紅外光譜在港口機械發動機用油監測方面的研究
——燃油泄漏指標研究

王盛哲

(天津港第五港埠有限公司技術部 天津300456)

紅外光譜在港口機械發動機用油監測方面的研究
——燃油泄漏指標研究

王盛哲

(天津港第五港埠有限公司技術部 天津300456)

油品監測作為不解體監測的重要手段，以其方便快捷越來越受到設備管理者的重視。國外開展油品監測依據ASTM,E2412標準，取得了很好的效果。中國于近年來開展紅外光譜油品監測，儲備了一定的紅外光譜油品監測理論和數據，但缺乏系統的國家標準參照。天津港五公司一直致力于油品監測，并將其作為機械設備管理的重要手段，取得了一定的效果。對在紅外光譜油品監測中發現的燃油泄漏規律進行了總結整理。

油品監測 紅外光譜 ASTME2412標準 燃油泄漏 數學模型 特征峰

1 背景及原因

1.1 企業背景

天津港作為中國北方第一大港，幾年來獲得突飛猛進的發展，年吞吐能力從幾千萬噸快速增長為數億噸。生產效率的提升必須要有現代化的設備作為保證，大量的進口設備成為了生產作業的主力軍。為這些設備做好監測和保養是生產作業的重要保障，也是新一代設備油品管理員的重要責任。

1.2 技術背景

現代社會對設備運行可靠性的要求越來越高，激烈的競爭要求設備管理者必須以最低的費用來維持設備的可靠性，狀態監測技術為設備的可靠性管理提供了有力的技術支持。同時，國內外的研究結果表明，超過70%,的設備失效都與潤滑有關，因此設備的良好潤滑是設備可靠性管理的重要基礎。[2]油液監測是通過對在用油的監測分析，以判斷油品和設備所處狀態的一門應用技術。它是通過對油品衰變、污染，以及部件磨損等方面的異常征兆進行早期預報，讓設備管理者可以適時進行維護和修理，以避免設備的意外失效，延長油品和設備的使用壽命。

1.3 課題原因

天津港第五港埠有限公司是天津港集團的子公司之一，擁有各種流動機械150余臺，全部采用柴油發動機，通過統計分析2014年全年發動機故障，由于柴油泄漏而造成的占到總故障的50%(見表1)。所以，早期排查柴油泄漏故障對機車性能提升有重要意義。

對于判斷發動機油中是否混入燃油，國標采用的常規方法是閃點監測和粘度監測，但由于需要的油樣量較多，并且操作時間長、效率低，費工費力，不利于廣泛開展。現在，國際上普遍應用的技術是“利用趨勢分析在傅立葉變換紅外光譜儀上進行在用潤滑劑狀態監測的標準方法”，簡稱ASTM E2412標準。以下為筆者研究ASTM E2412標準所得出的數據(見表1)。

表1 挖掘機發動機故障匯總Tab.1 Summary of excavator engine failure

2 燃油泄漏指標分析

2.1 實驗目的

通過研究ASTM E2412標準，用紅外光譜法代替傳統閃點、粘度方法測定發動機油中的燃油泄漏比例。

2.2 實驗油品

長城高級潤滑油公司生產的API CH級SAE 15W/40柴油機潤滑油；“0號柴油”；疑似含有柴油的在用油油樣4瓶。

2.3 儀器選擇

美國安杰倫A2紅外光譜儀；“TP625 ”運動產品測定儀(符合GB/T 265—1988標準)；“79-3”型磁力恒溫攪拌器；“TP612”全自動閃點測定器(符合GB/T 261—1991標準)。

3 實驗方法及結果

3.1 準備柴油

發動機油中的燃料主要是高沸點物質，為了保證柴油與機油混合液更加接近實際工況，需要用老化燃料進行校正。根據行業標準，柴油的老化是加熱燃料至107,℃，恒溫30,min，使燃油體積減少60%。[1]

3.2 混合油樣

配制柴油與機油混合油樣，濃度為：0.5%、1%、2%、4%、5%、6%、10%、15%、20%、25%、30%、35%、40%、45%、50%,。

3.3 攪拌

將配制好的油樣用磁力恒溫攪拌器進行攪拌均勻，減少輕質油與重質油的分層差異。

3.4 實驗方法

將準備好的油樣逐一進行開口閃點實驗(按照GB/T 261—1991標準進行)和100,℃粘度實驗(按照GB/T 265—1988標準進行)，方法略，[4]結果如表2、圖1：

表2 不同濃度油樣閃點粘度變化率Tab.2 Different concentrations of flash point of lubricating oil viscosity change rates

圖1 樣品濃度、閃點、粘度變化率圖Fig.1 Sample concentration，flash point，viscosity change rate

3.5 柴油測定值

用ASTM E2412標準測定各種濃度的油樣的紅外光譜數據，得出數據列表如表3、圖2：

表3 ASTM E2412紅外光譜柴油測定值Tab.3Determination of diesel oil by infared spectrum of the ASTM E2412

