元素光譜分析技術在大型關鍵機組磨損監測中的應用

2017-04-10 08:08:58

中國設備工程 2017年7期

關鍵詞：關鍵設備

（中國石油獨山子石化公司，新疆克拉瑪依 833699）

郭興建，張郡，胡煉，韓鳳梅，李敏

（中國石油獨山子石化公司，新疆克拉瑪依 833699）

闡述元素光譜分析技術的原理及技術特點，應用于大型關鍵機組磨損監測中的方法和步驟，對于出現的設備問題，能準確地判斷磨損部位，為設備的維修提供信息，從而保障機組的長周期平穩運行。

元素光譜分析；關鍵機組；磨損監測

關鍵機組作為生產裝置最至關重要的設備，在石化企業生產中極為關鍵，保證關鍵機組安、穩、長運行是工作的重中之重。在大型關鍵機組運行過程中，通過設備狀態監測可以了解設備的振動、噪聲、壓力、流量、溫度等信息，對設備的當前運行情況作出判斷，但對于設備內部具體的潤滑和磨損情況卻無法了解。油液監測技術是通過采集在用設備潤滑油或工作介質樣品，利用光、電、磁學等手段，分析其理化指標、檢測所攜帶的磨損和污染物顆粒，從而獲得機器的潤滑和磨粒狀態的信息，定性和定量地描述設備的磨損狀態，找出誘發因素，評價機器的工況并預測其故障，確定故障部位、原因和類型，達到準確、直觀的判斷設備運行的趨勢。這就對狀態監測的局限性進行了極大的補充。目前通過油液監測技術，實時掌握機組的磨損狀態、部位，以及預測磨損的發展趨勢，是石化大型關鍵機組安全運行的有效手段。油液監測技術經過幾十年的發展，已經日趨成熟，其系統主要由常規理化分析、原子光譜分析、紅外光譜分析、鐵譜分析、顆粒計數等五項分析技術組成。元素光譜分析技術是一種成熟的油液監測技術，通過分析潤滑油中所含成分及其含量，一方面判斷與這些元素相對應的各零部件的磨損狀態；另一方面也可以診斷添加劑的狀況，以及污染程度和衰變過程。因此，光譜技術已成為大型關鍵機組油液監測的最重要方法之一。

獨山子石化公司從2012年開始開展關鍵機組元素光譜分析工作，監測的機組涵蓋全公司30多臺關鍵機組。作為振動監測的重要補充，通過5年來對大機組軸瓦磨損油液元素監測，實時掌握機組的軸瓦磨損狀態，保障了大型關鍵機組的長周期平穩運行。

1 元素光譜分析技術基本原理及技術特點

1.1 元素光譜分析技術基本原理（圖1）

元素光譜主要是以原子發射光譜法為主要手段，物質原子受到電弧、火焰等能量的直接激發，繼而發射出光子所形成的光譜。每個元素受激后發出的光，有其固有的波長(即特征光譜線)，這是發射光譜分析的定性依據。光的強度則是定量基礎。

QSA元素光譜儀的基本原理是使用一對高純度銀電極，激發油樣產生光束，通過光柵分光檢測器進行檢測，再通過數模轉換，得到分析樣品所含各種元素的濃度數值。

圖1 元素光譜分析技術基本原理圖

1.2 元素光譜分析特點

光譜分析技術被廣泛的應用于重要設備在用潤滑油中所含元素濃度的測定。轉動設備潤滑油中含有大量的各種微粒。這些微粒來源非常分散，主要包括零部件的磨損微粒、潤滑系統本身的異常產物、外來污染物等等。

2 現場應用

2013年底，乙烯廠某裝置預聚反應軸流泵P-200在定期的設備維護時，進行潤滑油更換，在之前的狀態監測中未發現異常，維護人員發現在放出的潤滑油油底中存在少量金屬碎屑，這在以往的定期設備維護中是不曾出現的，這一異常情況引起高度重視。

2.1 工藝簡介

來自預接觸罐的催化劑和助催化劑與丙烯混合后進入預聚合的反應器，預聚合反應器是一個小型單環管反應器：物料約停留4分鐘時間，溫度控制在20℃，把聚合反應的發生控制在最低限度。軸流泵P-200（如圖2）在預聚合反應器中進行物料循環。

圖2

2.2 磨損監測

預聚反應軸流泵P-200 (基本參數如表1所示) 2013年12月更換新油。

表1 P-200基本參數

（1）鐵譜分析。對該泵在用潤滑油油樣進行鐵譜分析，直讀鐵譜數據顯示：大顆粒密度DL為100.50，小顆粒密度DS為14.20，磨粒磨損嚴重度指數IS為9898.61。對磨粒鐵譜片進行分析發現潤滑油中存在中量的異常滑動磨粒、疲勞磨粒和少量的黑色氧化物（Fe3O4）、紅色氧化物（Fe2O3）。鐵譜圖如圖3、4。