基于光谱和水分监测的船用油液进水问题分析

袁慧五 ，王佳奕，郭玲丽

(92571部队，海南 三亚 572021)

运行在机器设备内部的油液就像循环在人体内部的血液一样，医生可以通过化验血液来分析病人的病情，而油液监测工程师则是通过分析油液来判断船舶机电设备的运行状况和故障隐患[1]。油液进水问题的分析工作是油液监测日常工作中非常重要的一项工作，润滑油中一旦进水，会导致油膜强度降低，产生泡沫或乳化，对设备的工作产生不良影响，严重时会使零部件磨损和腐蚀，甚至会造成机械事故[2]；液压油中一旦进水，除导致零部件磨损加剧外，还会增加液压油的可被压缩性，导致液压压力减小和不稳定，降低机器的使用效能[3]。

船用油液中的进水量和进水类型直接关系到船舶维修处理方法，如船用柴油机润滑油中的水分百分数若在0.1%左右，可能原因是燃气下窜，不必立即采取措施；若润滑油中水分百分数超过了0.2%，则认为水分百分数超标，需要及时换油或对油液进行处理；若润滑油中水分百分数超过了0.5%，肯定是某处发生了漏水，必须查找原因，采取维修措施；另外进海水的处理方法和进淡水的处理方法也不同，若油液中的含盐百分数达到0.005%，则需要采取串洗或其他有效措施。因此，准确判断船用油液中的进水量和进水类型，有利于准确判定进水原因、进水部位及严重程度等信息，可为开展按质换油和相关维修提供参考。

1 船用油液不同进水问题分析

1.1 船用油液进海水

船用油液进海水的情况一般有2种，一种主要发生在用海水直接冷却的设备上，如主机齿轮箱、锚机、舵机和调距桨等，当发生密封不严或者零部件被海水腐蚀导致穿孔的情况时，油液中就会进入海水。另一种情况经常发生在用于往船外排海水的往复泵上，当往复泵密封不严时，就会有海水漏到往复泵的润滑油中。常用的判断方法是先用快速水分仪判断水分是否超标，然后用光谱仪分析钠、镁2种元素是否有明显增加，从而判断所进的水是否为海水。表1为某船设备进海水监测数据，由表1可知，锚机第二次与第一次取样的液压油相比，除水分百分数增加外，钠和镁元素质量分数也明显增加；往复泵的在用油与新油相比，除水分百分数增加外，钠和镁元素质量分数也明显增加。说明第二次取样的锚机液压油和往复泵在用油中都进了海水。当设备中进入了较多海水时，就需要对设备内部进行串洗或采取其他措施，不能仅仅只是换油，因为残留在设备内部的钠、镁元素会导致其腐蚀速度加快。

表1 某船设备进海水监测数据

1.2 船用油液进淡水

船舶上的常见油液进淡水的原因主要有2种，其一主要发生在某些用淡水进行直接冷却的设备上，如柴油机。当发生冷却系统与润滑油通道联通时，油液中就会进入超标的淡水。其二主要发生在空压机中，虽然空压机出口管路装有止回阀，能够将高温高压的湿空气通过排气阀排出，但实际运行效果并不理想，长期间断运行的空压机经常会发生冷凝水回流至机箱内部，使空压机润滑油中水分百分数超标，从而导致汽缸阀和机架部件等生锈和磨损加剧。对某船用柴油机和空压机润滑油连续2次取样，然后对其中的水分和光谱主要元素进行监测，表2为船用油液进淡水监测数据，由表2可知，柴油机和空压机第二次取样的润滑油中钠、镁元素质量分数较第一次均没有明显增加，但水分百分数增加较多，可以判定其中进了淡水。柴油机润滑油中进淡水，导致钠元素质量分数略有升高而镁元素质量分数变化不大，其原因可能是进入的淡水中含有缓蚀剂，一般国产缓蚀剂中含有一定量的钠元素但不含镁元素。

