光谱油液检测技术在平朔矿山的应用

庞 博

（平朔露维中心质检部，山西朔州 036000）

0 引言

平朔露维中心拥有2个现代化的油液检测化验室，负责平朔矿区600多台各种型号的矿用设备（电铲、钻机、自卸卡车、工程机械、吊车等）、包括井工矿综采设备的油样检测分析工作。矿用设备在恶劣的生产条件下全天候不间断运行，承担着矿区的主要生产任务，设备各部件的运行状况随时发生着变化。适时了解机械设备内部零构件是否正常运行，定期进行油样检验是实行设备状态监测、预知性维修的重要手段。通过油液检测分析可以提供关于设备内部运行部件磨损状况、润滑油污染程度以及润滑条件的信息，设备在用油中磨损金属、添加剂和污染物元素含量的测定和分析是油样状态监测的重要诊断参数，可以对设备运行的潜在故障进行预警，以便主动排除故障隐患，最大限度地提高设备运行的可靠性。

1 光谱油液分析

1.1 工作原理

光谱油液分析设备磨损状态的评估结论，通过监测润滑系统中运动部件之间产生的金属微粒而实现。光谱分析除了能分析污染物，还能通过分析油液添加剂元素浓度来识别油液污染与降解恶化的程度。多元素分析，配合对制造部件所用材料属性的理解，可以用来识别设备特定组件的失效故障。在实践中，需要从系统中周期性地取出油样进行分析，与先前常规分析做对比，得到的数据不仅可以指示机械系统的正常磨损状态，还可以在故障发生的早期阶段发出预警。因为油液中沉积着从零件表面上磨下来的金属微粒，定期将油液取样并测定其中的金属微粒的成分和含量，可确定零件的磨损趋势和磨损源，如发现某种特定的金属含量比例增大，就表示有该金属制成的零部件发生过度磨损。基于预警信息，专业人员可以根据油液分析结果进行诊断，进而做出维护决策，在设备发生严重损坏之前采取措施予以主动消除潜在故障，从而预防故障停机的发生，延长设备使用寿命，降低维修成本，提高设备可用率。

1.2 监测项目

在用油监测主要元素见表1，测得元素的典型来源见表2。

其他指标：燃油——故障喷油器或燃油泵；烟尘——机油中的燃烧副产品；黏度—液体属性，对促使机油流动的作用力起阻碍作用；氧化——润滑剂由于老化或暴露在高温下产生分解的常用量度；硝化——表明存在硝酸，一种窜气量过高的常用指标；TAN（总酸值）—— —机油酸性的量度；TBN（总碱值）—— —机油中和酸性组分能力的量度。

1.3 分析依据

通过《磨损金属碎屑及各种污染物的来源》表和《油样分析极限标准》表，预判设备哪个部件有可能发生了故障，对存在严重问题总成件进行及时更换，可以预防发生停机事故；对于故障处理，可以减小检查区域和指导检查方向，节约维修时间，降低工作量，提高设备可用率，降低设备运行风险。

表1 在用油监测主要元素

表2 通过光谱分析元素的典型来源

2 维修实例

2.1 监测数据

2016年7月8日在对AJL矿4114卡车送检的发动机（304）油样进行光谱分析中，发现该油样中钠含量值超标。初步判断钠元素含量超标最可能的原因是润滑油中进入了冷却液。通过对4114卡车连续多个保养周期机油油样化验报告的分析，钠元素的含量值多次超出极限范围。与此同时，铅元素的含量值同样超出可接受范围，甚至超出极限范围。表3为4114卡车机油油样检验结果，图1为每次换油周期内机油油样中钠元素含量值走势，图2为每次换油周期内机油油样中铅元素含量值走势。

2.2 数据分析

分析图1，图2得出：2016年6月17日（250 PM）～2016年9月17日（250 PM）期间（连续5次保养周期，3次换油周期，30E卡车机油的更换周期为500 h），机油中钠元素的含量值在连续3次换油周期内均呈现明显递增趋势。与此同时，铅元素的含量值在最近两次换油周期内同样处在递增状态，在2016年8月25日，500 h保养取样报告出现了一次比较大的跳跃（Pb 含量：0（原油）→35 mg/L（250 PM）→111 mg/L（500 PM）），且铅元素的最终含量值超出最大极限范围50 mg/L。此后该设备更换了新机油，2016年9月17日化验报告（250 PM）：钠元素的含量值依然超出最大极限范围110 mg/L，之后进行的3次复查取样化验报告，铅、钠元素的含量值变化呈现明显递增趋势。

表3 4114卡车机油油样检验结果

图1 4114卡车机油油样中钠元素含量值走势

图2 4114卡车机油油样中铅元素含量值走势

2.3 原因分析

元素ppm数据分析预示着此台发动机内部冷却液渗漏量正在逐步增大，与此同时，当较多的冷却液混入到机油中，机油将被乳化，此类问题不仅会降低各机械部件之间的润滑效果，而且被乳化后的机油不能及时带走各运动部件之间产生的热量，同时流动的混合液体中产生的气穴现象将腐蚀金属表面，发动机在此种状态下运行必然会加剧主要摩擦副之间的磨损；如：连杆瓦、主轴瓦、活塞销轴瓦、凸轮轴座等部件，最终造成润滑油铅元素含量值超标。

2.4 处理措施

2016年9月17日维修人员更换了水泵，之后进行的3次复查取样钠元素含量值依然超标，故障仍未得到处理。2016年9月27日经维修人员仔细检查后发现，左排7#缸缸垫破损从而使冷却液窜入到机油中，更换左排7#缸缸垫，2016年10月12日化验数据恢复正常，故障排除。

3 结语

维修实列说明，监测由磨损和污染引起的元素含量值能够为设备故障提供早期预警。任何设备故障发生前都是有一些预兆，都是量的积累引起质的变化。只要按油样检测标准，定期做光谱油液分析（9项油样：发动机油、液压油、齿轮油等,8种金属元素检测分析），检测油液中某种金属元素微粒含量是否超标，评估设备运行状况及油液劣化程度，在设备故障发生前期，轻微磨损阶段及时监测发现设备异常磨损状况，制定合理设备维修方案，主动消除潜在故障，预防设备非正常损坏停机的发生，提高设备可用率及生产效率。