基于油液監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析的設(shè)備潤(rùn)滑周期管理

摘" 要：大多數(shù)企業(yè)設(shè)備換油周期遵循廠家的建議執(zhí)行，應(yīng)用中存在換油周期不夠科學(xué)合理和油品浪費(fèi)的問(wèn)題。該文是基于解決此類問(wèn)題出發(fā)而開(kāi)展的研究。首先選取汽機(jī)主機(jī)等9大類設(shè)備在用油監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、計(jì)算、分析，得出設(shè)備在用油使用壽命。該創(chuàng)新成果經(jīng)過(guò)在某電廠多年的成功實(shí)踐后，設(shè)備用油壽命得到較大改善，在行業(yè)具有推廣意義。

關(guān)鍵詞：油液檢測(cè)；數(shù)據(jù)分析；設(shè)備潤(rùn)滑；周期管理；設(shè)備維護(hù)

中圖分類號(hào)：TB14" " " "文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " " " " 文章編號(hào)：2095-2945（2023）17-0042-04

Abstract： The oil change cycle of equipment in most enterprises follows the recommendations of manufacturers， and there are some problems in application， such as unscientific and reasonable oil change cycle and waste of oil products. This paper is based on the research to solve this kind of problem. Firstly， the statistics， calculation and analysis of the monitoring data of 9 types of equipment such as steam turbine mainframe are selected， and the service life of the equipment is obtained. After many years of successful practice in a power plant， the oil life of the equipment has been greatly improved， which is of popularization significance in the industry.

Keywords： oil detection; data analysis; equipment lubrication; cycle management; equipment maintenance

為解決設(shè)備換油周期和油品浪費(fèi)等問(wèn)題，某大型火力發(fā)電廠通過(guò)對(duì)某類設(shè)備在較長(zhǎng)時(shí)間跨度內(nèi)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析和建模，以及對(duì)不同設(shè)備不同監(jiān)測(cè)指標(biāo)間的關(guān)聯(lián)性進(jìn)行研究，找出不同監(jiān)測(cè)指標(biāo)間存在的關(guān)系，為各類設(shè)備制定合理的監(jiān)測(cè)項(xiàng)目和指標(biāo)設(shè)置提供依據(jù)。經(jīng)過(guò)4年的應(yīng)用實(shí)踐，設(shè)備潤(rùn)滑周期管理水平得到提高，達(dá)到節(jié)能降本的目的。

1" 項(xiàng)目背景

項(xiàng)目實(shí)施前，某電廠各類設(shè)備換油周期大多遵循設(shè)備廠家給出的周期執(zhí)行，通過(guò)2016—2018年連續(xù)3年的油液監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)，很多設(shè)備到換油周期時(shí)換下來(lái)的油品質(zhì)量依然很好，完全滿足繼續(xù)使用的條件。提前更換這些油質(zhì)較好的油品，一方面會(huì)增加維護(hù)工作量和用油成本，另一方面還會(huì)增加廢油處理量。

根據(jù)《中華人民共和國(guó)固體廢物污染環(huán)境防治法》，其明確了廢棄潤(rùn)滑油需要找有資質(zhì)的機(jī)構(gòu)回收處理。廢油處理模式經(jīng)歷了從“可以賣錢”到“支付處理費(fèi)用”的轉(zhuǎn)變。

設(shè)備在用油檢測(cè)上，除了能實(shí)時(shí)反饋設(shè)備潤(rùn)滑磨損狀態(tài)和油質(zhì)狀況，還能通過(guò)對(duì)較長(zhǎng)周期內(nèi)油液監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的分析得出油品使用壽命信息，這樣得出的油品使用壽命更加接近設(shè)備在實(shí)際工況下的油品使用壽命，這對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)更具有參考意義[1]。

2" 技術(shù)路線

本項(xiàng)目研究的目標(biāo)為2個(gè)，一個(gè)是通過(guò)對(duì)某一設(shè)備在較長(zhǎng)時(shí)間跨度內(nèi)的監(jiān)測(cè)大數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，建立油品壽命分析模型，進(jìn)而得出各類油品在實(shí)際工況下的使用壽命；另一個(gè)是對(duì)監(jiān)測(cè)指標(biāo)間的相關(guān)性進(jìn)行研究，找出不同監(jiān)測(cè)指標(biāo)間可能存在的關(guān)系，從而為后續(xù)日常監(jiān)測(cè)指標(biāo)的設(shè)置提供科學(xué)的依據(jù)。項(xiàng)目研究技術(shù)路線如圖1所示。

