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油液監(jiān)測技術(shù)在設備管理與維修中的應用

一、前言

隨著工業(yè)的發(fā)展及科技水平的不斷提高，設備維修方式也與時俱進，不斷創(chuàng)新。其發(fā)展趨勢是由傳統(tǒng)的事后維修和定期維修提升到以預測維修和主動維修為主。事后維修的弊端在于沒有預測性，處于被動應對狀態(tài)，造成備件儲存量過大，造成不必要的浪費；預防和控制不了事故的后果和損失程度。

定期維修是依據(jù)在長期生產(chǎn)實踐中積累總結(jié)的經(jīng)驗，大量有關(guān)部件失效的統(tǒng)計參數(shù)，人為的規(guī)定設備的使用與停機大修的時間期限。其不足在于：1、設備的實際使用壽命往往高于人為規(guī)定的使用期限，結(jié)果造成設備實際使用率下降；2、由于實行定期維修制，當偶遇意外情況使設備提前失效時造成突發(fā)事故產(chǎn)生難以預料的嚴重惡果。

預測性維修也稱作狀態(tài)監(jiān)測，是在對設備運行狀態(tài)進行連續(xù)跟蹤監(jiān)測的基礎上，準確了解與掌握設備的實際運行工況，對設備有關(guān)失效的某些有代表性的工作參數(shù)規(guī)定限定值，一旦達到限定值，即進行預知性檢修。此方式針對性與實用性強，能有效的識別設備發(fā)生失效癥兆的根源，準確的進行故障診斷和早期預報，有效的避免突發(fā)性的災難事故。

主動維修是由美國俄克拉荷馬州立大學Fitch博士所創(chuàng)立的，是近年新發(fā)展起來的一種科學的設備維修模式，它是在設備開始發(fā)生失效（材料磨損和性能降低）之前，就通過監(jiān)測知曉導致失效的系統(tǒng)根源性參數(shù)并適時采取需要的掌控措施，以保持設備長期處于健康的工作狀態(tài)。以期在設備整個使用壽命中，實現(xiàn)設備的零故障、零停機，零維修的目標。

主動維修著重監(jiān)測可能導致材料損壞的根源性參數(shù)，其中與潤滑磨損緊密相關(guān)的是油液污染度、油品的理化性能以及溫度的變化等。通過及時采取相應措施保證這些參數(shù)處在要求的正常值范圍內(nèi)，以達到防止失效發(fā)生和延長元件壽命的目的。

預測性和主動性維修的具體目標可以歸納為下列三個層次：1、及時處理出現(xiàn)的設備故障；2、在可能條件下，找出出現(xiàn)故障的根本原因；3、預測設備劣化趨勢，采取科學的維修方式，將故障苗頭消滅在萌芽狀態(tài)。提高設備利用率，從根本上降低總的維修費用，以實現(xiàn)更好的設備成本效益比。

油液監(jiān)測是基于預測性維修和主動維修的需要而發(fā)展起來的，是這兩種維修模式的理論技術(shù)上支撐和不可或缺的重要組成部分。油液監(jiān)測在事后維修中也可用來分析研究失效原因，提出延長設備使用周期的措施，用于定期維修可以分析設備周期狀態(tài)、合理制定并延長檢修周期。

二、設備可靠性與潤滑新理念

進入21世紀，節(jié)能、降耗、環(huán)保與安全是擺在全球面前急待解決的戰(zhàn)略任務，是科技發(fā)展面臨的首要課題。人類生產(chǎn)使用的設備是世界能源消耗的主要方面?，F(xiàn)代設備越來越向大功率、小體積、輕量化、高速化、功能多樣化、自動化、環(huán)境友好等方向發(fā)展，對設備可靠性的要求也越來越高。

當人們對設備的可靠性提出更高要求的同時，對設備的維護保養(yǎng)與修理亦提出了更苛刻的要求，設備的可靠性與經(jīng)濟性日益成為企業(yè)管理及其效益水平的重要考核內(nèi)容。提高設備可靠性和經(jīng)濟性的重要舉措，是加強設備的潤滑管理。設備從設計、制造、材料與加工工藝的選擇，到實際運行中的監(jiān)管、狀態(tài)監(jiān)測及合理維修方式的采用等，無一不與潤滑緊密相關(guān)。

設備在設計時，很重要的一點是應結(jié)合其結(jié)構(gòu)與運行工況特點，考慮選擇合理的潤滑方式與潤滑裝置。如油箱的體積大小、潤滑系統(tǒng)的構(gòu)成、供油的方法、壓力的大小等等；其次需指導用戶合理選油，要特別注意根據(jù)設備實際運行的工況條件及外部環(huán)境特點，選擇油品的質(zhì)量等級；另外在運行中應對在用潤滑油進行正確的使用，嚴格的管理等。所以“潤滑”二字看似簡單，其內(nèi)涵是相當豐富，涉及多個學科。

