石化機械設(shè)備潤滑油中大粒徑磨損顆粒監(jiān)測技術(shù)現(xiàn)狀及應(yīng)用

郭興建

（中國石油獨山子石化分公司研究院，新疆 獨山子 833699)

1 引言

工業(yè)生產(chǎn)過程離不開大型轉(zhuǎn)動機械設(shè)備，設(shè)備潤滑狀態(tài)的好壞對于裝置長周期、安全、穩(wěn)定生產(chǎn)至關(guān)重要。機械設(shè)備運行時，潤滑油液中攜帶著各摩擦副的磨損碎屑。通過對潤滑油采樣和分析處理，監(jiān)測在用潤滑油中的磨損顆粒情況，能獲得設(shè)備各摩擦副的磨損狀況信息，判斷設(shè)備異常情況發(fā)生的部位和磨損的類型，判定磨損的總量程度，預(yù)測可能的失效和磨損率，判斷磨損的嚴重程度和磨損類型等。其中大粒徑磨損顆粒（大于15μm的磨損顆粒）能靈敏地反映設(shè)備異常磨損，在一定程度上反映機器的磨損程度。本文對大粒徑磨損顆粒的監(jiān)測技術(shù)進行了調(diào)研總結(jié)和分析，對其優(yōu)缺點進行了比較，并對該技術(shù)的發(fā)展進行了展望。

2 常用的磨粒監(jiān)測技術(shù)

2.1 鐵譜分析技術(shù)

鐵譜分析技術(shù)是將譜片以一定角度傾斜在高梯度強磁場上，使油樣流經(jīng)該磁場，在磁力和重力及其他作用力的作用下，將油樣中所含磨損微粒進行小有序地分離，利用鐵譜顯微鏡對磨粒的大小、形態(tài)、濃度、成分和分布等進行定性定量觀測，得到有關(guān)摩擦磨損狀態(tài)的相關(guān)信息。鐵譜分析技術(shù)通過對微觀磨粒形貌、大小及成分的分析，可以直觀地了解機械主要摩擦副表面的具體情況。

目前，國內(nèi)外各類的鐵譜儀種類很多。根據(jù)磁鐵的工作原理來分，可分為永磁式鐵譜儀和電磁式鐵譜儀。根據(jù)實際現(xiàn)場監(jiān)測方式來分，又可分為離線鐵譜儀和在線鐵譜儀。還可以按磨粒定量分析與定性的功能進行分類，分為分析式鐵譜儀、直讀式鐵譜儀等。

2.1.1 分析式鐵譜技術(shù)

分析式鐵譜儀可使磨粒依照尺寸大小有序地沉積在譜片上，從而制成鐵譜片，之后利用鐵譜顯微鏡等分析儀器，實現(xiàn)對潤滑油中磨粒的定性、定量鐵譜分析。根據(jù)不同磨損機理，磨粒外部形狀不同，有塊狀、條狀、球狀、鋸齒狀等。表面形貌也有各有不同，有的磨粒表面存在皺折和劃痕，這是在磨粒形成過程中發(fā)生過嚴重滑動所致。有的大磨粒表面附著其他磨屑等等。下圖1、2為某大型高速輕載荷機組在用潤滑油進行油液監(jiān)測過程中的磨粒形態(tài)。

圖1 切削磨粒（放大500倍）

圖2 球形磨粒（放大500倍）

分析式鐵譜在實際工作中不僅可以測量磨粒的三維尺寸，并且可以判別磨粒的材質(zhì)，所以該方法所承載的信息量豐富，是目前在線、旋轉(zhuǎn)式鐵譜所不具備的，該方法也是國內(nèi)各監(jiān)測單位對于潤滑油中大顆粒監(jiān)測的重要手段，對目前的油液監(jiān)測工作意義重大。

2.1.2 直讀式鐵譜分析技術(shù)

直讀式鐵譜儀也是利用高梯度強磁場來收集油樣中的鐵質(zhì)磨粒。下圖3、4為某大型低速重載荷機組在用潤滑油進行油液監(jiān)測過程中的2017．1～2018．1直讀數(shù)據(jù)。

2.1.3 在線鐵譜分析技術(shù)

在線鐵譜儀與離線鐵譜儀最大的區(qū)別，在線鐵譜儀是現(xiàn)場固定使用，安裝在轉(zhuǎn)動設(shè)備的回油管線上，可以實時監(jiān)測在用潤滑油中的磨粒濃度。安裝示意圖如圖5所示。

2.1.4 旋轉(zhuǎn)式鐵譜分析技術(shù)

