淺析油液診斷技術在設備故障診斷中的作用

摘 要:文章闡述了油液分析技術的含義、主要內容及在設備故障診斷技術中的作用，重點介紹了理化指標、發射光譜分析技術、鐵譜分析技術在設備狀態監測與故障診斷中的應用。

關鍵詞:油液診斷 光譜分析 鐵譜分析 理化性能 故障診斷

中圖分類號:F273.4 文獻標識碼:A

文章編號:1004-4914(2010)05-292-02

設備故障診斷是設備管理中一項十分重要的工作，是一種了解和掌握設備在運行過程的狀態，確定其整體或局部正常或異常，早期發現故障及其原因，并能預報故障發展趨勢的有效方式，其主要分為油液監測、振動監測、噪聲監測、性能趨勢分析和無損探傷等診斷技術方式。在設備故障診斷中，如果單純從振動、升溫、噪音等方面進行監測分析時，故障往往都已發生，對判斷故障原因及部位不夠準確，有時需停機檢查才能找出故障原因，但是油液診斷技術便可做以預知性的維修，及早發生現故障隱患，及時排除或早作準備，減少損失。

許多人對潤滑油并不了解，僅把潤滑油認知為只是針對齒輪軸承等部件的潤滑作用，出現問題只需更換新油便可解決，往往把可通過潤滑油診斷分析就能確立解決的事情從機械的角度去考慮，結果徒勞無功，延誤設備修整時間。實際上潤滑油從設備內部流過并流經各個運動著的中心部位，它本身不斷降解老化，同時也夾帶各部位的磨損顆粒、碎屑、泄漏物質等。因而完全可以從潤滑油使用狀態或品質中得到關于油本身及設備機械狀態的更及時更準確的信息，只要設備出現重大異常情況，都會在油品的各項指標變化中得到反映。因此以油液診斷技術作為設備故障診斷的主體，是設備故障診斷技術的首選。

一、油液診斷技術

那什么才是油液診斷技術呢?所謂油液診斷技術是指根據潤滑油在使用中的變化預測設備故障及尋找故障原因，以潤滑油作為設備故障診斷技術的主體，同時與其他幾種監測方法相結合對設備故障進行診斷的一種技術手段。從潤滑油著手的診斷技術內容包括:潤滑油物理化學指標變化;潤滑油在機體內生成沉積物;油顆粒污染度檢測(磨損顆粒，泄漏介質)等。其中油顆粒污染度檢測是油液診斷技術最主要的方面，主要采用的是發射光譜技術，是對污染油液的化學成分及性能的準確測定，目前中原油田采用的是理化性能監測與M型發射光譜及鐵譜技術相結合，針對油田用往復機械(發動機、壓縮機)、齒輪箱故障進行監測診斷。

二、光譜分析技術

通過對潤滑油中所含顆粒物作精確的實驗室分析，可以從中獲得關鍵性的信息，從而設計并制定出預防性維護和整修措施。而M型發射光譜滿足了這一方面的需求，它可以針對溶于油中的最小顆粒進行鑒別，大多數為8μm或更微小的金屬。我們采用的光譜儀是美國SPECTROIL公司生產的原子發射光譜儀，它能在30秒鐘同時分析出19種元素(鐵、鉻、鉛、銅、錫、鋁、鎳、銀、硅、硼、鈉、鎂、鈣、磷、鋅等)的成分和濃度值，通過分析油液中的金屬磨粒、化學元素成分，對比不同時期在用油品中金屬含量的增加程度，了解設備的磨損情況。潤滑油中關鍵元素變化產生原因見表1。

三、鐵譜分析技術

單純地使用光譜分析也有所不足，微小顆粒的含量是隨著設備運行時間的延長而連續增加，一旦更換了油品，整個過程又需要重新開始。但鐵譜技術又彌補了此項缺陷，鐵譜分析主要是研究10μm以上的較大顆粒。通過鐵譜分析，可以按照大小、數量、顏色、形狀和化學成分，對油品中的磨損顆粒和雜質進行分析。只要設備處于正常的磨耗，則顆粒的數量會保持在相對恒定的狀態;而一旦進入磨損狀態，顆粒的數量和體積則會急劇增加，排除磨損開始的時間點被發現過晚的情況。

幾種分析技術的結合，就可以有效推斷出是屬于齒輪磨損還是軸承磨損;還可以區分出因不同外界影響(如竄氣，進污水)而造成的污染顆粒和化學成分的突變，而更準確地預測故障的原因和部位，更全面地監測設備運行情況，及早發現并排除故障隱患，減少損失，大幅提高設備故障診斷的預知性、準確性和及時性。

