油品中粘度，水分，总酸值等检测方案(润滑油检测仪)

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炼厂油液监测解决方案 炼厂油液监测体系 《项目方案及建议书》 目录 1、油液监测技术概述 3 2、石化设备及油液检测特点 4 3、油液监测主要目标 6 3.1换油周期优化，避免浪费，保证设备安全运行 6 3.2设备故障提前预警 7 3.3设备润滑磨损故障的分析诊断 7 4、通过开展油液监测效益预测 9 5、油液监测项目的确定 10 6、油液监测内容 11 7、设备选择 13 7.1检测参数全面，涵盖炼厂所有用油设备的关键检测指标 13 7.2模块式操作，简单快速 14 7.3检测结果定量，不依赖人员经验 15 7.4检测报告以及三向量法辅助诊断 15 1、油液监测技术概述 设备状态监测（也称预知性维护）是现代设备管理体系中最重要的组成部分，通过监测设备的各种关键状态参数，判定并优化设备的维护、维修周期，有效提高设备的可靠性，降低设备的维护、维修费用。关键用油设备的状态监测一般通过油液监测实现，通过监测工业油液的各种特征参数（如:污染度、理化成分及粘度等），分析判断设备的磨损状态、油液的污染状态及其润滑状态，判定设备的运行状态和潜在风险。因此，通过油液监测技术可以提高设备的可利用率及生产效率、降低维护成本和总拥有成本、减少故障停机次数、优化设备运行性能及提高安全系数。 统计表明，全球每年需要花费数十亿美元用以更换因润滑失效（油液老化、污染、油液混/误用）导致的磨损失效零部件。为了有效降低这一损失，国内外各种军事及工业客户都已经建立了完备的润滑管理体系。作为润滑管理体系的基础及技术支撑，油液监测技术可以保证设备时刻处于良好的润滑状态，避免因润滑失效导致的设备磨损，有效提高设备的无故障运行时间及其延长设备的运行寿命。于此同时,通过监测溶解或悬浮于油液中的、由设备磨损或腐蚀产生的磨粒的成分、数量及其浓度，可以准确判定设备的磨损位置、磨损状态和磨损原因。因此，油液监测技术可以对设备的重大故障进行早期预警，通过对监测数据的实时分析及其趋势分析，提早发现设备的潜在故障隐患，优化设备维护保养计划，降低设备重大故障的发生几率。 粘度的变化或者油液老化会导致润滑状态（性能）的衰变；各种固体颗粒、渗漏或混油污染是油液中污染物的主要来源；磨粒的成分、浓度及其形貌特征可以准确表征设备的磨损状态、磨损趋势及磨损原因。因此，润滑状态、污染物及其磨粒并称为“油液监测铁三角”，是油液监测内容的集中体现。 2、石化设备及油液检测特点 石化生产设备可分为动设备和静设备两大类，其中静设备主要是指各种塔设备、压力容器、工业管道等等。油液监测工作在石化行业的应用主要是针对动设备，包括各种类型的压缩机、泵和一些齿轮减速箱、电机以及各种动力装置。由于中海壳牌的生产设备大型化、高速化，轻量化及高度的自动化，机械结构复杂，技术要求高，各部分关联十分密切，生产中的关键机器设备一旦发生故障会迫使全线或全厂停工，造成巨大的经济损失，甚至危及人身安全，产生严重的社会问题，因此对设备的性能、安全可靠性和防止突发事故的能力提出了严格要求。油液监测技术通过分析润滑油的理化指标、污染水平、元素含量以及油中磨损金属颗粒的分析，发现设备故障的诱因，早期故障的发展，以便现场及时针对处理，消除故障隐患，提高设备安全可靠性。 一般炼厂都建有专业的油液检测实验室，能进行元素、粘度等油品检测设备，但是这是油品检测不等于油液监测，两者的检测目的、检测方法、检测要求都不同，因此检测设备也不同。 