、发射光谱分析技术。 3.1 铁谱分析技术 铁谱分析技术是一种以磨粒分析为基础的油液分析技术，它是利用高梯度、强磁场，从润滑油中分离磨粒和污染物微粒，按尺寸有序地沉积，借助各种手段观察、测量和分析这些磨粒，以获得设备磨损过程中的各类信息，如磨损微粒大小、形貌及分布、成分、浓度等，从而诊断设备磨损形式、原因、程度、部位以及预测其磨损发展趋势。它是设备失效原因分析较为有效的方法，特别适合对磨损类故障原因分析，是其它分析技术方法无法取代的。 铁谱分析技术使用的仪器有实验室用直读 式铁谱仪、斜面分析式铁谱仪、旋转分析式铁谱仪等，以及现场连续监测用的在线式铁谱仪等，各种仪器因分离、检测磨损微粒的方法不同而各有特点。 方法特点： （1）对铁磁性磨粒进行定性、半定量分析。 （2）适用于大颗粒分析，能对尺寸介于1um～200um之间的磨粒进行分析。 （3）过分依赖分析者的知识水平和实践经验，诸多因素引起分析结果的重现性较差。 （4）分析时间长、程序多，不利于大量设备的现场监测。 3.2 发射光谱分析技术 润滑油光谱分析技术主要有原子发射光谱技术和原子吸收光谱技术，该技术是一种元素定量分析方法，通过它可以测定润滑油中的添加剂元素、磨损元素、污染元素等的成分和含量。 原子吸收光谱技术，分析灵敏度高、结果准确可靠，但由于存在油样预处理繁琐、费时，且每分析一种元素需更换相应的元素灯等缺点，致使操作麻烦、分析速度慢。而原子发射光谱技术恰好弥补了上述不足，因此，润滑油的光谱分析一般都采用发射光谱分析技术。目前，国内企业和科研单位使用较多的仪器有美国贝尔德公司生产的FAS-2C、MOA型油料光谱分析仪，美国超谱公司生产的M型油液分析。 油料分析光谱仪所能测量的元素大体可分为三类： 磨损金属：Fe、Cu、Ti、Pb、Cr、Al、Ni、Ag、Sn、Mo 添加剂：Ca、P、Ba、Mg、Zn 污染物：Na、Si、B、K 方法特点： （1）分析迅速，样品不需任何处理，很短时间内可同时分析出十几至二十几种元素，特别适用含有多种材质摩擦副的设备群体监测。 （2）结果准确度高，精度可达ppm级。 （3）适合于磨粒＜10um的元素分析 3.3 傅立叶红外光谱分析技术 该技术根据润滑油中各组分包含的基团吸收特定频率红外辐射的强度，可以对油液中各组分进行定性、定量分析。通过对在用油和新油在红外光谱上的差异，能够分析出在用油添加剂的降解程度，并能监测油品的硝化、硫化以及串水等情况，以判断润滑油的衰变和污染程度。 该技术能弥补理化性能分析的不足，例如：粘度是反映润滑油使用性能的一项重要指标，它也常用于指示油液的衰变或污染的程度。润滑油在使用过程中，其粘度可能因各种原因增加或降低，致使各种问题同时出现，有可能使设备故障隐患被掩盖。如果单凭粘度作为设备运行状态参数是不可靠的，而若能与傅立叶红外分析的油液降解程度和污染数据结合起来，分析判断设备运行状态，则更为可靠。 目前，国际上生产傅立叶红外光谱仪的厂家有九个，国内用于润滑油分析的主要有美国Nicolt、Perkin-Elmer、Bio-Rad等公司生产的傅立叶红外光谱仪。 方法特点： （1）傅立叶红外光谱是一种分子吸收光谱，利用它可对有机物官能团进行定性、定量分析。 （2）该分析方法操作简便、快速，结果重复性好，有可能取代传统的油液化学分析。 有关现代油液分析、诊断系统的原则流程见图1，由图1可以看出：只有综合运用多种油液分析技术，从不同角度捕捉油液使用性能和运行性能的相关信息，才能高效、全面、准确地对润滑油品质做出评价。

4 应用情况 4.1 国内企业 （1）北京吉普车有限公司发动机分厂 采用合理润滑技术，取得明显经济效益。1997年，仅延长换油周期，实行旧油回收利用，节约费用40万元。而降低机械磨损，减少故障损失，延长设备使用寿命所带来的间接经济效益要大得多（据估计该厂设备使用寿命若延长10％，间接经济效益将超过1000万元）。 （2）德兴铜矿 综合运用润滑油检测技术，对新油严格把关，三年中检出不合格油品占总数的12%；对在用油进行监测，发现异常磨损占总数的15%，及时采取了措施，避免了重大事故的发生。 （3）平顶山煤矿 成立了由公司领导和有关职能部门负责人参加的领导小组，建立起了组织协调、取样送检、