表2是通過潤滑分析對設備故障診斷簡單提示:

四、事故實例

在進行油液診斷技術的研究工作的同時，我們也做了許多潤滑油的質量跟蹤工作，根據設備的動態監測進行油液分析及時發現設備存在隱患。針對不同的監測對象，有選擇性的聯合運用幾種油液監測手段，例如壓縮機這種具有多種磨損形式的動力機械，就需聯合應用光分析技術、鐵譜分析和理化指標進行監測，比單一使用一種方面有效。以下便是使用潤滑油理化指標分析、M型發射光譜儀、分析式鐵譜儀進行故障診斷的實例。

事例一:從2008年3月到2009年9月，我們采用油液分析技術對36套天然氣壓縮機組共63臺設備，進行潤滑與磨損狀態研究，共監測天然氣壓縮機組油樣390份，出具監測報告390份。其中發現壓縮機組存在異常隱患30臺次，需要停機檢修12臺，實際停機10臺。

2009年2月，在對中原油田某廠送檢的2#天然氣壓縮機油進行監測過程中，發現2#天然氣壓縮機在用潤滑油中銅和鉛元素含量異常變化，濃度和梯度都超過了界限值，落入異常磨損區域。經過詳細分析，確定2#壓縮機含銅和含鉛部件發生了嚴重異常磨損，應立即停機檢修。天然氣壓機主要磨損無素來源見表3。

2009年2月13日，現場設備管理人員對2#天然氣壓縮機進行了停機檢修。檢修發現，2#天然氣壓縮機主機油泵的兩個銅墊片脫落，兩付連桿瓦中，一付已經嚴重磨損，止推瓦和甩油環已破碎，而且在曲軸箱潤滑油中可以見到明顯的銅屑。由于預報準確、及時，現場設備管理人員采取措施有效，避免了事故的進一步發展，消除了曲軸斷裂、壓縮機爆炸等惡性事故隱患，保障了壓縮機和人員的安全。

在監測中我們發現，冷卻液泄露的情況在天然氣發動機上發生的較多，而對于天然氣壓縮機，冷卻液的污染程度不太明顯，發生的也很少。對于天然氣壓縮機的污染，主要是由雜質和燃氣所引起的，特征元素為硅元素，硅元素是一個具有特殊意義的元素，它既包含著雜質污染信息和燃氣系統故障信息，同時，在某些天然氣潤滑油中，還具有添加劑元素的身份。

我們把這些信息及時反饋到現場，現場設備管理人員根據我們的建議，及時采取有效措施，預防了壓縮機組事故的發生和發展。

事例二:中原油田某廠輸氣區的3#天然氣發動機，光譜分析發現銅元素濃度值偏高，采用鐵譜技術，制作了譜圖。這是一個銅切削磨損顆粒，因為受到高溫的影響，邊緣已經出現回火藍色，顯示摩擦副工作溫度過高，已發生異常磨損。

事例三:在某廠送檢的7#壓縮機油樣中，發現鉛元素、鋁元素的濃度值和梯度值超過了異常界限值，說明壓縮機含鋁、鉛的運動部件存在異常磨損，我們給現場設備管理人員發出了預警維修建議，在該壓縮機中，十字頭瓦、襯套材料中含有鋁、鉛成分，因此，重點檢修部位應為十字頭瓦、軸承瓦。

經過現場設備管理人員檢修發現，十字頭瓦嚴重磨損，更換了十字頭瓦、隔離室。檢修后，鋁元素濃度值、鉛元素濃度值恢復正常，為生產單位預防了一起安全事故。

從以上幾個事例可以看出，在對天然氣壓縮機組在用潤滑油進行監控中，我們為使用單位提出了安全措施意見，意見采納率達到80%以上。被監測的36套天然氣壓縮機組沒有發生一起特、重大安全事故，消除了多次事故隱患，故障發生率呈逐年下降趨勢，保障了天然氣壓縮機組安全、可靠運轉，有效地支持了油氣生產，社會效益顯著。

總的說來，在設備故障診斷中，通過油液診斷分析可得到更多更及時和更深層的信息，若再加上間接有關及雖無關但從潤滑油的變化覺察到的則幾乎可覆蓋全部，尤其對事前和事后設備故障原因分析有不可替代的作用。因此，在機械設備的故障診斷過程中，油液診斷技術起到了主導作用，對確保設備安全運行，節省維修費用，提高企業經濟效益具有十分重要的經濟和社會意義。

(作者單位:中原油田分公司技術監測中心，中原油田勘探局鉆井工程技術研究院 河南濮陽 457001)

(責編:賈偉)