设备润滑入门教程之分析项目

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前言

一、状态监测概述

　　状态监测对于关键机组长周期运行来说至关重要，定期开展状态监测，发现问题后积极采取治理措施，可以延长机组运行周期。
　　狭义的状态监测是指振动分析，通过监测设备各部位的位移、速度、加速度的变化趋势，利用各类图谱和算法，分析故障产生原因，提出治理措施。广义的状态监测见下图：

　　油液监测：主要包括三方面内容，一是品质监测：监测油品是否劣化变质，主要监测粘度、酸值、氧化、添加剂元素、MPC的变化趋势；二是污染监测：监测油品是否进入了异物，受到污染，主要监测水含量、泡沫特性、水分离性、清洁度、闪点的变化趋势；三是磨损监测，监测摩擦副是否发生异常磨损，主要是监测机械杂质、光谱、铁谱分析的变化趋势；通过上述项目的监测判断油品是否劣化变质、被污染，设备是否存在磨损，提出治理措施^[CY] 。
（注：该分类方法不完全准确，例如：油品劣化、污染均可能导致粘度变化，这样分类是为了便于查找异常原因，提出治理措施）。
　　ISO 18436《机器的状态监测和诊断-人员资格和评估的要求》还提出了热成像、声发射和电机电流等监测手段。
　　在多年的状态监测工作中，推荐大家还应该多关注工艺介质参数，例如：流量、压力、介质成分以及温度等因素的变化情况，综合分析设备故障可能的原因，提出准确的治理措施。 机器状态监测与诊断所需参数可参见GB/T 22393《机器状态监测与诊断 一般指南》。

二、润滑油体系概述

　　润滑油主要分为两大体系：一是内燃机油，二是工业用油^[CY] 。内燃机油主要包括：车用油、船用油、航空发动机油、以及燃气发动机油等。内燃机油的粘度的测定是以100℃为基准，工况苛刻，更新换代快，使用量占润滑油耗量的一半以上；工业用油包括钢厂、矿山、炼油化工、以及机械加工等行业的设备用油。工业用油的粘度测定是以为40℃为基准，工况相对简单，但关键机组要求长周期运行（4-5年），所以对润滑油品质和运行维护要求很高。

　　本文主要讲解关键机组润滑油分析项目，共计20余个。讲解了每个项目的基本概念、监测的意义、分析方法、评定标准、变化的原因、对应的治理措施以及一些相关的知识点和标准。大家可以把这个教程作为一个目录，遇到问题时进行查阅。
　　本文大部分内容来自标准规范，部分来自网络和文献，也有不少个人的见解(上角标^[CY])，欢迎大家随时批评指正。

三、润滑油取样

3.1、取样位置

　　取样的目的决定取样的位置，见下表 ^[CY] ：

目的	位置	理由
日常监测	1、油冷器后，过滤器前 ； 2、过滤器后。	1、油液被冷却后溶解度降低，溶解物析出。 2、异常情况下，确保进入摩擦副的油品达到标准。
故障分析	离摩擦副最近的回油支线	样品中包含有完整磨损与污染的信息，最能体现设备当前的运行状态。 要有及时性！
开机油运	1、各摩擦副前； 2、过滤器后。	1、滤网实验，验证供油管路足够干净，确保杂质不会进入摩擦副； 2、即将进入摩擦副的油品，其各项指标的好坏直接关系到润滑效果。
评价过滤器	过滤器前后同时取样	对比分析就可以了解过滤系统是否运行正常。

　　也可参考GB/T 14541《电厂用矿物涡轮机油维护管理导则》的取样要求。

3.2、取样要求

　　3.2.1 润滑油取样执行GB/T 4756-2015 《石油液体手工取样法》，需要注意以下几点：

• 油品要具有代表性；
• 最好在设备运行时；
• 位置固定；
• 充分置换取样的管线；
• 不要被污染；
• 做好标记，至少包括下述内容: 单位名称、机组编号、油的粘度等级、取样部位、取样日期、取样人以及备注。

　　3.2.2 润滑油在线监测取样执行GB/T 27867《石油液体管线自动取样法》。

注：本文介绍的方法均为离线取样分析。

四、重复性与再现性

4.1 重复性：同一样品，同一人员，同一设备和环境，分析结果的误差范围；例如开口闪点≤8℃。

4.2 再现性： 同一样品，不同人员，不同设备和环境，分析结果的误差范围；例如开口闪点≤14℃。

4.3 置信度：可靠性、置信水平，≥95%。

一、粘度/黏度（Viscosity）

1.1 基本概念

　　粘度源于液体的内摩擦，油液受到外力作用而发生相对移动时，油分子之间产生的阻力使油液无法进行顺利流动，描述这种阻力大小的物理量称为粘度。
　　粘度的度量方法有绝对粘度和相对粘度两大类。其中绝对粘度分为动力粘度、运动粘度两种；相对粘度主要有恩氏粘度、赛氏粘度和雷氏粘度三种。详见各种粘度的概念及换算。
　　动力粘度： 流体在剪切应力作用下流动时内摩擦力的量度。 其值为所加于流动液体的剪切应力和剪切速率之比。 单位是毫帕・秒（mPa・s）。
　　运动粘度：在同一温度下的动力粘度除以该温度下的密度，用mm²/s表示，也记做cSt，厘斯。国际标准化组织(IS0)规定统一采用运动粘度之后，各国都逐步改用了运动粘度，单位以mm²/s表示。