2.1" 數(shù)據(jù)庫(kù)

數(shù)據(jù)庫(kù)主要由本項(xiàng)目的合作單位專業(yè)油液檢測(cè)機(jī)構(gòu)提供，年檢測(cè)數(shù)據(jù)量達(dá)10萬(wàn)條，因而數(shù)據(jù)庫(kù)中擁有各類設(shè)備較為龐大的檢測(cè)數(shù)據(jù)量，這為后續(xù)各類設(shè)備在用油的監(jiān)測(cè)分析方面提供了豐富的數(shù)據(jù)來(lái)源。

2.2" 分類篩選

數(shù)據(jù)從數(shù)據(jù)庫(kù)中初步選出后需進(jìn)一步分類篩選，篩選標(biāo)準(zhǔn)主要有：①數(shù)據(jù)來(lái)源于同行業(yè)相同設(shè)備或不同行業(yè)類似設(shè)備的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，如水泥廠立磨與磨煤機(jī)結(jié)構(gòu)類似，立磨的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可作為磨煤機(jī)的樣本數(shù)據(jù)；②樣本數(shù)據(jù)需具備較多的檢測(cè)項(xiàng)目，從而便于進(jìn)行不同指標(biāo)間的關(guān)聯(lián)性分析；③樣本數(shù)據(jù)最好是來(lái)源于實(shí)施連續(xù)監(jiān)測(cè)的客戶，因?yàn)檫B續(xù)型的數(shù)據(jù)能更好地反映問(wèn)題。

2.3" 樣本數(shù)據(jù)

通過(guò)分類篩選得出各類油品樣本數(shù)據(jù)，每類油品樣本數(shù)據(jù)需達(dá)到一定量，某設(shè)備的樣本數(shù)據(jù)量如達(dá)到該設(shè)備行業(yè)內(nèi)平均5年的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)量，則稱該樣本數(shù)據(jù)達(dá)到大樣本數(shù)據(jù)量。按照該標(biāo)準(zhǔn)，項(xiàng)目研究所有設(shè)備的數(shù)據(jù)量全都達(dá)到或超過(guò)大樣本數(shù)據(jù)量。

2.4" 相關(guān)性分析

相關(guān)性分析是對(duì)不同監(jiān)測(cè)指標(biāo)間的相關(guān)性開(kāi)展研究，找出不同指標(biāo)間可能存在的內(nèi)在變化關(guān)聯(lián)，從而為日常監(jiān)測(cè)指標(biāo)的設(shè)置提供更合理的依據(jù)。主要運(yùn)用歸一化處理和回歸分析對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得出不同指標(biāo)間的關(guān)聯(lián)矩陣。

2.5" 主成因指標(biāo)

在進(jìn)行油品壽命計(jì)算分析前，首先找出影響油品壽命的主成因指標(biāo)，即哪些指標(biāo)會(huì)隨著使用時(shí)間的延長(zhǎng)發(fā)生趨勢(shì)性變化，方法是對(duì)樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行初步地統(tǒng)計(jì)分析，找出具有趨勢(shì)性變化的指標(biāo)，進(jìn)而結(jié)合相關(guān)換油標(biāo)準(zhǔn)的指標(biāo)規(guī)定，確定某設(shè)備油品的主成因指標(biāo)[2]。

2.6" 趨勢(shì)預(yù)測(cè)模型

在找出某油品的主成因指標(biāo)后，結(jié)合某指標(biāo)界限值的規(guī)定，即可得出某油品在該項(xiàng)指標(biāo)上的使用壽命。但一些指標(biāo)在樣本數(shù)據(jù)范圍內(nèi)并未超出界限值，因而就有必要對(duì)這些指標(biāo)的變化趨勢(shì)作出預(yù)測(cè)，通過(guò)建立該項(xiàng)指標(biāo)的時(shí)間序列模型，得出該指標(biāo)變化趨勢(shì)曲線。