以炼厂的基本检测指标：元素分析为例： 元素分析：一般炼厂使用ICP原子发射光谱仪进行元素分析，通过简单的稀释后就可以进行新油的元素分析，非常简单和方便。但是因为在用润滑油经过一段时间的使用，会存在一些固体颗粒、油泥、纤维，即使经过过滤，也不能去除，非常容易堵塞雾化器、矩管等元件，因此做油品检测用的ICP不适合油液监测中在用油的检测。一般在用油监测使用ASTM D6595(NB/SH/T 0865标准的旋转盘电极原子发射光谱仪，与ICP一样属于原子发射光谱仪，主要区别在：1)专为在用油检测设计的符合JOAP标准的高压电弧激发源，尽最大可能去除本地效应，油样可以直接进样，不需要稀释处理，即可得到准确结果； 2）专为在用油检测设计的旋转盘电极进样系统，油样被旋转的盘电极带到两个电极的空隙，高压电弧激发，发射出谱线被光纤运输到分光系统和检测系统，最终得到各元素浓度。因为油样不进入光学系统，因此不存在油样堵塞等故障，结实耐用。 进样系统 旋转盘电极原子发射光谱仪原理图 在用油检测设备需要考虑几点： 1、 耐用性强，在用润滑油经过一段时间的使用，会存在一些固体颗粒、油泥、纤维、水，太过较弱的设备，容易受到损坏，影响使用率。 2、样品使用量少，不同于新油检测，如果检测设备消耗样品量太大，受监控设备在取样后需要重新补油，不仅麻烦，而且不利于数据的积累和分析。 3、检测速度快，检测速度越快，反馈越及时，油液监测效果越明显。而且，很多设备状态监测工作的工作并不是平均分配的，而是集中取样。 3、油液监测主要目标 通过油液监测，期望达到以下效果： 3.1换油周期优化，避免浪费，保证设备安全运行 传统润滑方案中，设备制造商和油品供应商都会推荐油品牌号、制定换油周期。由于设备使用过程的不可预知因素的存在，通常推荐使用的油品牌号、换油周期等都会相对保守，甚至有些推荐的油品品牌并不是最好的方案。这样，大量的油品在状态还十分良好的情况下被换掉了，而少数设备出现异常状态时却又不能及时得到处理。通过油液状态监测，了解设备用油的实时情况，实现视情换油，不仅可以必免油品的浪费，节约费用，而且第一时间掌握了设备的润滑状态，保障设备安全可靠运行。 冷却塔是石化行业不可缺少的基础设备，某炼厂安装了多达40 台大型的冷却塔，主要润滑磨损部件为驱动冷却塔风扇的一对伞型齿轮。使用的是220#齿轮油，用油量170 升，厂家规定换油周期为3 个月。每次换油需要通过吊车把油桶运送到几十米高的塔顶，工作量非常大，而且至少停机2 天，严重影响生产。经过油液监测发现，使用3个月后，大部分的齿轮油指标没有明显的劣化。表1 是编号为AF-8301A 的冷却塔风扇齿轮箱使用3 个月的旧油和新油的理化指标对比。由此看出，与新油相比，使用3 个月的旧油仅仅是污染度等级上升2 级，金属元素Fe 含量有所增高，但对齿轮油来说，污染度NAS 12 级，Fe 含量14.5ppm 都表明了十分正常的润滑磨损状态，根据油液结果，中海壳牌将冷却塔风扇齿轮箱的换油周期延长了1 倍。经过1 年多的实践，用油量减少了50%，但40 台冷却塔风扇没有一台因为延长换油而出现问题。 表1 AF-8301A齿轮箱油新油与旧油参数对比 参数 新油 AF-8301A中的旧油 40℃粘度，里斯 217.24 212.79 水分，体积% 0 0 NAS清洁等级 10 12 ISO清洁等级 18/12 18/12 元素分析（Fe,ppm） 0 14.5 3.2设备故障提前预警 通过历史检测数据和当前数据的对比，给出变化趋势，提示作业人员追踪变化趋势和有目的的监测，避免较大事故发生。