油液分析技術(shù)在煤礦運(yùn)行設(shè)備監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

黃江瑞

(神東煤炭集團(tuán)設(shè)備管理中心，陜西 榆林 719315)

摘要：為了使采煤機(jī)械在礦井復(fù)雜工況下能夠長(zhǎng)期正常運(yùn)行，神東煤炭集團(tuán)引進(jìn)了油液監(jiān)測(cè)技術(shù)，它使機(jī)電設(shè)備檢修的管理思路從傳統(tǒng)的以“修”為主轉(zhuǎn)變到以“管”為主上來(lái)，改變了以往的事后維修、周期性維修模式。引入油液監(jiān)測(cè)分析技術(shù)后，通過(guò)監(jiān)測(cè)運(yùn)行設(shè)備中的油液及時(shí)了解到設(shè)備狀態(tài)，制定相應(yīng)的預(yù)防預(yù)測(cè)性檢修措施，降低了設(shè)備故障率，延長(zhǎng)了設(shè)備使用壽命，避免了設(shè)備因過(guò)度維修或盲目換油造成的資源浪費(fèi)。

關(guān)鍵詞：油液監(jiān)測(cè)；機(jī)械設(shè)備；主動(dòng)維修

收稿日期:2015-05-11

作者簡(jiǎn)介：黃江瑞(1984—)，女，陜西神木人，助理工程師，研究方向：油液監(jiān)測(cè)分析。

0引言

隨著科技的不斷發(fā)展，越來(lái)越多的現(xiàn)代化采煤機(jī)械設(shè)備被應(yīng)用到了煤礦開(kāi)采中來(lái)，神東煤炭集團(tuán)各礦井使用的大部分設(shè)備都是在高轉(zhuǎn)速重載荷下運(yùn)行，內(nèi)部零部件非常容易磨損，嚴(yán)重時(shí)可能造成設(shè)備故障，引發(fā)安全事故。為避免事故發(fā)生，就需要對(duì)運(yùn)行設(shè)備中的油液進(jìn)行監(jiān)測(cè)，以便隨時(shí)掌握設(shè)備狀態(tài)，制定合理的預(yù)防性檢修計(jì)劃，由被動(dòng)的維修轉(zhuǎn)化為主動(dòng)的監(jiān)管。油液分析技術(shù)是通過(guò)檢測(cè)和分析運(yùn)行設(shè)備中潤(rùn)滑油的代表性樣品，從宏觀或微觀方面獲得油中污染和變質(zhì)產(chǎn)物的物態(tài)特征，從而了解油品性能指標(biāo)變化，確定設(shè)備潤(rùn)滑與磨損的狀態(tài)，并在設(shè)備不停機(jī)或不進(jìn)行拆解維修的情況下查找故障發(fā)生機(jī)制。它可以定性定量地描述設(shè)備的磨損狀態(tài)，確定油品的劣化程度，找出誘發(fā)隱患，評(píng)價(jià)設(shè)備的使用狀況并預(yù)測(cè)故障，確定故障部位、類型和原因[1-3]，為設(shè)備運(yùn)行管理和維修提供科學(xué)合理的指導(dǎo)依據(jù)，有效地預(yù)防設(shè)備重大事故發(fā)生，降低煤礦生產(chǎn)成本，提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

1油液分析技術(shù)的內(nèi)容

1.1理化指標(biāo)分析

如果把機(jī)械設(shè)備比作煤礦生產(chǎn)的身體，那么潤(rùn)滑油就是采煤設(shè)備的“血液”，它可以減少內(nèi)部零部件之間的摩擦，保護(hù)機(jī)械及加工件。在設(shè)備運(yùn)行中主要起潤(rùn)滑、傳遞動(dòng)力、冷卻、防銹防蝕、清潔、密封和減震卸荷等作用。油質(zhì)的優(yōu)劣會(huì)直接影響設(shè)備使用壽命，所以對(duì)油品質(zhì)量的檢測(cè)就變得尤為重要。油液常規(guī)理化分析指標(biāo)包括運(yùn)動(dòng)黏度、水分、閃點(diǎn)、凝點(diǎn)、傾點(diǎn)、抗磨性、密度、餾程、酸值、色度、殘?zhí)俊⒒曳?、機(jī)械雜質(zhì)、泡沫特性、餾程、滴點(diǎn)及錐入度等[4]。通過(guò)對(duì)各項(xiàng)指標(biāo)的檢測(cè)，把好入廠油液質(zhì)量關(guān)，能避免因潤(rùn)滑油質(zhì)量問(wèn)題引發(fā)的設(shè)備故障和安全事故，確保設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)良好。

1.2磨損顆粒分析

磨損顆粒分析是通過(guò)對(duì)運(yùn)行設(shè)備油液中固體顆粒的尺寸、類型、成分、含量等信息進(jìn)行分析，了解設(shè)備的磨損部位、磨損原因及磨損形成的機(jī)理，預(yù)測(cè)磨損的發(fā)展趨勢(shì)。對(duì)磨損顆粒的監(jiān)測(cè)手段主要包括PQL鐵屑指數(shù)、鐵譜分析及光譜元素分析等。