2.7" 壽命分析模型

在計(jì)算出某油品在各分項(xiàng)主成因指標(biāo)上的使用壽命后，還需建立起該油品壽命分析模型來(lái)計(jì)算該油品的使用壽命。主要通過(guò)各分項(xiàng)主成因指標(biāo)對(duì)油品使用性能、劣化影響、恢復(fù)難易程度這3個(gè)方面進(jìn)行評(píng)價(jià)，進(jìn)而得出各分項(xiàng)指標(biāo)的影響因子，從而進(jìn)一步求出油品的使用壽命。

3" 研究對(duì)象和方法

項(xiàng)目第一階段對(duì)汽機(jī)主機(jī)、小機(jī)、EH油站、電動(dòng)給水泵、磨煤機(jī)、濕式球磨機(jī)、堆取料機(jī)、卸船機(jī)減速機(jī)和卸船機(jī)液壓站這9類設(shè)備進(jìn)行研究，涵蓋電廠全部機(jī)械專業(yè)。下面以鍋爐磨煤機(jī)為案例，闡述研究過(guò)程。

3.1" 主成因分析

磨煤機(jī)的潤(rùn)滑部位為其行星齒輪，潤(rùn)滑油主要起潤(rùn)滑、冷卻的作用，該潤(rùn)滑點(diǎn)對(duì)油品的油膜強(qiáng)度、極壓承載能力均有較高要求。本次磨煤機(jī)潤(rùn)滑油分析數(shù)據(jù)樣本量為600條，是從近1 200條相同及類似設(shè)備在用油監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)中篩選出來(lái)的，有火電廠的磨煤機(jī)，也有部分水泥廠的立磨，所用油品均為美孚600XP 320齒輪油。

主成因分析包括各項(xiàng)指標(biāo)變化趨勢(shì)分析、數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)分析、在用磨煤機(jī)潤(rùn)滑油維護(hù)標(biāo)準(zhǔn)。各項(xiàng)指標(biāo)變化趨勢(shì)分析，是指對(duì)于有明顯變化趨勢(shì)的指標(biāo)，將其初步篩選為磨煤機(jī)潤(rùn)滑油壽命主成因指標(biāo)；而無(wú)明顯變化趨勢(shì)的指標(biāo)，則不作為主成因指標(biāo)。按照這條原則，磨煤機(jī)潤(rùn)滑油壽命的主成因指標(biāo)是黏度、酸值、Pb、Pd、Fe、Cu和P這7項(xiàng)指標(biāo)。

各項(xiàng)指標(biāo)數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)分析，是指對(duì)于有明顯變化趨勢(shì)的指標(biāo)，為進(jìn)一步考察在各個(gè)使用時(shí)間段（12月、24月……）各項(xiàng)指標(biāo)的詳細(xì)變化特征，需對(duì)各項(xiàng)指標(biāo)在各使用時(shí)間段內(nèi)的值進(jìn)行相關(guān)數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)分析，從而進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)的變化特征。通過(guò)對(duì)初步篩選出的磨煤機(jī)潤(rùn)滑油壽命的主成因指標(biāo)進(jìn)一步實(shí)行數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)分析，發(fā)現(xiàn)黏度、酸值、Pb、Pd、Fe、Cu和P在4年使用周期內(nèi)均呈現(xiàn)出較明顯的一致性變化（增大或減小），且都伴隨使用時(shí)間延長(zhǎng)，數(shù)據(jù)逐漸變得分化。考慮Pb和Pd、Fe和Cu之間具有一定可替代性，因而最終確定選擇運(yùn)動(dòng)黏度40 ℃、酸值、Pb、Fe和P這5項(xiàng)指標(biāo)作為磨煤機(jī)潤(rùn)滑油壽命的主成因指標(biāo)。

在用磨煤機(jī)潤(rùn)滑油維護(hù)標(biāo)準(zhǔn)，參考NB/SH/T 0586—2010《工業(yè)閉式齒輪油換油指標(biāo)》對(duì)齒輪油換油指標(biāo)的規(guī)定，并結(jié)合上述的各指標(biāo)趨勢(shì)分析及數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)分析，將運(yùn)行中磨煤機(jī)潤(rùn)滑油壽命主成因指標(biāo)選定為運(yùn)動(dòng)黏度40 ℃、酸值、Pb、Fe和P。