我國已有推薦性國家標準“合理潤滑技術(shù)通則”（GB/T13608-2009），指導企業(yè)在技術(shù)、經(jīng)濟允許的條件下，為實現(xiàn)設備的可靠運行、提高性能、降低摩擦功耗、減少溫升和磨損及潤滑劑的消耗量，對設備的潤滑設計、潤滑系統(tǒng)的運行操作和使用的潤滑劑品種、性能等應采取的相應技術(shù)措施。綜上所述，對保證設備全壽命周期中的每個環(huán)節(jié)潤滑都處于優(yōu)良狀態(tài)，保證設備的可靠性，減少故障停機及預防設備失效等都至關(guān)重要。人們應以新理念重新認識“潤滑”，具體有以下幾點：

1、抓好設備潤滑可為企業(yè)創(chuàng)造明顯的經(jīng)濟效益。為保持設備的良好潤滑要舍得投入，這種投入是值得的，它與產(chǎn)出相比將超過1:10。

2、潤滑油脂是設備中的一個零部件，并且是重要的一個零部件。它是潤滑油—維修工所能控制的部件。不要把潤滑油脂單純看作是消耗品，用戶不能改變整體設備，但可以改變使用的潤滑油品種及數(shù)量。良好潤滑是保證設備可靠運行的不可或缺的手段和條件。

3、設備騎在10微米厚的潤滑油膜上。例如在邊界潤滑條件下齒輪的化學反應膜厚度只有0.1~1μm；滾動軸承是0.1~3μm；而發(fā)動機滑動軸承的油膜厚度為0.5~50μm，其它滑動軸承為0.5~100μm，以上典型零部件油膜厚度平均值為10μm。設備運行的可靠性緊緊與這10μm厚的油膜密切相聯(lián)。

4、通常情況下，潤滑不良是導致設備產(chǎn)生故障甚至失效的主因。當潤滑不良時，設備會出現(xiàn)振動、噪音、高溫、機械性能下降等各種異?，F(xiàn)象，究其根源往往是潤滑不當導致磨損異常引起的！

5、對在用潤滑油脂污染控制是實現(xiàn)設備主動維修重要的保證。英國流體協(xié)會對液壓系統(tǒng)壽命研究表明：當液壓油污染度為10/7時系統(tǒng)的可靠性壽命是其污染度為24/21時的系統(tǒng)壽命的100倍！SKF新的軸承可靠性壽命研究表明：軸承中使用的潤滑油脂的不同污染程度可以使軸承的可靠性壽命相差500倍之多！

三、油液監(jiān)測的主要內(nèi)容與作用

油液監(jiān)測是通過對設備的在用潤滑油進行理化指標和金屬元素分析、污染度測試、總磨損濃度檢測、紅外光譜與鐵譜分析等多種方法，根據(jù)各項指標檢測結(jié)果，確定設備當前運行的真實狀態(tài)，為維修決策提供科學的依據(jù)。

在用油分析主要包括潤滑油性能測試和潤滑油中磨損顆粒與污染物的定性與定量分析，主要項目如下：

1、理化指標

同設備一樣，潤滑油使用的全壽命周期也可分為幾個階段：

(1)新油：是調(diào)和生產(chǎn)完成并滿足產(chǎn)品的相關(guān)標準要求的油品，新油分析關(guān)注的與產(chǎn)品標準的符合性，是設備合理選油的重要依據(jù)。新油指標可在石油產(chǎn)品標準中查找，潤滑油的質(zhì)量指標很多，具體標準也不盡相同，需要根據(jù)設備的摩擦副條件和用戶的使用要求確定；(2)在用油：指設備運行中正在使用的潤滑油。在用油檢測的項目及方法與新油不盡相同，更偏重于油品使用中的趨勢變化。（3）廢油：指從設備上換下不再使用的油。應該注意，很多時候換下的油并未失效，經(jīng)過過濾凈化處理后完全可以繼續(xù)使用，避免造成不必要的浪費。

在用油監(jiān)測項目和具體的換油指標可以考慮設備供應商或油品供應商的推薦值，主要還是通過油液監(jiān)測積累有實踐價值的換油指標為科學依據(jù)。

2、光譜元素分析

新油的金屬元素來源于添加劑，其含量在一定的范圍內(nèi)。在用油中的金屬元素除添加劑外更多來源于磨損與污染。因此測試油中金屬元素的含量及變化趨勢，了解在用油使用過程中受到的污染及設備磨損程度，是油液監(jiān)測的重要內(nèi)容之一。

