在线监测技术在9E燃机润滑油油品检测中的应用

翁晓峰

摘要：润滑油的使用已是越来越广，如论是在生活还是工业上都有着无法替代的地位。合适的润滑油能为设备带来更好的保护，保障设备的安全运行，延长设备的使用寿命。润滑油在线检测系统通过对润滑油的颗粒、水分进行检测，了解到润滑油情况及设备磨损情况，确定合理用油周期，并能分析出设备修护保养时间，以及提前预报设备的潜在故障。从而减低设备的维修、更换成本，并大大降低设备的停机时间，提高工作效率、更好的保护设备。

Abstract： Lubricating oil has been used more and more widely， and it has an irreplaceable position in life and industry. Appropriate lubricating oil can bring better protection to the equipment， ensure the safe operation of the equipment， and extend the service life of the equipment. The online lubricating oil detection system detects the particles and moisture of the lubricating oil， understands the lubricating oil and equipment wear， determines the reasonable oil use cycle， and can analyze the equipment repair and maintenance time and predict the potential failure of the equipment in advance. Thereby reducing equipment maintenance and replacement costs， and greatly reducing equipment downtime， improving work efficiency， and better protecting equipment.

关键词：润滑油;在线监测;9E燃机

Key words： lubricating oil;online monitoring;9E gas turbine

0  引言

我国已经成为世界上最大的工业国，随着工业信息化发展，对工业核心设备的高效稳定运行越来越关注，特别是那些关乎国计民生的企业，设备高效稳定持续无故障运行变的尤为重要。电力系统作为国家能源安全的重要组成部分，其安全可靠地稳定持续运行就显得更加重要，特别是在此次疫情期间，能源安全直接关乎社会的和谐稳定。

9E燃气轮机是电力系统常用的重要设备之一，燃机润滑油是在发电机组润滑系统中起到润滑、调速密封和散热冷却等重要作用的石油精炼产品，油质好坏对机组的安全运行状况有直接影响。如果建立一套针对燃机润滑的实时在线监测系统，具备油液的性能监测，同时兼具设备初期磨损预警，那么将可大大减少设备意外停机，保障设备安全稳定运行，延长设备使用寿命。

1  油液在线监测技术

在线油液监视技术是用于侦测、识别和分析油液信息的传感器技术、综合导航和计算机处理技术。随着各种油液监测技术的不断成熟和油液状态综合监测的要求，油液在线监测技术正逐步向多种监测方法相结合的发展趋势，其可靠性和实用性持续提高。油液的在线监控技术形成了各种各样的技术系统，根据监控对象的不同可以分為两种类型。油液的物理和化学性能的在线监测技术和油液粒子的在线监测技术。

1.1 油液理化性能在线监测技术

使用介电常数（静电容量）法进行大量的在线油液监测技术研究，这项研究相对成熟。除了罕见的完全电离气体（等离子体），自然界中几乎所有的物质都是电介质。润滑油是碳氢化合物的复杂混合物，每个碳氢化合物的平均稳定性各不相同，因此被认为是一个非常复杂的环境。如果润滑剂变质，相对电介质渗透性就会改变。润滑油的相对电介质渗透性取决于基本油、添加剂和污染物的成分和含量。根据这一原则，我们可以利用相对介电率来评估油液污染、油液缺陷、更换油液的时间，并预测油液故障的发生[1]。

1.2 油液颗粒在线监测技术

机械装置的摩擦对在相对运动过程中受到摩擦和磨损，产生研磨粒子，润滑油一方面润滑摩擦和磨损的表面，另一方面研磨粒子进入油液。同时，周围环境中的粒子也有可能进入油液中。油液的磨损检查数量过多或磨损颗粒大，表示机械部件受到异常的磨损或将要发生异常磨损，严重的情况下有可能导致事故。因此，通过监视油粒子，可以把握机械设备的摩擦和磨损状况，可以预测事故的发生。

如果我们可以确定通过摩擦产生的粒子以及石油污染程度，就可以有效评估图1所示的燃气轮机油状态。通过确定燃气涡轮机润滑油污染的两个方面，确定油液污染和润滑油磨损颗粒的状态，建立了一种操作系统来监测润滑油的状态。

2  油品在线检测方案

2.1 所需监测参数

大部分的润滑油测量参数是相关的，因此，监视结果真实、有效，被统一参数分析的基础，为了保证监视设备是多参数单一传感器有必要统一结构设计。这样不仅能够避免测量油的二次污染，而且还能同时监测多个测量参数。

润滑油最重要的物理和化学指标之一便是粘度，粘度也是选择润滑油等级的主要标准。以前，在研究室机油的粘度在网下测试的情况下，通常油加热，其温度为40℃的油的粘度指数的测定，并与国家标准相比较，油的粘度指数，判断是否合格了。但是，在实际使用中，由于油的温度经常是连续变化的，油的粘度也随之变动，所以油膜的厚度和润滑效果就不用说了，实际的油的粘度也不能正确的预测。通过涡轮润滑油在线监测装置可以实时监测机油的温度和粘度。依据润滑油在不同温度下的粘度指数不同的原理，可以正确判断油的粘度和油质是否变质。实时监控润滑油的粘度温度特性，对于保护装置的旋转的可动部分，确保装置的安全工作非常重要。

