高亞寧，王軍鋒，王 麗

（中國(guó)石油集團(tuán)川慶鉆探工程有限公司長(zhǎng)慶固井公司，陜西西安 710018）

1 研發(fā)背景

目前，固井車輛柱塞泵潤(rùn)滑油采用按期換油方式，無(wú)有效手段對(duì)油液進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，潤(rùn)滑油的更換存在過(guò)?；蛱嵩绫ｐB(yǎng)的現(xiàn)象，潤(rùn)滑效果較差。機(jī)械設(shè)備由于循環(huán)油系統(tǒng)泄漏、密封元件損壞，引起外部水滲入液壓和潤(rùn)滑系統(tǒng)是經(jīng)常發(fā)生的故障。冷卻水一旦進(jìn)入潤(rùn)滑油，會(huì)造成油品乳化變質(zhì)，破壞正常的潤(rùn)滑，造成零部件異常磨損，導(dǎo)致設(shè)備事故發(fā)生。因此，在線監(jiān)測(cè)潤(rùn)滑油中的含水率、黏度且能及時(shí)報(bào)警，對(duì)保證設(shè)備的可靠運(yùn)轉(zhuǎn)，延長(zhǎng)使用壽命十分必要。

2 潤(rùn)滑油使用管理現(xiàn)狀

隨著潤(rùn)滑油統(tǒng)一管理及降本增效要求的實(shí)施，不同季節(jié)、不同車型使用不同品牌、型號(hào)的潤(rùn)滑油，已使?jié)櫥筒少?gòu)、使用更加不便。成本支出大，降低了維護(hù)保養(yǎng)的及時(shí)性、高效性，間接影響生產(chǎn)組織。

目前國(guó)內(nèi)各大鉆探公司對(duì)固井設(shè)備潤(rùn)滑油的監(jiān)測(cè)、預(yù)警裝置或技術(shù)，尚未開(kāi)展相應(yīng)的研發(fā)，基本采取人工檢查判斷、定期維護(hù)保養(yǎng)的方式，預(yù)警自動(dòng)化程度低，固井設(shè)備的技術(shù)難題尚未得到有效解決。

固井車輛發(fā)動(dòng)機(jī)一般使用美孚超級(jí)黑霸王機(jī)油，由于部分維柴電噴發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油壓力低，夏季使用昆侖CF15W/40 潤(rùn)滑油。平臺(tái)柱塞泵使用85W/90 GL-5 齒輪油，冬季低溫下柱塞泵潤(rùn)滑油黏度增大，潤(rùn)滑效果較差，潤(rùn)滑油的更換存在過(guò)?；蛱嵩绫ｐB(yǎng)現(xiàn)象，潤(rùn)滑油油質(zhì)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)需要實(shí)現(xiàn)技術(shù)突破。

3 在線監(jiān)測(cè)技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用

3.1 在線監(jiān)測(cè)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

（1）智能診斷。實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以利用專家知識(shí)庫(kù)、對(duì)所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行智能診斷，能有效減少對(duì)專業(yè)技術(shù)人員的依賴，方便設(shè)備維護(hù)人員及時(shí)采取措施。更進(jìn)一步，可以實(shí)現(xiàn)診斷專家知識(shí)庫(kù)的自學(xué)習(xí)，在監(jiān)測(cè)過(guò)程中，根據(jù)所監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)結(jié)果修正之前的判斷依據(jù)，使監(jiān)測(cè)系統(tǒng)診斷更加可靠。

（2）遠(yuǎn)程診斷。系統(tǒng)不能完全代替油液監(jiān)測(cè)技術(shù)專家，但在無(wú)法單獨(dú)解決潤(rùn)滑故障問(wèn)題時(shí)，可通過(guò)遠(yuǎn)程診斷系統(tǒng)，將被監(jiān)測(cè)設(shè)備的數(shù)據(jù)發(fā)送至遠(yuǎn)程故障診斷中心，由潤(rùn)滑故障診斷專家進(jìn)行會(huì)診解決。