1.2 监测的意义

　　运动粘度是衡量油品油膜强度、流动性的重要指标。在用油运动粘度的变化反映了油品发生深度氧化、聚合、轻组分挥发、生成油泥以及受燃油稀释、水污染和机械剪切的综合结果。粘度的增长会增加动力消耗，过高的粘度增长甚至会带来泵送困难，从而影响润滑造成事故。粘度的下降则会造成发动机油油膜变薄，润滑性能下降，机件磨损加大，粘度大幅下降往往会造成拉缸的后果。
　　粘度作为润滑油最重要的检测指标，无论是定期监测还是故障分析，都是必选项。

1.3 分析方法

　　标准概述：目前我国运动粘度测定方法的有GB 265-1988《石油产品运动粘度测定法和动力粘度计算法》和GB 11137-1989《深色石油产品运动粘度测定法（逆流法）和动力粘度计算法》。其中GB 265是测透明石油产品的运动粘度；GB 11137是测不透明的深色石油产品和在用油的，该方法修改采用自ASTM D445。美国实验与材料协会还开发了ASTM D7042《液体动力粘度和密度及计算运动粘度测定 斯塔宾格粘度计》，同时测定液体动力粘度和密度，同时计算及运动粘度，该方法可测定各温度下的动力粘度和密度，速度快。

　　 GB 265 方法概要：在某一恒定的温度下（通常为40℃或100℃）测定一定体积的液体在重力下流过一个标定好的玻璃毛细管粘度计的时间。粘度计的毛细管常数与运动时间的乘积即为该温度下测定液体的运动粘度。

1.4 评定标准（报警指标、换油指标）

　　 油品在使用过程中的监测评价指标主要分为两类：一类是采用绝对值，例如：水分、清洁度、机械杂质、铁含量等。二是采用相对值（变化率），例如粘度、酸值、碱值、部分金属元素含量等，是指相对于新油（或加注运行后）的变化率；闪点既要考虑绝对值，也要考虑变化量。
　　不同的种类润滑油的运行监控指标和换油指标差别很大，《润滑油使用及评定标准汇总表》整理了部分油品的 运行监控指标和换油指 。下面仅以常用的工业润滑油做举例说明。

换油指标

1.4.1 液压油

　　SH/T 0599-2013《液压油换油指标》与SH/T 0599-1994相比，40℃运动粘度、酸值指标都有所收紧，同时增加了清洁度指标和泡沫特性(24℃)指标。
　　取样频次和要求详见标准，当使用中的油品有一项指标达到换油指标时应采取维护措施或更换新油。换油指标详见下表：

1.4.2 齿轮油

　　SH/T 0586-2010《工业闭式齿轮油换油指标》替代SH/T0586-1994 L-CKC1994(2003)《工业闭式齿轮油换油指标》，规定了L-CKC、L-CKD工业闭式齿轮油在使用过程中的定期质量监控和换油指标。换油指标详见下表：

1.4.3 内燃机油

　　发动机机油主要起到润滑、冷却与清洗等作用。机油在作用过程中，本身化学特性会有所改变，添加剂会被逐渐消耗，燃烧产生的污染物与机件磨损产生的金属颗粒与机油混合产生复杂的油泥溶于机油中，时间一长，这些不溶物不但会加速发动机磨损，还会导致发动机锈化腐蚀、散热不畅等严重后果。因此，视情更换机油是对发动机最好的呵护。

柴油机油换油指标

　　GB/T 7607-2010《 柴油机油换油指标 》技术要求和试验方法下表，当使用中的油品有一项指标达到换油指标时应更换新油。

内燃机车柴油机油换油指标

　　TB/T 1739《内燃机车柴油机油换油指标》技术要求和试验方法下表，当使用中的油品有一项指标达到换油指标时应更换新油。

汽油机油换油指标

　　GB/T 8028-2010《 汽油机油换油指标 》规定了在使用过程中的汽油机油换油指标，适用于汽车汽油发动机和固定式汽油发动机所用汽油机油在使用过程中的质量监控和换油要求。技术要求和试验方法下表，当使用中的油品有一项指标达到换油指标时应更换新油。

1.4.4 汽轮机油（涡轮机油/循环油）

　　SH/T0636-2013《L-TSA汽轮机油换油指标》对SH/T0636-1996(2003)进行了修订。增加水分和清洁度的要求。酸值和液相锈蚀的试验方法也进行了变更。试样应在油冷却器出口处采取。
　　酸值、水分、清洁度每3个月(工作时间)则定一次，运动粘度、抗乳化每6个月测定一次，液相锈蚀、旋转氧弹每12个月测定一次。

运行维护指标

1.4.5 涡轮机油维护管理导则

　　近年，国内外涡轮机油运行维护标准趋于统一，例如：GB/T 14541与ASTM D4378-13。

GB/T 14541《电厂用矿物涡轮机油维护管理导则》 运行监控指标如下图：

　　ASTM D4378《在用蒸汽、燃气和联合循环涡轮机的汽轮机矿物油监测的标准操作规程》运行监控指标如下图：

1.5 变化的原因

• 油被污染。
• 油被严重降解。
• 添加高粘度或低粘度流体。

1.6 采取措施

• 确定原因。
• 如果粘度低，则分析闪点。
• 如有必要，更换油。

1.7 相关知识点

• 美孚ATF 220润滑油粘度；
• 美孚SHC 600系列润滑油粘度记忆法；
• 冷冻机油分析前预处理，详见DIN51503-2-2015《冷冻机油换油标准》；
• 搅拌器齿轮箱粘度下降原因。