設備在投入使用前，除對所選用的油進行各種理化指標測試外，還應檢測油中金屬元素含量，并做好記錄存檔保留。這對檢驗新油質(zhì)量、按質(zhì)換油、及設備出現(xiàn)故障后查找原因等都有重要的參考價值。

油中常用的金屬元素分析方法有轉(zhuǎn)盤電極發(fā)射光譜法（RDE）、等離子發(fā)射光譜法(ICP)、X射線熒光光譜法(XRF)、原子吸收光譜法(AAS)等，各有對應的方法標準，可以根據(jù)不同的檢測目的選用。

3、PQ指數(shù)測試

PQ儀主要用于測試油中鐵磁性顆粒的濃度，分析的特點是快速、便攜、樣品代表性好、測試范圍較寬。有標樣對儀器進行校準，故可做定量分析，測試結(jié)果的重復性和再現(xiàn)性好。操作簡單方便，運行費用較低。

PQ測試結(jié)果包含了油中所有鐵磁性顆粒，無論顆粒尺寸的大與小。彌補了光譜元素直接進樣分析在用油時，可能丟棄部分大顆粒導致結(jié)果產(chǎn)生偏差的不足。如果將兩種方法結(jié)合一起做，會得到理想的效果。

4、紅外光譜分析

潤滑油由基礎油和添加劑兩部分組成。油品在使用過程中由于受到污染和機械剪切的作用，不可避免的會衰化變質(zhì)。紅外光譜主要用于分析有機化合物的基團，對在用油使用過程中發(fā)生的氧化衰變趨勢常用羰基吸收峰作為判據(jù)，對污染引起的衰變也可從紅外光譜的不同波數(shù)的吸收峰做出判斷。

紅外光譜分析已有多種試驗方法標準，對不同品種和不同用途的油及針對新油和舊油均可從中加以選擇，如監(jiān)測在用油的氧化和污染常用的標準是ASTM E2412。

利用紅外光譜可以識別新油的類型(礦物型或合成型)及質(zhì)量(應含的添加劑類別)、油品的真?zhèn)闻袛?、油品使用中添加劑的下降、造成再用油污染的原因等。在定期換油和按質(zhì)換油管理中，可用來判斷油品是否可以繼續(xù)使用，避免盲目換油造成的浪費。紅外光譜的不足在于無法進行精確的定量分析。

5、鐵譜分析

鐵譜分析主要用來對異常磨損顆粒進行圖像分析。分析鐵譜可直接觀測油中金屬顆粒的尺寸、幾何形態(tài)、顏色、數(shù)量及分布狀態(tài)等。將發(fā)射光譜和鐵譜兩種方法的結(jié)合使用，則既可定性又可定量、即可監(jiān)測以小尺寸顆粒為主的正常磨損狀態(tài)，又可監(jiān)測以大尺寸顆粒為主要特征的異常磨損狀態(tài)，在設備出現(xiàn)異常磨損征兆或失效停機時，鐵譜分析可以發(fā)揮其應有的優(yōu)勢。

該方法需具有較高知識水平和診斷實踐經(jīng)驗的專業(yè)人員才能勝任。主要靠人工分析，費用較高，所以在設備處于正常磨損階段是無需采用這種方法的,避免過度分析造成的不必要的費用支出。

6、油品污染度測試

油品經(jīng)過使用后，不可避免的總會受到各種不同程度的污染。油品內(nèi)部污染源于油自身氧化劣變的產(chǎn)物，如積碳、油泥、漆膜等。外部污染，指來自密封不良導致的粉塵、水及燃油、纖維及摩擦副產(chǎn)生的固體金屬磨?；烊胗椭幸鸬倪@類污染。設備因在用油污染引起的失效中以固體顆粒產(chǎn)生的不良影響嚴重性為首，其次是水污染。因此經(jīng)常監(jiān)測在用油的污染水平，判斷產(chǎn)生污染的原因并及時處理，確保油品的高清潔度，是油液監(jiān)測中不可忽視的。

測試油品污染度使用的方法不盡相同。常用的方法有重量法、濾膜法、遮光法、光散射法和光學顯微鏡法，可做定性、半定量、定量等分析，根據(jù)設備運行的工況條件和工作環(huán)境加以選擇。

顆粒計數(shù)器法可準確計出單位體積油中所含顆粒的準確數(shù)值，特別適用于對清潔度要求較高的油品，如液壓油、汽輪機油、壓縮機油、變壓器油等的污染度檢測，而對發(fā)動機油和齒輪油這類粘度較高，在用油污染較重的油品可選用顯微鏡法。還應注意，有些新油污染度高很可能是油品添加劑軟顆粒引起的，無需擔心，此時也可用顯微鏡法進行驗證。