（3）多手段融合。作為三大監(jiān)測(cè)手段中的振動(dòng)監(jiān)測(cè)與參數(shù)監(jiān)測(cè)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了在線方式并獲得了運(yùn)用。在油液監(jiān)測(cè)實(shí)現(xiàn)在線化后，使三大手段融合在同一套監(jiān)控軟件中，實(shí)現(xiàn)全面監(jiān)測(cè)與綜合故障診斷，提高設(shè)備的運(yùn)行可靠性。

（4）遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)。實(shí)現(xiàn)由多參數(shù)監(jiān)測(cè)（黏度、水分、磨損、污染度、油溫）→多檢測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)（單一企業(yè)的多個(gè)受控機(jī)組）→多手段融合（離線、在線、設(shè)備參數(shù)）→多行業(yè)專家網(wǎng)絡(luò)中心組成的層級(jí)網(wǎng)絡(luò)專家系統(tǒng)。

3.2 油液在線監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用

（1）實(shí)現(xiàn)潤(rùn)滑油油質(zhì)和旋轉(zhuǎn)機(jī)械磨損的實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)，通過(guò)監(jiān)測(cè)溫度、電導(dǎo)率等參數(shù)的突然變化，實(shí)現(xiàn)機(jī)械故障的早期預(yù)警，有助于提升企業(yè)設(shè)備自動(dòng)化管理水平。

（2）通過(guò)對(duì)潤(rùn)滑油含水率、黏度、密度等參數(shù)的實(shí)時(shí)連續(xù)監(jiān)測(cè)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)潤(rùn)滑油的健康評(píng)估，通過(guò)激勵(lì)管理來(lái)延長(zhǎng)潤(rùn)滑油的生命周期。

（3）節(jié)能、減排、降耗，降低維修、檢測(cè)和勞動(dòng)力成本。

（4）實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)共享，為生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)和管理者提供決策依據(jù)。

4 柱塞泵潤(rùn)滑油乳化監(jiān)測(cè)裝置的設(shè)計(jì)與研究

4.1 柱塞泵潤(rùn)滑油使用分析

85W-90 齒輪油乳化原因及監(jiān)測(cè)參數(shù)的確定

（1）現(xiàn)場(chǎng)潤(rùn)滑油變質(zhì)原因。①現(xiàn)場(chǎng)柱塞泵動(dòng)力端潤(rùn)滑油往往由于外部水滲入，造成短時(shí)間內(nèi)乳化，部件潤(rùn)滑效果不良；②柱塞泵動(dòng)力端潤(rùn)滑油長(zhǎng)期使用，潤(rùn)滑油黏度下降，達(dá)不到潤(rùn)滑效果。

（2）在用85W-90 齒輪油理化試驗(yàn)結(jié)果。100 ℃運(yùn)動(dòng)黏度16.87 mm2/s；40 ℃運(yùn)動(dòng)黏度220.4 mm2/s；水分為痕跡。

黏度判定標(biāo)準(zhǔn)：運(yùn)動(dòng)黏度（100 ℃）/（mm2/s）：13.5～24.0 為合格。

水分判定標(biāo)準(zhǔn)：車輛齒輪油國(guó)標(biāo)規(guī)定≤0.03%為痕跡，≥1%為報(bào)廢。

4.2 柱塞泵潤(rùn)滑油測(cè)量裝置

研制柱塞泵潤(rùn)滑油水分、黏度傳感器，根據(jù)85W-90 齒輪油特性參數(shù)，對(duì)傳感器進(jìn)行測(cè)試、標(biāo)定。

水分傳感器采用電容原理，傳感器通過(guò)浸入油的方式，流通該區(qū)域的油品作為絕緣液體，電容值的改變同絕緣電場(chǎng)的介電常數(shù)成比例，介電常數(shù)值同油品中的水分值成比例，通過(guò)電容微信號(hào)處理技術(shù)以及標(biāo)定數(shù)據(jù)庫(kù)曲線，將測(cè)試的電容值轉(zhuǎn)換成含水信號(hào)輸出。

黏度傳感器采用音叉諧振技術(shù)，浸泡于油中，安裝在管路中時(shí)位置在管路拐角處，使油液流動(dòng)方向平行于探頭的水平方向。

4.3 智能傳輸模塊

采集固井施工中柱塞泵潤(rùn)滑油監(jiān)測(cè)裝置檢測(cè)到的數(shù)據(jù)，通過(guò)智能遠(yuǎn)程傳輸模塊（RTU）處理采集的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，在具備網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的前提下，通過(guò)4G 網(wǎng)絡(luò)，將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)上傳至數(shù)據(jù)中心服務(wù)器，數(shù)據(jù)幀傳輸頻率可在后臺(tái)自由設(shè)置。