这也是油液监测最重要的作用。设备发生重大故障不仅降低设备使用寿命，全线或全场停工，甚至引发安全问题。油液监测可以帮助用户在故障发生初，甚至故障没有发生的时候，发现问题，原本需要大修的设备，只需要换个零件就能解决。 某炼厂的螺杆空压机，推荐用油为5W40 粘度级别的，实际使用油品牌号为Shell Helix Plus 5W40。使用过程中，油液监测发现，该油粘度在2周时间内从86.39里斯下降到53.20里斯，下降非常快，经过与现场沟通和油液检测结果，排除了低粘度油品等外界污染导致粘度下降的可能，红外光谱分析油液老化指标氧化度也比较明显，后送往专业实验室发现，新油中甲基（约2960cm-1 处）含量较旧油要少，而亚甲基（2920cm-1 处）较旧油要多，由此得出旧油受机械剪切力的作用，相当部分的大分子链断裂，变成较小的分子，引起粘度下降。若未发现粘度变化，粘度剧烈下降，会引起设备干磨，造成设备异常。 3.3设备润滑磨损故障的分析诊断 在用油的状态监测一方面通过对油品的理化分析判断设备的润滑状态，发现早期的设备故障诱因，另一方面通过铁谱磨粒分析和光谱元素分析，可以发现设备的早期磨损故障，通过磨损金属元素含量的变化、对磨损颗粒的材质、形貌特征分析，判断设备磨损的程度、可能磨损的部位。 某炼化企业HDPE 装置中有4 台相同的螺杆空压机（编号A, B, C, D），设备维护人员点检时，发现C 机电机轴承润滑油（Shell Turbo T32）颜色很黑，在更换油后十多天再次检查，发现润滑油的颜色已经完全和换油前一样黑。油液监测结果见表2。该油粘度、TAN、水分等各项理化指标无明显异常，但颗粒计数NAS 和ISO 等级都很高，金属元素Sn 和Cu 含量明显偏高，铁谱分析也在油中发现了较多的钢、轴承合金异常磨损金属颗粒（图5），分析结果表明，轴承存在严重异常磨损，油中的金属磨损颗粒导致油品颜色较深。用户收到检测报告后，立即对该轴承进行加密监测，追踪记录变化趋势。同时安排备件轴承的采购，在轴承进一步恶化之前安排停机检修。由于处理及时，其他部件没有发现明显的磨损，仅更换了电机轴承，避免了重大事故的发生。 表2 C机在用油检测结果 参数 检测结果 40℃粘度，里斯 34.48 总酸值（TAN） 0.07 水分，体积% 0.03 NAS清洁等级 14 ISO清洁等级 22/18 Fe,ppm 1.4 Cu 8.4 Pb 0.8 Sn 33 Cr 0 4、通过开展油液监测效益预测 企业开展基于油液监测的设备状态维修，能有效的提高设备的可靠性，减少设备的事故停机，提高设备的完好率，将为开展设备油液监测的企业在降低设备使用成本、降低能耗、提高设备生产效率方面创造出巨大的经济效益。 鉴于生产与市场竞争的需要，生产设备安全稳定的运转以及节能降耗是设备管理人员关心的内容，下面结合众多国内外著名企业油液监测的经验，对石油化工企业开展油液监测工作后的效益做初步的预测。 1）开展设备油液监测，能及时发现并消除设备的润滑隐患，对设备进行主动维护，避免设备主要摩擦部件因润滑不良而造成的异常磨损，延长零部件的使用寿命，降低设备的维修费用。 2）跟踪监测设备的磨损状态及其变化趋势，为设备管理人员制定临时停机维修计划、大修维修计划提供科学依据，实现设备的状态维修，既能及时检修处理设备的故障隐患，又能有效延长设备的大修期，从而获得经济效益。 