PQL鐵屑指數(shù)通過(guò)檢測(cè)在用油或潤(rùn)滑脂中鐵磁性磨損金屬顆粒的數(shù)量進(jìn)行定性分析，且能夠較為準(zhǔn)確地判斷油中磨損顆粒的濃度變化，推斷設(shè)備的磨損量和磨損嚴(yán)重程度?？梢耘c鐵譜分析儀和光譜分析儀配合使用，提高故障檢測(cè)率。

鐵譜分析用以鑒別機(jī)械摩擦副在不同磨損狀態(tài)下所產(chǎn)生的特征磨損顆粒。旋轉(zhuǎn)式鐵譜儀是把油液中的鐵磁性顆粒在磁場(chǎng)作用下沉積到基片上，然后在鐵譜顯微鏡下觀察和測(cè)量，通過(guò)定性地分析磨粒尺寸大小、形態(tài)特征、顏色、差異程度以及材質(zhì)成分來(lái)判斷設(shè)備零部件的磨損類型(如疲勞、剝落、腐蝕等)、部位和嚴(yán)重程度，分析磨損形成的機(jī)理。根據(jù)對(duì)不同尺寸磨粒相對(duì)含量的分析，預(yù)測(cè)出設(shè)備磨損的速度。

神東煤炭集團(tuán)現(xiàn)使用PQL鐵屑指數(shù)儀和旋轉(zhuǎn)式鐵譜儀來(lái)獲得在用潤(rùn)滑油各項(xiàng)性能參數(shù)的變化，及時(shí)準(zhǔn)確地監(jiān)測(cè)設(shè)備的運(yùn)行情況。油樣到達(dá)后用PQL鐵屑指數(shù)儀檢測(cè)，將檢測(cè)結(jié)果與前一次檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，顆粒含量不超過(guò)10%的油樣視為正常，超過(guò)10%的油樣在旋轉(zhuǎn)式鐵譜儀中重新檢測(cè)，制作譜片然后在透光反射偏光鐵譜顯微鏡中進(jìn)行觀察分析。按照標(biāo)準(zhǔn)將油顆粒的磨損情況分為正常、輕微、異常和嚴(yán)重4個(gè)等級(jí)。正常等級(jí)下也會(huì)有磨損顆粒產(chǎn)生但不影響設(shè)備使用，其內(nèi)油液可以繼續(xù)使用；輕微磨損等級(jí)無(wú)論濃度還是粒度均介于正常和異常等級(jí)之間，不更換油液，但需對(duì)所檢設(shè)備部位溫度和噪音的變化進(jìn)行監(jiān)測(cè)；異常等級(jí)表示設(shè)備出現(xiàn)了明顯的異常磨損顆粒，顆粒在類型、濃度及大小中存在一項(xiàng)或多項(xiàng)超標(biāo)就達(dá)到了異常等級(jí)，它的出現(xiàn)會(huì)加劇設(shè)備磨損，影響設(shè)備的正常運(yùn)行，需要立即進(jìn)行油液更換并查找異常磨損的原因，換油后縮短取樣周期，監(jiān)護(hù)設(shè)備運(yùn)行；嚴(yán)重等級(jí)代表此設(shè)備出現(xiàn)了嚴(yán)重的機(jī)械磨損和存在故障隱患，需要立即換油，查找并排除異常磨損的原因，并監(jiān)護(hù)換油后的運(yùn)行設(shè)備，縮短取樣周期，如果再次檢測(cè)的結(jié)果依然屬于嚴(yán)重等級(jí)，則立即停機(jī)更換該部件，對(duì)替換下來(lái)部件進(jìn)行拆解檢測(cè)，查清原因[5]。通過(guò)對(duì)油液中磨粒的分析，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和排除設(shè)備的故障隱患，能減少企業(yè)損失。

日常油液監(jiān)測(cè)中，我們通過(guò)PQL鐵屑指數(shù)和旋轉(zhuǎn)式鐵譜可以掌握油樣中磨損顆粒的多少、大小、顆粒類型等，以此來(lái)判斷設(shè)備部位的磨損原因，然而卻無(wú)法知道這些顆粒中具體有哪些元素及其濃度，于是就有了對(duì)光譜的引入。光譜分析是根據(jù)物質(zhì)的光譜來(lái)鑒別物質(zhì)及確定它的化學(xué)組成和相對(duì)含量，ICP發(fā)射光譜可以實(shí)現(xiàn)對(duì)一個(gè)試樣進(jìn)行多元素分析并獲得各種元素含量。在實(shí)際工作中，通過(guò)分析油樣中磨損金屬顆粒元素的成分和濃度來(lái)判斷設(shè)備部件磨損的情況，添加劑元素和污染元素分別代表設(shè)備在用油添加劑損耗度和油品污染程度。通過(guò)光譜分析對(duì)某一設(shè)備部位連續(xù)監(jiān)測(cè)，就可以得出部件摩擦副的磨損趨勢(shì)及潤(rùn)滑油中添加劑的消耗情況。

