发射光谱分析技术在设备润滑管理中的应用

李庆华

（大庆油田公司井下作业分公司，黑龙江大庆 163000）

0 引言

润滑管理在设备管理中占有重要地位，但在实际润滑管理工作中，存在诸多困难：①传统油品理化性能检测难以全面、正确反映油品质量；②由于设备使用工况、环境、介质、操作人员素质的不同，最佳换油周期难以确定。为全面分析和评价润滑油品质，我们通过使用美国MOA-Ⅱ发射光谱仪，将发射光谱技术应用于润滑油状态监测管理体系中，能够精确测量油品中添加剂、磨损金属、污染元素的成份与含量，从而达到确保新油品质、探究设备的磨损机理和预测磨损发展趋势的目的。形成以元素含量分析、油品理化性能分析、污染物分析为基础的油品状态分析体系，为预知式维修、主动式维修提供技术支持。

1 新进油品检测

润滑油由基础油和各种添加剂组成，添加剂的成份及含量决定了油品的品质。常规理化检测无法反映油品添加剂成份和含量，我们通过发射光谱仪对新油品元素含量进行定量分析，确定新油品添加剂成份含量是否在正常范围内、是否混入污染物。目前，我们对发动机润滑油中的Ca、Zn、P 元素，齿轮油中的P元素；液压油中的Zn、P 元素进行重点检测，有效的确保了新进油品的质量。

对新购进的CH-4 柴油机油做光谱检测时发现，新进油品中Ca、Zn、P 的含量变化大。通过对不同批次油品的检测，发现该品牌油品理化指标很稳定，但添加剂的含量尤其Ca、Zn、P 的含量变化大，这直接反映了不同批次新进油品的性能不稳定。我们据此对厂家产品质量提出了质疑，要求厂家提供三种元素的典型值及相关规范，经过多次交涉，厂家提供了添加剂元素的含量标准与规范。此后连续7 个月对该产品重点监测（见图1），可以看出，在采用光谱检测后，供应商对提供油品的质量加强了管理，添加剂元素含量值趋于稳定，且含量较原先采购油品大幅提高，即产品质量较以往提高。

2 预知式维修

图1 元素含量变化趋势

预知维修是以设备状态监测、日常点检、定期检查为基础，经过分析、预测设备的劣化程度，在故障前有计划地进行适当维修的一种维修方式。该种维修体制根据设备的实际技术状态确定维修期限，不固定拆检分解的范围，通过不断定量分析监测的某些参数和状态数据及其变动量来确定最佳的维修时机和维修内容。预知维修比事后维修有着很大的先进性，并且比定期维修制也更为合理。进行预知维修的首要工作是对设备开展状态监测工作，我们以润滑油理化分析、光谱分析技术为基础，开展压裂设备的预知维修工作。

以哈里伯顿压裂车裂-19 变速箱状态监测为例，按照规定，台上变速箱每运转100 h 进行一次润滑油取样，进行6 项理化指标检测和发射光谱元素分析。该车油品理化分析一切正常，但元素分析检测发现，裂-19 自工作800 h 起变速箱油中的Fe、Cu 元素含量不断增高，其中1000 h 后急剧增高，见图2。

Fe、Cu 元素含量突然异常增高，说明变速箱内部存在异常磨损现象，结合该变速箱4 档工作时温度较其它档位偏高的现象，分析变速箱高档位离合器鼓及离合器片磨损严重。解体检修证实分析结果，及时预防一次机械事故。磨损的离合器见图3。

3 主动式维修

图2 裂-19 铁铜含量变化趋势

图3 磨损的高档位离合器

主动维修是从故障根源上对设备故障进行预防，是积极主动的预防故障，主动维修的核心是消除故障源。设备油样中含有的各种元素成份及含量是评价机械设备运行过程磨损程度的重要指标，每种元素含量的多少与设备中某种摩擦副磨损量的大小有直接关系，可由对应磨损元素判断磨粒产生的部位及状态。例如Fe 元素主要来自汽缸套、摇臂、活塞环等部件，Cu 元素主要来自轴承、轴套、垫片等部件，Pb 元素主要来自轴承合金材料、密封件等。发射光谱检测的元素来源见表1：

表1 润滑油中的元素成份及来源

此外，根据润滑油中的添加剂及污染元素的成份及含量，还可判断润滑油的劣化变质程度。通过添加剂及污染元素可以判断各个具体的污染源，例如，Si 主要来自空气中带来灰尘、添加剂等；P 主要来自空气中带进的尘土、水及冷却系统泄漏。使用MOA 光谱仪对压裂车组油品定期、连续监测，发现某项根源参数超标，立即处理，可以保证设备长期处于最佳润滑状态下运行。

2013 年3 月，裂38 压裂车变速箱维修后，再次跟踪油品使用情况，发现Fe、Cu 等元素含量依然较高，判断是清洗不彻底存在残留杂质，经重新换油并更换滤子后，变速箱油中的元素含量恢复正常，确保设备润滑处于最佳状态。具体变化见图4。

图4 裂-38 元素含量检测数据

4 结束语

润滑管理作为设备管理的重要组成部分，需要不断进步。润滑油监测诊断技术是现代设备管理不可替代的重要手段之一，即保证所用油品处于正常状态，又避免盲目拆检设备造成的损失。使用发射光谱和红外光谱分析，提高润滑油液监测手段的准确性和效率，完善相关设备的软硬件和分析方法，加以现场监测人员的实践经验，建立起润滑油液监测、诊断数据库。对故障隐患做到早期诊断、早期预防，使设备长期处于稳定运行状态，为企业带来良好的经济效益和社会效益。