3）由于开展状态维修，故障隐患得到及时处理，避免重大恶性事故发生，实现安全生产； 4）开展定期油液监测，能及时发现并消除设备的润滑隐患，实现设备的视情换油，从而通过延长设备的换油周期，节约能源费用来获得经济效益。 通过以上4 点的分析可以看出，石油化工企业开展油液监测工作后，将在避免重大事故、延长设备使用寿命、为维修提供科学依据以及视情换油等4 方面取得可观经济效益，据初步统计，仅仅变定期换油为视情换油一项，每年将会为石油化工企业节约相当可观的成本。 5、油液监测项目的确定 各种设备用油的理化检测项目有数十项，但从长期跟踪监测的经济性考虑，我们要选择最合理的检测项目，达到最大的检测目的，既能实现设备的润滑与磨损状态监测，又能为企业节省检测费用。根据为中海壳牌、中石化茂名石化、中石化广州石化、中海油海南炼化等公司开展设备润滑与磨损状态监测的工作经验建议跟踪监测以下项目：运动粘度、水含量、总酸值、总碱值、氧化度、污染度分析、光谱元素分析、铁谱磨损分析等项目。 油种类 分析项目 检测周期 齿轮箱油 40℃运动粘度 水含量 总酸值（TAN） 污染度分析 光谱元素分析 铁磁颗粒浓度分析 铁谱分析 2-3月 液压油 40℃运动粘度 水含量 总酸值（TAN） 污染度分析 光谱元素分析 铁磁颗粒浓度分析 铁谱分析 2-3月 冷冻机油 40℃运动粘度 水含量 总酸值（TAN） 污染度分析 闪点 光谱元素分析 铁磁颗粒浓度分析 铁谱分析 2个月 压缩机油 40℃运动粘度 水含量 总酸值（TAN） 闪点 污染度分析 光谱元素分析 铁磁颗粒浓度分析 铁谱分析 2个月 6、油液监测内容 1）粘度 基本概念:粘度是流体流动时内摩擦力的量度,用于衡量油品在特定温度下抵抗流动的能力。 检测方法:用毛细管粘度计来测定油品的运动粘度.GB/T 265、ASTM D445。 检测目的:油品牌号划分的主要依据，油品选择的主要依据，油品劣化的重要报警指标，可判断用油的正确性。同时，粘度直接决定了油膜厚度及润滑状态，粘度过高或过低均会造成润滑失效。 2）水分 基本概念:是指油中含水量的百分数(游离水、乳化水、溶解水) 。 检测方法:红外吸收光谱分析法; ASTM E2412 。 检测目的:水分破坏油膜,降低润滑性,加剧摩擦付部件的磨损,能够与油品起反应,形成酸、胶质和油泥水能析出油中的添加剂,降低油品的使用性能,低温时使油品流动性变差,腐蚀、锈蚀设备的金属材料 。 3）总酸值 基本概念:中和1g试样中全部酸性组分所需要的酸量,并换算为等当量的酸量,以mgKOH/g表示。 检测方法: 红外吸收光谱分析法; ASTM E2412、ASTM D664。 检测目的:判断基础油的精制程度; 成品油中酸性添加剂的量度; 油品使用过程中氧化变质的重要判别指标。 4）氧化度 基本概念:齿轮箱油基础油的老化程度以及抗氧化添加剂的损耗。 检测方法: 红外吸收光谱分析法; ASTM E2412。 检测目的: 与总酸值的检测目的基本相同。 5）污染度分析 基本概念:检测油中污染杂质颗粒的尺寸、数量及分布。 检测方法:磨粒直接成像法，ASTM D7596、 NAS 1638、ISO 4406。 检测目的:能定量检测润滑油中的污染颗粒的数量和污染等级；对于齿轮系统而言,固体颗粒污染将加剧齿轮齿面以及内部轴承的磨损。 6）光谱元素分析 基本概念:检测在用油中磨损金属、污染元素以及添加剂元素的含量。 检测方法:ASTM D6595发射光谱法(颗粒尺寸<10um) 。 