3.2" 相關(guān)性分析

為了找出不同指標(biāo)間可能存在的關(guān)聯(lián)，從而更好指導(dǎo)日常取樣監(jiān)測(cè)項(xiàng)目設(shè)置和后面的壽命預(yù)測(cè)模型建立，對(duì)現(xiàn)有數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，找出不同指標(biāo)間的可能關(guān)聯(lián)。以黏度和酸值、酸值和Fe含量所做的三維關(guān)聯(lián)圖（圖2）中可看出，黏度和酸值、酸值和Fe含量的數(shù)據(jù)點(diǎn)絕大部分落在其擬合曲面內(nèi)，表明其之間具有較強(qiáng)的關(guān)聯(lián)性。

3.3" 壽命預(yù)測(cè)模型

根據(jù)AR模型計(jì)算出的各指標(biāo)分析預(yù)測(cè)曲線，各項(xiàng)指標(biāo)詳細(xì)預(yù)測(cè)分析結(jié)果及達(dá)到相應(yīng)界限值使用時(shí)間見(jiàn)表1。

分析磨煤機(jī)潤(rùn)滑油各項(xiàng)指標(biāo)對(duì)油品劣化、使用性能、處理難易程度3方面的影響，對(duì)各指標(biāo)的分項(xiàng)權(quán)重因子打分，依據(jù)各權(quán)重因子的分值即可計(jì)算出磨煤機(jī)潤(rùn)滑油使用壽命值，見(jiàn)表2。

4" 研究成果

4.1" 設(shè)備在用油使用壽命

項(xiàng)目第一階段通過(guò)對(duì)選定9大類設(shè)備在用油監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)、計(jì)算、分析，得出9大類設(shè)備在用油使用壽命見(jiàn)表3。計(jì)算值可作為該設(shè)備在用油在行業(yè)內(nèi)使用壽命的平均值，具有較強(qiáng)的參考意義。

4.2" 設(shè)備后續(xù)日常監(jiān)測(cè)項(xiàng)目

在項(xiàng)目研究中，針對(duì)單項(xiàng)指標(biāo)的變化和不同指標(biāo)間的關(guān)聯(lián)做了分析，因而得出了各項(xiàng)監(jiān)測(cè)指標(biāo)對(duì)于各類在用油的意義，從而制定出各類設(shè)備在用油日常監(jiān)測(cè)項(xiàng)目[3]，見(jiàn)表4。

4.3" 設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)建議

通過(guò)對(duì)各類設(shè)備在用油監(jiān)測(cè)大數(shù)據(jù)的分析，找出影響各類油品壽命的主成因指標(biāo)，而透過(guò)這些指標(biāo)找出各類設(shè)備日常潤(rùn)滑維護(hù)的關(guān)鍵。各類設(shè)備后續(xù)維保建議見(jiàn)表5。

5" 應(yīng)用成效

項(xiàng)目在某電廠經(jīng)過(guò)4年的實(shí)踐應(yīng)用，已形成一套科學(xué)合理的設(shè)備潤(rùn)滑周期管理體系，設(shè)備在用油壽命管理水平得到改善和提高，為設(shè)備可靠性和經(jīng)濟(jì)性提供有力支持和保障。經(jīng)測(cè)算，項(xiàng)目實(shí)施后每年減少?gòu)U油超過(guò)100 t，環(huán)保效益較大，同時(shí)每年至少給電廠帶來(lái)直接經(jīng)濟(jì)效益100萬(wàn)元。項(xiàng)目綜合運(yùn)用“檢測(cè)大數(shù)據(jù)+算法建模”的方法對(duì)設(shè)備潤(rùn)滑進(jìn)行周期管理，在火電行業(yè)屬首次應(yīng)用，完全是基于企業(yè)社會(huì)責(zé)任和設(shè)備可靠性提升的創(chuàng)新成功案例，可在相關(guān)行業(yè)推廣及應(yīng)用。

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