石化機(jī)械設(shè)備潤(rùn)滑油中大粒徑磨損顆粒監(jiān)測(cè)技術(shù)現(xiàn)狀及應(yīng)用

郭興建

（中國(guó)石油獨(dú)山子石化分公司研究院，新疆 獨(dú)山子 833699)

1 引言

工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程離不開(kāi)大型轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械設(shè)備，設(shè)備潤(rùn)滑狀態(tài)的好壞對(duì)于裝置長(zhǎng)周期、安全、穩(wěn)定生產(chǎn)至關(guān)重要。機(jī)械設(shè)備運(yùn)行時(shí)，潤(rùn)滑油液中攜帶著各摩擦副的磨損碎屑。通過(guò)對(duì)潤(rùn)滑油采樣和分析處理，監(jiān)測(cè)在用潤(rùn)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(lèi)型，判定磨損的總量程度，預(yù)測(cè)可能的失效和磨損率，判斷磨損的嚴(yán)重程度和磨損類(lèi)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(jī)器的磨損程度。本文對(duì)大粒徑磨損顆粒的監(jiān)測(cè)技術(shù)進(jìn)行了調(diào)研總結(jié)和分析，對(duì)其優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了比較，并對(duì)該技術(shù)的發(fā)展進(jìn)行了展望。

2 常用的磨粒監(jiān)測(cè)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(qiáng)磁場(chǎng)上，使油樣流經(jīng)該磁場(chǎng)，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(jìn)行小有序地分離，利用鐵譜顯微鏡對(duì)磨粒的大小、形態(tài)、濃度、成分和分布等進(jìn)行定性定量觀測(cè)，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(guò)對(duì)微觀磨粒形貌、大小及成分的分析，可以直觀地了解機(jī)械主要摩擦副表面的具體情況。

目前，國(guó)內(nèi)外各類(lèi)的鐵譜儀種類(lèi)很多。根據(jù)磁鐵的工作原理來(lái)分，可分為永磁式鐵譜儀和電磁式鐵譜儀。根據(jù)實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)方式來(lái)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(jìn)行分類(lèi)，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(shí)現(xiàn)對(duì)潤(rùn)滑油中磨粒的定性、定量鐵譜分析。根據(jù)不同磨損機(jī)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(guò)程中發(fā)生過(guò)嚴(yán)重滑動(dòng)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(jī)組在用潤(rùn)滑油進(jìn)行油液監(jiān)測(cè)過(guò)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(shí)際工作中不僅可以測(cè)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(guó)內(nèi)各監(jiān)測(cè)單位對(duì)于潤(rùn)滑油中大顆粒監(jiān)測(cè)的重要手段，對(duì)目前的油液監(jiān)測(cè)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(qiáng)磁場(chǎng)來(lái)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(jī)組在用潤(rùn)滑油進(jìn)行油液監(jiān)測(cè)過(guò)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(chǎng)固定使用，安裝在轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備的回油管線上，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)在用潤(rùn)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(chǎng)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(gè)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(shí)，不必稀釋油樣，還能避免磨粒沉積時(shí)的堆積問(wèn)題，也不會(huì)發(fā)生磨粒受蠕動(dòng)泵的擠壓而破碎的現(xiàn)象。對(duì)于含有大量磨粒和污染物的油樣，極為實(shí)用。

圖3 磨損嚴(yán)重度指數(shù)趨勢(shì)圖

圖4 大、小磨粒濃度趨勢(shì)圖

圖5 安裝在潤(rùn)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(rùn)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(yùn)行之后，其通過(guò)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(yán)密注視機(jī)器運(yùn)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(guò)高頻線圈將惰性氣體（氬氣）高度離子化，將其點(diǎn)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(duì)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(jī)分布，能被ICP元素光譜激發(fā)的大顆粒很難確定，所以對(duì)大顆粒分析并不敏感，即使通過(guò)對(duì)樣品進(jìn)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(duì)大顆粒分析并不敏感，但對(duì)均勻溶解態(tài)樣品中所含元素的含量有準(zhǔn)確的測(cè)定。所以如果通過(guò)直接從在用潤(rùn)滑油油路中取樣，無(wú)法確認(rèn)分析成分具體是何類(lèi)顆粒，應(yīng)結(jié)合其他方法進(jìn)行具體分析。

表1 幾種大粒徑監(jiān)測(cè)技術(shù)對(duì)比

3 大粒徑監(jiān)測(cè)技術(shù)對(duì)比

幾種大粒徑監(jiān)測(cè)技術(shù)對(duì)比如表1所示，每種技術(shù)都各有特點(diǎn)。在實(shí)際監(jiān)測(cè)中，應(yīng)該努力發(fā)掘一種檢測(cè)技術(shù)潛力，但同時(shí)必須尋求多種檢測(cè)技術(shù)的聯(lián)合使用。

4 國(guó)內(nèi)外大粒徑磨損顆粒監(jiān)測(cè)技術(shù)應(yīng)用情況

美國(guó)、德國(guó)對(duì)大粒徑磨粒監(jiān)測(cè)比較重視，目前主要是通過(guò)鐵譜分析和濾膜分析的技術(shù)進(jìn)行分析。采用不同等級(jí)的濾膜（5微米、10微米、20微米等）將大顆粒物理分離，通過(guò)顯微鏡進(jìn)行甄別、觀測(cè)、分析。

國(guó)內(nèi)主要是運(yùn)用鐵譜分析診斷技術(shù)對(duì)機(jī)器潤(rùn)滑油（脂）的機(jī)械磨損產(chǎn)物，特別是大粒徑磨粒進(jìn)行分析。在不拆機(jī)的情況下，監(jiān)測(cè)機(jī)器的磨損狀態(tài)，預(yù)測(cè)可能發(fā)生的故障以及判斷故障的位置和原因。運(yùn)用于各類(lèi)大型機(jī)組、液壓系統(tǒng)和轉(zhuǎn)動(dòng)零部件的油液監(jiān)測(cè)，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(cè)人員提供寶貴的信息，避免機(jī)械事故的發(fā)生。

5 總結(jié)與展望

目前國(guó)內(nèi)外在用潤(rùn)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(cè)磨粒形貌。對(duì)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(dòng)泵擠壓發(fā)生破碎等問(wèn)題。故旋轉(zhuǎn)式鐵譜儀是一種簡(jiǎn)便、快捷、廉價(jià)的磨粒分離工具。由于ICP等離子光譜技術(shù)對(duì)均勻溶解態(tài)樣品中所含元素的含量有準(zhǔn)確的測(cè)定，所以含有大顆粒的監(jiān)測(cè)樣品可以通過(guò)進(jìn)行消解，利用現(xiàn)有的ICP等離子光譜技術(shù)進(jìn)行針對(duì)性的分析。

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