旋轉(zhuǎn)式鐵譜儀是利用磁場力和離心力共同作用沉積磨粒的鐵譜儀。在制成的譜片上，其磨粒排列成內(nèi)、中、外三個同心圓磨粒環(huán)，在同心圓磨粒環(huán)之間有一定的間隔。按其尺寸大小分別排列在基片上。

在采用旋轉(zhuǎn)式鐵譜儀制譜片時，不必稀釋油樣，還能避免磨粒沉積時的堆積問題，也不會發(fā)生磨粒受蠕動泵的擠壓而破碎的現(xiàn)象。對于含有大量磨粒和污染物的油樣，極為實用。

圖3 磨損嚴重度指數(shù)趨勢圖

圖4 大、小磨粒濃度趨勢圖

圖5 安裝在潤滑系統(tǒng)中的在線鐵譜儀

2.2 磁塞法技術(shù)

磁塞法是將磁塞插入在用潤滑油油路中的，安裝位置應(yīng)保證在軸瓦的回流線上，在距離軸瓦較近位置，在顆粒較易匯聚處。安裝運行之后，其通過磁力收集鐵磁性磨粒。若發(fā)現(xiàn)均勻分布的磨粒，尺寸小且數(shù)量較少，這是正常磨損階段的特征。如果發(fā)現(xiàn)磨粒尺寸較大，應(yīng)該立即嚴密注視機器運轉(zhuǎn)情況。如果情況繼續(xù)惡化，應(yīng)立即采取必要的措施。

2.3 ICP元素光譜技術(shù)

ICP元素光譜技術(shù)是利用等離子火焰作為激發(fā)源，通過高頻線圈將惰性氣體（氬氣）高度離子化，將其點燃后產(chǎn)生極高溫度的等離子火焰區(qū)，將油樣吸入，極高的能量激發(fā)其原子輻射出特征光譜線。

ICP有較好的精密度，且對周期表中多數(shù)元素均有較好的檢出限。ICP元素光譜激發(fā)所要的油樣很少，大顆粒在油中的隨機分布，能被ICP元素光譜激發(fā)的大顆粒很難確定，所以對大顆粒分析并不敏感，即使通過對樣品進行消解前處理，也只是將樣品中的所有顆粒全部溶解形成均一溶液，對大顆粒分析并不敏感，但對均勻溶解態(tài)樣品中所含元素的含量有準確的測定。所以如果通過直接從在用潤滑油油路中取樣，無法確認分析成分具體是何類顆粒，應(yīng)結(jié)合其他方法進行具體分析。

表1 幾種大粒徑監(jiān)測技術(shù)對比

3 大粒徑監(jiān)測技術(shù)對比

幾種大粒徑監(jiān)測技術(shù)對比如表1所示，每種技術(shù)都各有特點。在實際監(jiān)測中，應(yīng)該努力發(fā)掘一種檢測技術(shù)潛力，但同時必須尋求多種檢測技術(shù)的聯(lián)合使用。

4 國內(nèi)外大粒徑磨損顆粒監(jiān)測技術(shù)應(yīng)用情況

美國、德國對大粒徑磨粒監(jiān)測比較重視，目前主要是通過鐵譜分析和濾膜分析的技術(shù)進行分析。采用不同等級的濾膜（5微米、10微米、20微米等）將大顆粒物理分離，通過顯微鏡進行甄別、觀測、分析。

國內(nèi)主要是運用鐵譜分析診斷技術(shù)對機器潤滑油（脂）的機械磨損產(chǎn)物，特別是大粒徑磨粒進行分析。在不拆機的情況下，監(jiān)測機器的磨損狀態(tài)，預(yù)測可能發(fā)生的故障以及判斷故障的位置和原因。運用于各類大型機組、液壓系統(tǒng)和轉(zhuǎn)動零部件的油液監(jiān)測，具有磨損故障早期診斷的效果，從而為設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測人員提供寶貴的信息，避免機械事故的發(fā)生。

5 總結(jié)與展望

目前國內(nèi)外在用潤滑油中大粒徑磨粒的分析技術(shù)，主流采取的是鐵譜分析技術(shù)，直觀的觀測磨粒形貌。對于含有大量磨粒和污染物的油樣，大多采用旋轉(zhuǎn)式鐵譜儀，可以避免磨粒沉積的堆積和磨粒受蠕動泵擠壓發(fā)生破碎等問題。故旋轉(zhuǎn)式鐵譜儀是一種簡便、快捷、廉價的磨粒分離工具。由于ICP等離子光譜技術(shù)對均勻溶解態(tài)樣品中所含元素的含量有準確的測定，所以含有大顆粒的監(jiān)測樣品可以通過進行消解，利用現(xiàn)有的ICP等離子光譜技術(shù)進行針對性的分析。

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