油液監測技術的特點及在水泥生產中的應用

曾俊

1 油液潤滑狀態監測技術

潤滑油在水泥生產機械設備運行中起著抗壓減磨、冷卻、清潔、防銹等關鍵作用，其潤滑性能的優劣關乎機械設備的運行狀態與使用壽命。若潤滑油循環終止或油品嚴重氧化污染導致潤滑性能極度下降時，設備摩擦副將會在短時間內擦傷、膠合，甚至整機損毀，進而導致重大設備事故，影響水泥企業生產經營。因此，采取有效手段預判設備潤滑油液的狀態與設備磨損情況，是設備管理中不容忽視的重要環節。

國外相關數據統計表明，機械設備70%以上的故障與磨損有關。通過油液監測技術，對設備潤滑油品各項理化性能指標、金屬與污染雜質顆粒含量磨損等進行定期跟蹤監測，可及時掌握設備潤滑與磨損狀態，有效判斷設備運行趨勢，診斷設備磨損故障類別、磨損部位與磨損原因，提升設備可靠性，預防重大設備事故發生，降低設備維護成本，為實現設備的預知性維修提供有效依據。

2 油液監測現狀

為做好設備潤滑與磨損狀態監測工作，我公司于2012年設立了油液監測室，配套先進的油液監測設備和專業的監測人員。每月由分廠將納入油液監測管理的設備用油取樣送檢，油液監測室收樣后，對油品各項理化及磨損指標進行檢測，并出具檢測分析報告反饋給分廠，從而實現對現場設備潤滑狀態的有效監測。

隨著新監測技術不斷引進和油液監測能力的提升，我公司油液監測室逐漸形成了一套以實驗室監測與現場指導相結合，制度完善、項目多樣、技術先進的完整監測體系，年監測油樣上千余個，為規范分廠合理用油、節省設備潤滑成本、指導設備的預知性維修提供了有效技術支撐。

3 油液監測項目及檢測方法

我公司油液監測包括潤滑油的運動粘度、水分、酸值、污染度、PQ指數、鐵譜、抗乳化性能、元素光譜等的監測，具體監測項目及檢測方法如下。

3.1 運動粘度監測

運動粘度（ν），即在重力作用下，潤滑油流動時產生的內摩擦力量度，是動力粘度與密度之比。當石油產品受外力作用發生相對位移時，分子間的相互作用力為粘度，是評價油品流動性的基本指標。

檢測方法：設定某一恒定溫度，標定一個玻璃毛細管粘度計，在此溫度條件下，測定定量體積試樣在重力作用下，流經粘度計的時長，并計算流動時長與粘度計常數的乘積，該數值即是該恒定溫度下測定液體的運動粘度。我公司所用運動粘度檢測儀器為SL-SF01B自動折管運動粘度儀。

3.2 水分監測

水分監測，即檢測油品中水的含量。水分是造成潤滑油污染的重要因素，油品含水量超標將會對機械設備運行產生諸多危害。定期檢測設備用油的含水量，是保障設備良好潤滑狀態的有效手段。

檢測方法：卡爾-費休水分測定法是常用的油品水分測定方法，其以甲醇為介質、以卡氏液為滴定液來進行油液水分含量測算，此方法操作簡單，檢測結果準確。我公司所用油液水分檢測儀器為ZTWS2000微量水分測定儀。

3.3 酸值監測

酸值是指潤滑油中有機酸的總含量，其在一定程度上影響著潤滑油的使用狀態。潤滑油酸值越大，潤滑油中有機酸含量越高，對機械零件造成腐蝕的可能性越大，特別是油中含水量較高時，機械零件被腐蝕得更加嚴重。因此，酸值變化情況是衡量潤滑油氧化安定性的重要依據，也是更換潤滑油的重要指標。

檢測方法：中和1g油品所消耗的氫氧化鉀毫克數代表潤滑油酸值的大小，單位：mgKOH/g。根據此定義進行油品酸值檢測，我公司所用油品酸值檢測儀器為SL-SZ105自動酸值測定儀。

3.4 污染度監測

潤滑油污染度，即潤滑油被污染的程度，通常用油中所含機械雜質、不溶性微粒含量進行等級劃分。通過監測油品污染度，了解油中機械雜質、泥塵等的含量，可一定程度判斷設備內部的摩擦狀態及密封情況，是一種有效的油液狀態監測手段。

檢測方法：將油樣進行真空過濾，使油樣中的顆粒物平均分布在微孔濾膜上，通過檢測儀器，在污染度等級比較顯微鏡下，與油污染度分級標準模板對比，確定油樣顆粒污染度的等級。我公司所用污染度檢測儀器為TP691污染度檢測儀。

3.5 PQ指數監測

PQ指數是一個無量綱的定量數值，其與樣品中的鐵屑含量和顆粒大小呈良好線性關系。

檢測方法：利用油液樣品中鐵質磨屑的磁性作用，引起傳感器線圈磁場變化，通過磁場變化測出對應鐵質磨屑含量，測量結果反映設備的磨損趨勢。我公司所用PQ指數檢測儀器為TL-3鐵量儀。