圖2 ASTM E2412紅外光譜柴油測定曲線Fig.2 Infrared spectrum diesel measuring curve of the ASTM E2412

4 數據分析

從表2及圖1開口閃點得出的結果可以看出，5%以下含柴油閃點數值沒有因為混入柴油而降低，因而不準確。筆者通過連續操作閃點實驗，發現數值波動性較大，這與溫度上升的速度和點火的火焰大小有一定關系。而6%～15%柴油含量數值變化不明顯，20%～50%柴油含量數值線性關系也不很明顯。因此，通過開口閃點判斷柴油含量準確性不高。

從表2及圖1“100,℃粘度”測定的結果可以明顯看出相關性很強，特別是0.5%～5%柴油含量也能準確找出粘度差異，所以通過粘度實驗能夠準確判定機油中可能含有的燃油量。但由于費時費力，需要很大精力進行分析，故只能作為監測機油中燃油泄漏的佐證。

通過表3可以看出，油樣的實際數值與紅外光譜所測定的數據相差很大。由于計算機報告的結果是通過人為設定顯示出來的，所以通過調整設定可以準確顯示機油中的燃油比例。通過查閱相關資料，燃料油與潤滑油之間的差別是通過芳烴含量多少體現，柴油作為燃料油的一種，也具有較高的芳烴，紅外光譜法利用芳烴含量來進行測量，[1]ASTM E2412標準下測量芳烴含量的光譜區間是820～825,cm-1，而國內的柴油組分與ASTM E2412標準的柴油芳烴含量不同，光譜區間也有所不同。[3]所以選用合適的光譜區間才能正確分析機油中的柴油含量。通過差譜疊加方式觀察紅外圖譜可以看出柴油芳烴含量光譜區間。如圖3所示。

圖3 紅外光譜疊加圖譜Fig.3 Infrared spectrum overlay

通過兩個疊加圖譜可以清楚看出芳烴含量光譜特征區間在794～821之間，這與ASTM E2412標準下測量芳烴含量的光譜區間820～825有較大出入，借此可以看出國內0#柴油與ASTM E2412標準下的柴油芳烴含量明顯不同(見圖4)。

圖4 放大后的疊加圖譜Fig.4 Amplified superposition map

筆者通過此種方法對公司150臺機車發動機進行油品監測，準確查找出35項程度不一的燃油泄漏故障，并對大修后的發動機噴油嘴霧化良好情況進行了判定，也監測出兩臺次不達標的問題。

5 結 語

通過此次研究，找到了紅外光譜在柴油泄漏中的譜圖特征范圍為：794～821,cm-1；這段波峰為研究柴油泄漏中的譜圖特征峰。

通過紅外光譜數學模型的建立和計算，得到了0#柴油混入長城CH15W/40柴油機的斜率指標為2,000，截距指標為-22。

國內紅外光譜應用于油品監測還處于起步階段，很多還停留于理論研究，缺少大量實踐數據的豐富。通過研究機油中柴油泄漏在紅外光譜中的波峰特征，找到ASTM E2412標準有些指標不適用于長城CH15W/40機油的環節，需要在以后的工作中不斷探索研究，并與國內機油實際情況相結合，打造適用于國內油品特點的紅外光譜標準。■

［1］ 田高友，褚小立，易如娟. 潤滑油中紅外光譜分析技術[M]. 北京：化學工業出版社，2014.

［2］ 楊俊杰，陸思聰，周亞斌. 合理潤滑手冊——油液監測技術[M]. 北京：石油工業出版社，2009.

［3］ 楊其明，嚴新平，賀石中. 油液監測分析——現場實用技術[M]. 北京：機械工業出版社，2006.

［4］ 朱煥勤，朱成章. 油料化驗員讀本[M]. 北京：中國石化出版社，2007.

IR in Oil Monitoring of Port Machinery Engine: A Study of Oil Leak Indicators

WANG Shengzhe
(Tianjin Port Fifth Port Co.，Ltd.，Tianjin 300456，China)

Oil monitoring, one of the import means of non-disintegration monitoring, has attached more and more attention from equipment managers due to its convenience and fast speed. The oil monitoring in foreign countries was based on the ASTM,E2412 standard and has achieved good effects. In recent years, China has carried out IR monitoring and accumulated certain theories and data, but is still in lack of a national standard reference system. Tianjin Port Fifth Port Co., Ltd. has been committed to oil monitoring, which is used as an import measure of machinery equipment management, and has obtained certain effect. This article sums up regular patterns of oil leakage detected by IR monitoring.

oil monitoring；infrared spectrum(IR)；ASTME2412 standard；fuel leakage；mathematic model；characteristic peak

TE626.3

：A

：1006-8945(2016)10-0034-03

2016-09-06