1.3污染度分析

污染物的來(lái)源有多種途徑，大致可以從3個(gè)方面來(lái)分析：空氣中的粉塵、機(jī)械中零部件的磨損元素、油品中本身存在的添加劑基礎(chǔ)油的元素。神東煤炭集團(tuán)通過(guò)自動(dòng)顆粒計(jì)數(shù)器或機(jī)械雜質(zhì)含量的檢測(cè)來(lái)確定油液污染等級(jí)。

自動(dòng)顆粒計(jì)數(shù)器通過(guò)定量檢測(cè)潤(rùn)滑油中的污染顆粒的數(shù)量來(lái)確定污染等級(jí)，多用于液壓系統(tǒng)或者比較干凈的潤(rùn)滑油系統(tǒng)的油液監(jiān)測(cè)，不能夠?qū)ξ廴驹催M(jìn)行分析。對(duì)于液壓系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，固體顆粒污染的存在可以加劇控制元件的磨損，所以對(duì)液壓油的油質(zhì)要求相對(duì)較高。污染度檢測(cè)結(jié)果除了可以顯示污染顆粒大小的分布量外，還可以判別污染等級(jí)。等級(jí)分為NAS等級(jí)和ISO等級(jí)兩大類。

機(jī)械雜質(zhì)測(cè)定法是一種定量分析方法。先用溶劑稀釋試油后，用濾紙或其他濾器過(guò)濾，使油品中所含的固體懸浮粒子分離出來(lái)，再用溶劑把油全部沖洗干凈，進(jìn)行烘干和稱重，測(cè)定結(jié)果以百分?jǐn)?shù)表示。

污染度按照雜質(zhì)百分比含量分為正常、清潔和污染三種等級(jí)。對(duì)雜質(zhì)含量等級(jí)輕微的要更換濾芯，進(jìn)行油液清潔，達(dá)到污染等級(jí)的油液會(huì)影響設(shè)備正常潤(rùn)滑，要及時(shí)更換新油，以免造成設(shè)備故障。

1.4油液乳化分析

潤(rùn)滑油中混入水后會(huì)造成乳化和破壞油膜，降低油液的潤(rùn)滑性，加劇摩擦副部件間磨損，同時(shí)還可能加速對(duì)摩擦副的腐蝕，并使?jié)櫥唾|(zhì)量劣化，特別是有添加劑的油品含水，會(huì)使添加劑因乳化、沉淀或分解而失效。所以水含量也是油品劣化的重要報(bào)警指標(biāo)。油中水分一旦超標(biāo)造成油液乳化，必須立即換油，以減少對(duì)部件的腐蝕和磨損，同時(shí)要查找乳化原因并采取相應(yīng)措施。

2油液分析技術(shù)案例

事故經(jīng)過(guò)：2013年9月，油液監(jiān)測(cè)人員在對(duì)神東三道溝煤礦85203工作面刮板輸送機(jī)機(jī)頭垂直減速器的油液進(jìn)行監(jiān)測(cè)時(shí)發(fā)現(xiàn)，該油樣中磨損顆粒在尺寸、濃度和種類上均達(dá)到“嚴(yán)重”等級(jí)，油樣中的滾滑復(fù)合磨損顆粒、嚴(yán)重滑動(dòng)磨損顆粒和疲勞剝塊都達(dá)到了200 μm以上，纖維顆粒長(zhǎng)度達(dá)到500 μm以上。立即通知設(shè)備運(yùn)行管理員和礦方停機(jī)換油，更換系統(tǒng)內(nèi)過(guò)濾器，并對(duì)該部位連續(xù)取樣監(jiān)測(cè)兩次后油樣趨于正常，設(shè)備無(wú)其他異常情況。

事故原因分析：根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)人員描述，該部位在換油前存在比較尖銳的吱吱聲，換油后聲音消失，這種情況可能是由于大量較大尺寸磨粒的存在導(dǎo)致三體磨損或潤(rùn)滑不良。圖1為檢測(cè)到“嚴(yán)重”等級(jí)時(shí)鐵譜分析譜片的照片。

圖1　鐵譜分析譜片的照片

3結(jié)語(yǔ)

20世紀(jì)90年代，神東礦區(qū)引進(jìn)了油液分析技術(shù)。經(jīng)過(guò)十幾年的礦井實(shí)踐應(yīng)用，油液監(jiān)測(cè)分析技術(shù)已逐步完善和成熟，設(shè)備故障率和故障時(shí)間都在逐年下降，從而真正地服務(wù)于我們的設(shè)備管理和維修工作，從以前的事后維修、周期性維修到如今的預(yù)防性維修、預(yù)知維修和主動(dòng)維修，有效延長(zhǎng)了設(shè)備的使用壽命，減少了煤礦生產(chǎn)安全事故的發(fā)生。

時(shí)至今日，油液監(jiān)測(cè)技術(shù)在神東機(jī)電管理和故障診斷工作中的指導(dǎo)作用越來(lái)越重要，它正為神東煤炭的安全高效生產(chǎn)保駕護(hù)航。

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