表2 船用油液进淡水监测数据

1.3 船用油液既进海水又进淡水

船舶柴油机都是先用海水冷却含有缓蚀剂的淡水，再用含有缓蚀剂的淡水来冷却柴油机汽缸等的摩擦副，因此当发现柴油机润滑油中进水，而且钠、镁元素均明显偏高时，会怀疑其中不仅进了淡水还进了海水，船用油液既进海水又进淡水监测数据见表3。发生这种情况时，应该采取的维修措施就不能仅仅局限于拆检淡水管路，需要连同海水冷却管路一起拆检。在实际监测过程中，我们发现当柴油机出现既进海水又进淡水情况时，拆检海水管路和淡水管路必须要及时，如果没有及时拆检，含铁和铜的摩擦副就会迅速发生明显的腐蚀和磨损。例如表3中2#柴油机在进水后，相隔约两周进行了连续2次的监测，这2次监测均发现水分百分数超标，但期间船员未采取及时的修理措施，导致第二次监测时光谱中铁和铜元素质量分数急剧增加，尤其是铜元素质量分数变成了第一次监测时的18倍。综上所述，油液中进海水时表现为钠、镁元素质量分数明显增加，若不及时采取修理措施会发生严重的腐蚀和磨损现象。

表3 船用油液既进海水又进淡水监测数据

1.4 船用油液曾经进过海水

在监测过程中，还经常发现有些润滑油中钠和镁元素质量分数明显偏高，但其中水分百分数却在0.1%以下，从这种现象可以推断出该润滑油应该曾经进过海水，表4是船用油液曾经进过海水监测数据。

表4 船用油液曾经进过海水监测数据

由表4可知，这2个油样虽然水分百分数没有超标，但是与表2中第一次取样正常的柴油机润滑油相比，其钠、镁元素质量分数明显增加，唯一可以解释的原因就是该柴油机润滑油中曾经进过海水。发生这种现象的原因可能有3种，其一是近期补给了新的润滑油，其二是润滑油中的水分被蒸发，其三是使用了油水分离装置除去了润滑油中的水分。在发现润滑油中曾经进过海水时，一般仍然会建议船员对柴油机相关管路进行检查，查明是否曾经进水并及时进行处理，避免海水再次进入到润滑油中。

1.5 含水的正常油液

油液中含水的情况并不都是故障隐患，例如应用于某型船的水基液压油中就含有大量的水分，初步估计其水分百分数大于10%，但是这种液压油在传递压力方面性能非常好，而且也没有发现对设备有明显的腐蚀现象。表5为某水基液压油和普通液压油监测数据，由表5可知，某水基液压油除水分百分数较高外，钠元素质量分数高达11 529.0 μg/g，但镁元素质量分数较低。在以后的实际监测过程中，可通过这2种现象来判断该类液压油是否是同种类型的水基液压油。

表5 某水基液压油和普通液压油监测数据

2 结束语

综合采用光谱和水分2种油液监测技术，对船用油液进水情况进行了仔细分析，得出结论如下。

1)若油液中水分百分数超标，当钠和镁元素质量分数也明显偏高时，可以初步判定油液中进了海水；当钠和镁元素质量分数没有变化或基本不变时，可以初步判定油液中进了淡水。需要采取的措施是检查相关管路并及时换油，尤其是进海水时可能还要进行管路串洗，若不及时采取这些措施，异常磨损和腐蚀将会很快发生。

2)柴油机润滑油中一旦进海水，可以推断出其既进了海水又进了淡水，海水和淡水管路都必须检查；当发现柴油机中曾经进过海水时，也需仔细检查相关管路，避免进海水的情况再次发生，不能忽视这一故障隐患。

3)在监测过程中，需要注意水基液压油的存在，不能将其认定为故障隐患，水基液压油特点是钠元素质量分数在10 000 μg/g左右，但几乎没有镁元素。