油液监测技术在设备管理与维修中的应用

一、前言

随着工业的发展及科技水平的不断提高，设备维修方式也与时俱进，不断创新。其发展趋势是由传统的事后维修和定期维修提升到以预测维修和主动维修为主。事后维修的弊端在于没有预测性，处于被动应对状态，造成备件储存量过大，造成不必要的浪费；预防和控制不了事故的后果和损失程度。

定期维修是依据在长期生产实践中积累总结的经验，大量有关部件失效的统计参数，人为的规定设备的使用与停机大修的时间期限。其不足在于：1、设备的实际使用寿命往往高于人为规定的使用期限，结果造成设备实际使用率下降；2、由于实行定期维修制，当偶遇意外情况使设备提前失效时造成突发事故产生难以预料的严重恶果。

预测性维修也称作状态监测，是在对设备运行状态进行连续跟踪监测的基础上，准确了解与掌握设备的实际运行工况，对设备有关失效的某些有代表性的工作参数规定限定值，一旦达到限定值，即进行预知性检修。此方式针对性与实用性强，能有效的识别设备发生失效症兆的根源，准确的进行故障诊断和早期预报，有效的避免突发性的灾难事故。

主动维修是由美国俄克拉荷马州立大学Fitch博士所创立的，是近年新发展起来的一种科学的设备维修模式，它是在设备开始发生失效（材料磨损和性能降低）之前，就通过监测知晓导致失效的系统根源性参数并适时采取需要的掌控措施，以保持设备长期处于健康的工作状态。以期在设备整个使用寿命中，实现设备的零故障、零停机，零维修的目标。

主动维修着重监测可能导致材料损坏的根源性参数，其中与润滑磨损紧密相关的是油液污染度、油品的理化性能以及温度的变化等。通过及时采取相应措施保证这些参数处在要求的正常值范围内，以达到防止失效发生和延长元件寿命的目的。

预测性和主动性维修的具体目标可以归纳为下列三个层次：1、及时处理出现的设备故障；2、在可能条件下，找出出现故障的根本原因；3、预测设备劣化趋势，采取科学的维修方式，将故障苗头消灭在萌芽状态。提高设备利用率，从根本上降低总的维修费用，以实现更好的设备成本效益比。

油液监测是基于预测性维修和主动维修的需要而发展起来的，是这两种维修模式的理论技术上支撑和不可或缺的重要组成部分。油液监测在事后维修中也可用来分析研究失效原因，提出延长设备使用周期的措施，用于定期维修可以分析设备周期状态、合理制定并延长检修周期。

二、设备可靠性与润滑新理念

进入21世纪，节能、降耗、环保与安全是摆在全球面前急待解决的战略任务，是科技发展面临的首要课题。人类生产使用的设备是世界能源消耗的主要方面。现代设备越来越向大功率、小体积、轻量化、高速化、功能多样化、自动化、环境友好等方向发展，对设备可靠性的要求也越来越高。

当人们对设备的可靠性提出更高要求的同时，对设备的维护保养与修理亦提出了更苛刻的要求，设备的可靠性与经济性日益成为企业管理及其效益水平的重要考核内容。提高设备可靠性和经济性的重要举措，是加强设备的润滑管理。设备从设计、制造、材料与加工工艺的选择，到实际运行中的监管、状态监测及合理维修方式的采用等，无一不与润滑紧密相关。

设备在设计时，很重要的一点是应结合其结构与运行工况特点，考虑选择合理的润滑方式与润滑装置。如油箱的体积大小、润滑系统的构成、供油的方法、压力的大小等等；其次需指导用户合理选油，要特别注意根据设备实际运行的工况条件及外部环境特点，选择油品的质量等级；另外在运行中应对在用润滑油进行正确的使用，严格的管理等。所以“润滑”二字看似简单，其内涵是相当丰富，涉及多个学科。

我国已有推荐性国家标准“合理润滑技术通则”（GB/T13608-2009），指导企业在技术、经济允许的条件下，为实现设备的可靠运行、提高性能、降低摩擦功耗、减少温升和磨损及润滑剂的消耗量，对设备的润滑设计、润滑系统的运行操作和使用的润滑剂品种、性能等应采取的相应技术措施。综上所述，对保证设备全寿命周期中的每个环节润滑都处于优良状态，保证设备的可靠性，减少故障停机及预防设备失效等都至关重要。人们应以新理念重新认识“润滑”，具体有以下几点：

1、抓好设备润滑可为企业创造明显的经济效益。为保持设备的良好润滑要舍得投入，这种投入是值得的，它与产出相比将超过1:10。

2、润滑油脂是设备中的一个零部件，并且是重要的一个零部件。它是润滑油—维修工所能控制的部件。不要把润滑油脂单纯看作是消耗品，用户不能改变整体设备，但可以改变使用的润滑油品种及数量。良好润滑是保证设备可靠运行的不可或缺的手段和条件。

3、设备骑在10微米厚的润滑油膜上。例如在边界润滑条件下齿轮的化学反应膜厚度只有0.1~1μm；滚动轴承是0.1~3μm；而发动机滑动轴承的油膜厚度为0.5~50μm，其它滑动轴承为0.5~100μm，以上典型零部件油膜厚度平均值为10μm。设备运行的可靠性紧紧与这10μm厚的油膜密切相联。

4、通常情况下，润滑不良是导致设备产生故障甚至失效的主因。当润滑不良时，设备会出现振动、噪音、高温、机械性能下降等各种异常现象，究其根源往往是润滑不当导致磨损异常引起的！

5、对在用润滑油脂污染控制是实现设备主动维修重要的保证。英国流体协会对液压系统寿命研究表明：当液压油污染度为10/7时系统的可靠性寿命是其污染度为24/21时的系统寿命的100倍！SKF新的轴承可靠性寿命研究表明：轴承中使用的润滑油脂的不同污染程度可以使轴承的可靠性寿命相差500倍之多！