检测目的:磨损金属 --- 根据磨损金属的成分和含量趋势,判断设备有关部件的磨损情况; 污染元素 --- 判断油品污染程度和原因; 添加剂元素 --- 判断设备在用油添加剂损耗度。 7）铁谱磨损分析 基本概念:检测在用油中磨损颗粒的形状、成分、大小和数量。 检测方法:磁场沉积、显微镜分析判断ASTM D769。或者自动成像，智能分析法（ASTM D7596）。 检测目的:对磨损颗粒形状的分析, 判断设备的异常磨损类型; 对磨损颗粒大小和数的分析,判断设备的异常磨损程度; 对磨损颗粒成分的分析, 判断设备的异常磨损部位。 7、设备选择 根据机务段油液监测的实际情况，结合机务段目前油液监测实施的现场调研结果。目前，机修处应该承担起油液监测的主要工作，将油液监测作为设备预防性维护的工具，直接将油液监测结果指导设备维护保养工作。但是，机修人员是机械设备的专业人才，对理化分析知之甚少，更不要说将油液结果转化成诊断意见，真正用于实践工作。如何全面、经济、快速的将油液监测系统应用于实际工作，并产生效益，还需要考虑以下几个问题： 必须覆盖所有炼化设备的关键油液监测指标，整体包含磨损、老化和污染。 必须有辅助诊断的系统，因为本研究所有扎实的化学分析人员，但是缺乏通过油液监测判断设备状况的相关人员，而这个经验不是一朝一夕就能够掌握的，为尽快发挥油液监测的效用，必须拥有辅助诊断系统，根据检测结果，系统帮助分析人员判断油液和设备的状态。 检测结果必须量化，不选择非常依赖分析人员经验的定性检测设备，或者还需要进行二次开发的设备，设备必须能够直接使用，直接出检测结果。 设备结实耐用，因设备可能会送往不同的炼化企业进行油液检测，因此设备必须适合搬运。 综合以上要求，斯派超科技Minilab153工业现场油液监测系统是最好的选择，它有如下特点： 7.1检测参数全面，涵盖炼厂所有用油设备的关键检测指标 磨损：溶解及小于10微米的磨损元素含量（ppm）、微米至毫米级铁磁颗粒总含量（ppm）、智能铁谱半定量结果 老化：氧化度、总酸值、运动粘度 污染：颗粒计数、污染物元素、水分、纤维、非金属 Minilab153检测参数 检测项目 检测内容 检测意义 检测标准 磨损 24种元素分析 磨损元素 磨损位置和磨损严重程度 ASTMD 6595 污染元素 检测如润滑油中是否有砂砾、防冻液等污染物 添加剂元素 润滑油老化、润滑油误用和润滑油错用 智能铁谱 每种磨损类型的浓度（个/ml） 磨粒最大直径 判断磨损主要类型，从而推断磨损原因： 切削磨损：硬质颗粒污染或二次磨损； 接触（滑动）磨损：油膜失效或过载； 疲劳磨损：过载或材料微观缺陷； 非金属：砂砾（半透明） 纤维：污染； 泡：脱气处理不彻底； 水珠：水污染 ASTM D7596 铁磁颗粒 铁磁颗粒浓度 铁磁颗粒尺寸分布、总数 设备磨损严重程度， 判断大颗粒主要是设备磨损造成的还是外界污染造成的。 ASTM D8120 污染 固体物 固体物污染，防止设备堵塞、磨损等 ASTMD7596 水分 防止设备因水超标，而造成锈蚀、干磨及老化 ASTMD7889 老化 粘度（40℃） 用于衡量油品在特定温度下抵抗流动的能力. ASTM D8092 总酸值（TAN） 油液老化的主要指标，中和1g试样中全部碱性组分所需要的高氯酸, ASTMD 7889 氧化度 基础油的老化程度以及抗氧化添加剂的损耗 7.2模块式操作，简单快速 总体检测时间，小于15分钟； 操作简单，不需专业实验人员； 一个软件控制所有设备，便于统一操作和管理 7.3检测结果定量，不依赖人员经验 所得结果均为定量结果，不需要人为判定。最显著的体现是选择智能铁谱替代分析铁谱。 