4.4 系統(tǒng)平臺(tái)潤(rùn)滑油監(jiān)測(cè)模塊

設(shè)計(jì)制作后臺(tái)系統(tǒng)油液監(jiān)測(cè)模塊。電腦端軟件可查看柱塞泵潤(rùn)滑油實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及歷史數(shù)據(jù)；微信端實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)查詢及預(yù)警信息推送功能，方便日常數(shù)據(jù)查看及設(shè)備狀態(tài)跟蹤。

5 柱塞泵潤(rùn)滑油乳化監(jiān)測(cè)裝置的應(yīng)用

5.1 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

通過(guò)在兩臺(tái)水泥車上安裝連接潤(rùn)滑油監(jiān)測(cè)、傳輸裝置，并維護(hù)回傳數(shù)據(jù)（圖1、圖2），實(shí)現(xiàn)了對(duì)水泥車柱塞泵潤(rùn)滑油水分、黏度的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

5.2 經(jīng)濟(jì)效益

（1）應(yīng)用柱塞泵潤(rùn)滑油監(jiān)測(cè)裝置后，各級(jí)管理、操作人員可實(shí)時(shí)查看柱塞泵潤(rùn)滑油水分、黏度及設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)情況，為設(shè)備管理的提升提供了數(shù)據(jù)支撐，提高了管理效率。

圖1 柱塞泵潤(rùn)滑油監(jiān)測(cè)裝置

圖2 傳輸模塊連接

（2）水泥車300 型柱塞泵每年大修費(fèi)用平均在16 萬(wàn)元左右，不僅增加成本而且對(duì)后期的生產(chǎn)組織、安全管理工作影響較大。使用潤(rùn)滑油監(jiān)測(cè)裝置每套僅花費(fèi)15 000 元，若將監(jiān)控范圍擴(kuò)展到固井設(shè)備各個(gè)總成件（發(fā)動(dòng)機(jī)、變扭器、柱塞泵、差速器等），利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將事后維修模式轉(zhuǎn)變?yōu)轭A(yù)防性維護(hù)，實(shí)時(shí)掌控設(shè)備狀態(tài)，及時(shí)進(jìn)行維保或維修，規(guī)避設(shè)備故障或設(shè)備事故的發(fā)生，大幅降低柱塞泵維修費(fèi)用，達(dá)到既降本增效、又實(shí)現(xiàn)設(shè)備安全管理的效果。

6 結(jié)語(yǔ)

柱塞泵潤(rùn)滑油乳化監(jiān)測(cè)裝置的應(yīng)用，是設(shè)備實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程狀態(tài)監(jiān)測(cè)的良好開(kāi)端，不僅能提高設(shè)備完好率，而且能為設(shè)備的使用管理提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支撐。進(jìn)一步拓展物聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程狀態(tài)監(jiān)控技術(shù)，還可以在現(xiàn)有基礎(chǔ)上，從以下3 個(gè)方面進(jìn)行持續(xù)改進(jìn)：

（1）繼續(xù)推廣安裝柱塞泵潤(rùn)滑油乳化監(jiān)測(cè)裝置。增加柱塞泵潤(rùn)滑油壓力遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)裝置，安裝柱塞泵振動(dòng)傳感器，深度分析數(shù)據(jù)，開(kāi)展故障診斷，擴(kuò)展應(yīng)用范圍。

（2）深度開(kāi)發(fā)水泥車柱塞泵潤(rùn)滑油監(jiān)測(cè)技術(shù)，不斷完善軟硬件功能，通過(guò)1～2 年的數(shù)據(jù)累計(jì)，形成柱塞泵潤(rùn)滑油管理數(shù)據(jù)庫(kù)，打通潤(rùn)滑油使用管理和固井設(shè)備實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)管理模式的發(fā)展瓶頸。

（3）研究基于固井設(shè)備的物聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程狀態(tài)監(jiān)控技術(shù)，對(duì)設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析，助推固井設(shè)備管理水平的提升。