3.6 鐵譜監測

鐵譜監測，即通過對油中磨損微粒進行形態、尺寸、成分及數量等方面的觀測與分析，判斷設備的磨損類型。一般情況下，不同類型的設備產生的磨損類型也有所不同，磨損類型主要包括粘著磨損、表面疲勞磨損、腐蝕磨損、嚴重滑動磨損等。

檢測方法：通過高梯度的磁場作用，將金屬磨損顆粒從潤滑油中有效分離，分析其生成機理、形態、尺寸及成分等，準確判斷設備當前的磨損狀態。我公司所用鐵譜檢測儀器為鐵譜顯微鏡FS。

3.7 抗乳化性能監測

抗乳化性能，即油品與水分離的能力，用破乳化時間來定量。

檢測方法：在試驗條件下，將潤滑油與水攪拌混合形成乳化液，并在一定溫度條件下靜止。記錄潤滑油與水完全分離所需的時間，以分鐘表示，用時越少，則代表抗乳化性能越好。我公司所用抗乳化性能檢測儀器為TP651抗乳化測定儀。

3.8 元素光譜監測

每種原子都有其特征光譜，通過原子光譜來鑒別物質，確定其化學組成，這種方法即光譜分析。利用光譜分析檢測設備用油中各類元素的含量，如磨損元素Fe（鐵）、Cu（銅）、Pb（鉛）、Cr（鉻）、Sn（錫）、Al（鋁）、Ni（鎳）、Ag（銀）及污染元素Si（硅）等的含量，同時根據設備部件分析其來源，如鐵元素可能來源于齒輪、端蓋等，銅元素可能來源于軸承銅保持架。當油中元素含量超過質量控制指標時，則表明設備內部可能已經出現異常磨損，應關注磨損發展趨勢，適時檢查設備并采取相應措施。

檢測方法：使用元素光譜檢測儀對油液進行定量和半定量分析。首先，將油液樣品霧化，注入等離子體中，利用等離子體的高溫（6 000～8 000K）將樣品中包含的分子分解為原子，原子受到激勵將部分離子化，受激勵的原子與離子會發出元素特征光射線。光學傳遞裝置將此光射線輸送到光學系統中，所發出的光射線在光學系統中被分解成光譜分量，其強度用半導體檢測器（CCD）進行測量。我公司所用元素光譜檢測儀器為SPECTRO GENESIS型油液元素檢測光譜儀。

4 實例分析

4.1 存在的問題

通過油液監測發現，我公司某分廠水泥磨輥壓機定輥減速機所用潤滑油油品磨損指標PQ指數、光譜分析磨損元素Fe含量超標；污染度等級過高，油液中有大量粉塵、油泥污染物及較多的金屬磨損粉末。判斷減速機內部存在異常磨損，拆檢發現軸承及部分齒面存在損傷現象。

4.2 情況分析

水泥磨輥壓機定輥減速機為行星式減速機，型號為P2SA26，潤滑油選用長城4407（320）#合成重負荷工業齒輪油。2018年9月，檢修維保期間更換新油，設備運行正常，溫度、振動監測無明顯異常。由于行星式減速機內部結構較為復雜，導致故障振動信號難于捕捉，若僅采用振動監測手段，則很難發現設備存在的早期故障，而采用振動及潤滑狀態監測相結合的監測手段，則能有效判斷設備運行狀態及內部磨損狀況。

2018年9月～2020年7月的油品PQ指數趨勢見圖1。由圖1可知，此減速機啟用后，用油PQ指數呈上升趨勢，運行近兩年后，PQ指數高達176（標準要求＜50），超標準三倍多，表明油品中含有較多大顆粒磁性磨損鐵屑。

圖1 油品PQ指數趨勢（2018年9月～2020年7月）

油品光譜元素分析結果見表1。根據表1數據可知，此減速機用油磨損元素Fe（鐵）含量為123mg/kg，超過標準值（質量指標要求≤100mg/kg），污染元素Si含量為16mg/kg，超過標準值（質量指標要求≤10mg/kg），污染度等級較高（＞12級），油品中可見大量粉塵、油泥污染物及較多金屬磨損粉末，油品污染度監測照片見圖2。

圖2 油品污染度監測照片

表1 光譜元素分析結果，mg/kg

綜上可知，運行兩年后，水泥磨定輥減速機所用潤滑油油品的PQ指數、磨損元素Fe含量、污染元素Si含量皆超標，油品污染度監測照片中可見大量污染物與磨損顆粒聚集，表明此減速機密封不良，粉塵進入其內部污染油品，且減速機內部結構磨損異常。

4.3 拆檢情況

利用水泥磨輥壓機檢修機會，拆檢減速機發現，輸入軸軸承滾動體及外圈磨損嚴重（見圖3），輸出級太陽齒、行星齒齒根點蝕及齒頂崩齒（見圖4），充分驗證了油液監測分析結果。

圖3 軸承磨損情況照片

圖4 齒輪磨損情況照片

5 結語

通過采用油液監測技術，定期檢測分析設備所用油品的各項潤滑性能及磨損指標，能夠有效地判斷設備潤滑與磨損狀態。根據檢測分析結果，對運行異常的設備，采取針對性措施，能使設備保持良好的潤滑狀態，降低設備故障率，延長設備使用壽命，實現設備的預知性維修，降低設備使用成本。