如果润滑油的含水率过高，会导致润滑性能下降，进而在成油膜受损，摩擦增加，轴承过热。金属机器的颈部磨损和腐蚀，使紧急断路装置生锈堵塞，导致速度控制系统的故障和其他后果，给单元的安全工作带来严重的威胁。以往的油中的水分量的离线监视，由于手动的经验和取样错误等的因素，不能正确地反映实际的油系统的水分量，所以监视数据经常发生很大的差异。在测试完毕的油回路设置在线监控装置，实时监控封闭循环油系统的水分数据。这样得到的分析结果，能够更好地说明实际的工作条件，更有说服力。

管道内的大部分污染物都以油块的形式存在。手动取样可能无法得到含有浓缩污染物的油块。这些被污染的油块在进入燃料箱与干净的油混合之后，通常会达到标准。被污染的油块本身的粒子尺寸，有可能远远高于NAS水平8的基准。污染油块中的粒子侵入轴承油膜，必然导致轴承磨损异常，因此需要在线监测污染油块的频率和粒度水平。这样，一方面可以完成过滤器元件的多年后的状态变化监视。另一方面，可通过一些大小物件的不断增加趋势来判断纳特气体观赏量，可道可用于替换滤器。分子规模检测站在线监控和实验室监视的准确度比在线监控要高得多。实验室油粒子离线监测的数据由于精确度不高不能準确反映实际油品的质量。

2.2 在线监测点的选取

根据不同的监测目的，可选择主发动机润滑油在线监测点位。主发动机润滑油供给管，主发动机润滑油返回管，和润滑油过滤器的出口侧。通过比较流过主轴的前后润滑油的参数，可以更及时地把握机器的运转状况，为了实现对旋转油的监视·解析和油的劣化解析的同时探讨，可以比较·解析润滑油的劣化倾向。实现机油过滤器的过滤元件的状态监视。现在，机油过滤器通过压力差来检测过滤器元件的好坏，如果过滤器元件不能过滤大的粒子，压力差就没有反应，对主轴的危险急剧提高。机油过滤器出口方面的油质量的在线分析，过滤器元件的质量可以实时监视，油质量的障碍和过滤器元件的损伤等的异常状态马上可以发现，为了保护装置的安全操作。

3  在线监测技术的应用

在日常保养和检查中，润滑油的日常监测需要采集油样，然后送往化验室进行化学分析，最后等待化验室分析结果。这个监视方法有几个缺点。

管道内的污染物，大多以油量的形式存在。取样和监测的结果的迟滞现象，油的污染物质，鳟鱼的频率和油鳟鱼内的各种尺寸的粒子的污染状态，不能实时反映机体的动作状态，并能预测设备的故障诊断。判决被推迟了很多。在取样和输送过程中，容易引起二次污染，影响油粒子监测的精度，使实验室分析结果的精度不够。石油监测的取样和输送过程需要劳动力和材料资源，这增加了石油污染监测的成本。

9E燃气轮机润滑剂实现在线监测与离线实验室分析相比具有以下技术优势。第一，改善设备的安全运行，有助于减少预期不到的下拉时间，防止油污染，防止恶性断轴磨削事故。实现根据品质的油交换，延长石油产品的生命周期。原来的定期更换机油，改变为根据质量更换机油。因为油的更换周期是根据油质量的实时监控结果来决定的，所以在减少油更换成本的同时，也减少了环保废油的量。这提高了石油产品监测的效率，有效防止了二次污染。连续在线测量确保了最有效的中心段抽样，同时避免了人工抽样误差，确保流动的连续抽样使测量结果接近真实值。提高成品油系统的成熟管理水平，减少人力和时间的浪费。新的监控技术是未来产业升级和物联网建设的基础。从离线监控到在线监控的逐步过渡是未来发展的趋势。

4  总结

基于在线油品监测的机械设备故障诊断，可以更准确地预测故障发生的原因和地点，更全面地监测设备运行，使用早期预测及时发现和排除设备故障。本文根据污染物质含量的增加，使得润滑油的物理及化学性质的变化程度，及9E燃气轮机的磨损过程中润滑油中的强磁性粒子的数量、尺寸分布及浓度的原理，根据9E燃气轮机的润滑状态及磨损状态实现在线监视的目的。通过研究静电电容法和电感法的润滑油状态的在线监测系统，取得9E燃气轮机润滑油的故障程度和异常磨损的判定方法。

建立了燃机油液状态在线监控系统。这个系统由电容性润滑油污染度传感器和感应性铁磁性粒子特性传感器构成。容量性传感器监视润滑油污染程度，进一步获得燃机润滑剂的状态：通过电感式铁磁性颗粒数量和浓度传感器，监控润滑油中的铁磁性颗粒数量、粒子分布、浓度，实现燃气轮机润滑油的状态评价。

参考文献：

[1]姜凯翔.杜儿坪矿110kV变电站变压器油质在线监测系统的应用分析[J].山西冶金，2020，43（03）：176-177，195.

[2]郑重，王琪，周圆，钱艺华，赵耀洪.基于多频超声的变压器油质在线监测有效性研究[J].电测与仪表，2019，56（13）：142-147.

[3]谢晔，程俊杰.660MW机组汽轮机润滑油在线监测系统改造[J].宁夏电力，2019（01）：61-64.

[4]郑江涛，卜雄洙，黄仙锦.油品质量在线监测系统设计[J].仪表技术，2014（10）：22-23，26.