分析铁谱是通过分析人员在显微镜下观察磨损颗粒的形貌，判断磨粒磨损类型，并找出主要磨损类型。 分析铁谱磨粒图片 智能铁谱则通过内置人工神经网络自动将磨粒分成： 切削磨损：硬质颗粒污染或二次磨损； 接触（滑动）磨损：油膜失效或过载； 疲劳磨损：过载或材料微观缺陷； 非金属：砂砾（半透明） 纤维：污染； 气泡：脱气处理不彻底； 水珠：水污染 7.4检测报告以及三向量法辅助诊断 自动生成检测报告（下图左方），而且关键参数可形成趋势图表（下图右下方），并自动生成三向量图，帮助用户轻易掌握设备润滑、污染和磨损情况（下图右上方）。 通过Oilviw软件和三项量分析法生成详实、简单的检测报告。 关键内容高亮显示； 对关键监测指标进行跟踪及趋势分析 可自动邮件通知检测结果和报警。 三向量分析，简单明了 三向量：将磨损、污染和油液状态组成“铁三角”，各指标数值所形成阴影的面积，表征相应状态，帮助使用者清晰掌控设备及润滑油状态。 如左图，三向量结果显示：润滑油理化指标良好，设备因为污染问题，造成异常磨损。 油液监测内容1）粘度 基本概念:粘度是流体流动时内摩擦力的量度,用于衡量油品在特定温度下抵抗流动的能力。检测方法:用毛细管粘度计来测定油品的运动粘度.GB/T 265、ASTM D445。 检测目的:油品牌号划分的主要依据，油品选择的主要依据，油品劣化的重要报警指标，可判断用油的正确性。同时，粘度直接决定了油膜厚度及润滑状态，粘度过高或过低均会造成润滑失效。2）水分基本概念:是指油中含水量的百分数(游离水、乳化水、溶解水) 。检测方法:红外吸收光谱分析法; ASTM E2412 。检测目的:水分破坏油膜,降低润滑性,加剧摩擦付部件的磨损,能够与油品起反应,形成酸、胶质和油泥水能析出油中的添加剂,降低油品的使用性能,低温时使油品流动性变差,腐蚀、锈蚀设备的金属材料。3）总酸值 基本概念:中和1g试样中全部酸性组分所需要的酸量,并换算为等当量的酸量,以mgKOH/g表示。检测方法: 红外吸收光谱分析法; ASTM E2412、ASTM D664。检测目的:判断基础油的精制程度; 成品油中酸性添加剂的量度; 油品使用过程中氧化变质的重要判别指标。4）氧化度基本概念:齿轮箱油基础油的老化程度以及抗氧化添加剂的损耗。检测方法: 红外吸收光谱分析法; ASTM E2412。检测目的: 与总酸值的检测目的基本相同。5）污染度分析 基本概念:检测油中污染杂质颗粒的尺寸、数量及分布。检测方法:磨粒直接成像法，ASTM D7596、 NAS 1638、ISO 4406。 检测目的:能定量检测润滑油中的污染颗粒的数量和污染等级；对于齿轮系统而言,固体颗粒污染将加剧齿轮齿面以及内部轴承的磨损。6）光谱元素分析 基本概念:检测在用油中磨损金属、污染元素以及添加剂元素的含量。 检测方法:ASTM D6595发射光谱法(颗粒尺寸<10um) 。检测目的:磨损金属 --- 根据磨损金属的成分和含量趋势,判断设备有关部件的磨损情况; 污染元素 --- 判断油品污染程度和原因; 添加剂元素 --- 判断设备在用油添加剂损耗度。7）铁谱磨损分析 基本概念:检测在用油中磨损颗粒的形状、成分、大小和数量。 检测方法:磁场沉积、显微镜分析判断ASTM D769。或者自动成像，智能分析法（ASTM  D7596）。检测目的:对磨损颗粒形状的分析, 判断设备的异常磨损类型; 对磨损颗粒大小和数的分析,判断设备的异常磨损程度; 对磨损颗粒成分的分析, 判断设备的异常磨损部位。