三、油液监测的主要内容与作用

油液监测是通过对设备的在用润滑油进行理化指标和金属元素分析、污染度测试、总磨损浓度检测、红外光谱与铁谱分析等多种方法，根据各项指标检测结果，确定设备当前运行的真实状态，为维修决策提供科学的依据。

在用油分析主要包括润滑油性能测试和润滑油中磨损颗粒与污染物的定性与定量分析，主要项目如下：

1、理化指标

同设备一样，润滑油使用的全寿命周期也可分为几个阶段：

(1)新油：是调和生产完成并满足产品的相关标准要求的油品，新油分析关注的与产品标准的符合性，是设备合理选油的重要依据。新油指标可在石油产品标准中查找，润滑油的质量指标很多，具体标准也不尽相同，需要根据设备的摩擦副条件和用户的使用要求确定；(2)在用油：指设备运行中正在使用的润滑油。在用油检测的项目及方法与新油不尽相同，更偏重于油品使用中的趋势变化。（3）废油：指从设备上换下不再使用的油。应该注意，很多时候换下的油并未失效，经过过滤净化处理后完全可以继续使用，避免造成不必要的浪费。

在用油监测项目和具体的换油指标可以考虑设备供应商或油品供应商的推荐值，主要还是通过油液监测积累有实践价值的换油指标为科学依据。

2、光谱元素分析

新油的金属元素来源于添加剂，其含量在一定的范围内。在用油中的金属元素除添加剂外更多来源于磨损与污染。因此测试油中金属元素的含量及变化趋势，了解在用油使用过程中受到的污染及设备磨损程度，是油液监测的重要内容之一。

设备在投入使用前，除对所选用的油进行各种理化指标测试外，还应检测油中金属元素含量，并做好记录存档保留。这对检验新油质量、按质换油、及设备出现故障后查找原因等都有重要的参考价值。

油中常用的金属元素分析方法有转盘电极发射光谱法（RDE）、等离子发射光谱法(ICP)、X射线荧光光谱法(XRF)、原子吸收光谱法(AAS)等，各有对应的方法标准，可以根据不同的检测目的选用。

3、PQ指数测试

PQ仪主要用于测试油中铁磁性颗粒的浓度，分析的特点是快速、便携、样品代表性好、测试范围较宽。有标样对仪器进行校准，故可做定量分析，测试结果的重复性和再现性好。操作简单方便，运行费用较低。

PQ测试结果包含了油中所有铁磁性颗粒，无论颗粒尺寸的大与小。弥补了光谱元素直接进样分析在用油时，可能丢弃部分大颗粒导致结果产生偏差的不足。如果将两种方法结合一起做，会得到理想的效果。

4、红外光谱分析

润滑油由基础油和添加剂两部分组成。油品在使用过程中由于受到污染和机械剪切的作用，不可避免的会衰化变质。红外光谱主要用于分析有机化合物的基团，对在用油使用过程中发生的氧化衰变趋势常用羰基吸收峰作为判据，对污染引起的衰变也可从红外光谱的不同波数的吸收峰做出判断。

红外光谱分析已有多种试验方法标准，对不同品种和不同用途的油及针对新油和旧油均可从中加以选择，如监测在用油的氧化和污染常用的标准是ASTM E2412。

利用红外光谱可以识别新油的类型(矿物型或合成型)及质量(应含的添加剂类别)、油品的真伪判断、油品使用中添加剂的下降、造成再用油污染的原因等。在定期换油和按质换油管理中，可用来判断油品是否可以继续使用，避免盲目换油造成的浪费。红外光谱的不足在于无法进行精确的定量分析。

5、铁谱分析

铁谱分析主要用来对异常磨损颗粒进行图像分析。分析铁谱可直接观测油中金属颗粒的尺寸、几何形态、颜色、数量及分布状态等。将发射光谱和铁谱两种方法的结合使用，则既可定性又可定量、即可监测以小尺寸颗粒为主的正常磨损状态，又可监测以大尺寸颗粒为主要特征的异常磨损状态，在设备出现异常磨损征兆或失效停机时，铁谱分析可以发挥其应有的优势。

该方法需具有较高知识水平和诊断实践经验的专业人员才能胜任。主要靠人工分析，费用较高，所以在设备处于正常磨损阶段是无需采用这种方法的,避免过度分析造成的不必要的费用支出。

6、油品污染度测试

油品经过使用后，不可避免的总会受到各种不同程度的污染。油品内部污染源于油自身氧化劣变的产物，如积碳、油泥、漆膜等。外部污染，指来自密封不良导致的粉尘、水及燃油、纤维及摩擦副产生的固体金属磨粒混入油中引起的这类污染。设备因在用油污染引起的失效中以固体颗粒产生的不良影响严重性为首，其次是水污染。因此经常监测在用油的污染水平，判断产生污染的原因并及时处理，确保油品的高清洁度，是油液监测中不可忽视的。

测试油品污染度使用的方法不尽相同。常用的方法有重量法、滤膜法、遮光法、光散射法和光学显微镜法，可做定性、半定量、定量等分析，根据设备运行的工况条件和工作环境加以选择。

颗粒计数器法可准确计出单位体积油中所含颗粒的准确数值，特别适用于对清洁度要求较高的油品，如液压油、汽轮机油、压缩机油、变压器油等的污染度检测，而对发动机油和齿轮油这类粘度较高，在用油污染较重的油品可选用显微镜法。还应注意，有些新油污染度高很可能是油品添加剂软颗粒引起的，无需担心，此时也可用显微镜法进行验证。