王盛哲

(天津港第五港埠有限公司技術(shù)部 天津300456)

紅外光譜在港口機(jī)械發(fā)動(dòng)機(jī)用油監(jiān)測(cè)方面的研究
——燃油泄漏指標(biāo)研究

王盛哲

(天津港第五港埠有限公司技術(shù)部 天津300456)

油品監(jiān)測(cè)作為不解體監(jiān)測(cè)的重要手段，以其方便快捷越來越受到設(shè)備管理者的重視。國外開展油品監(jiān)測(cè)依據(jù)ASTM,E2412標(biāo)準(zhǔn)，取得了很好的效果。中國于近年來開展紅外光譜油品監(jiān)測(cè)，儲(chǔ)備了一定的紅外光譜油品監(jiān)測(cè)理論和數(shù)據(jù)，但缺乏系統(tǒng)的國家標(biāo)準(zhǔn)參照。天津港五公司一直致力于油品監(jiān)測(cè)，并將其作為機(jī)械設(shè)備管理的重要手段，取得了一定的效果。對(duì)在紅外光譜油品監(jiān)測(cè)中發(fā)現(xiàn)的燃油泄漏規(guī)律進(jìn)行了總結(jié)整理。

油品監(jiān)測(cè) 紅外光譜 ASTME2412標(biāo)準(zhǔn) 燃油泄漏 數(shù)學(xué)模型 特征峰

1 背景及原因

1.1 企業(yè)背景

天津港作為中國北方第一大港，幾年來獲得突飛猛進(jìn)的發(fā)展，年吞吐能力從幾千萬噸快速增長為數(shù)億噸。生產(chǎn)效率的提升必須要有現(xiàn)代化的設(shè)備作為保證，大量的進(jìn)口設(shè)備成為了生產(chǎn)作業(yè)的主力軍。為這些設(shè)備做好監(jiān)測(cè)和保養(yǎng)是生產(chǎn)作業(yè)的重要保障，也是新一代設(shè)備油品管理員的重要責(zé)任。

1.2 技術(shù)背景

現(xiàn)代社會(huì)對(duì)設(shè)備運(yùn)行可靠性的要求越來越高，激烈的競(jìng)爭(zhēng)要求設(shè)備管理者必須以最低的費(fèi)用來維持設(shè)備的可靠性，狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)為設(shè)備的可靠性管理提供了有力的技術(shù)支持。同時(shí)，國內(nèi)外的研究結(jié)果表明，超過70%,的設(shè)備失效都與潤滑有關(guān)，因此設(shè)備的良好潤滑是設(shè)備可靠性管理的重要基礎(chǔ)。[2]油液監(jiān)測(cè)是通過對(duì)在用油的監(jiān)測(cè)分析，以判斷油品和設(shè)備所處狀態(tài)的一門應(yīng)用技術(shù)。它是通過對(duì)油品衰變、污染，以及部件磨損等方面的異常征兆進(jìn)行早期預(yù)報(bào)，讓設(shè)備管理者可以適時(shí)進(jìn)行維護(hù)和修理，以避免設(shè)備的意外失效，延長油品和設(shè)備的使用壽命。

1.3 課題原因

天津港第五港埠有限公司是天津港集團(tuán)的子公司之一，擁有各種流動(dòng)機(jī)械150余臺(tái)，全部采用柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，通過統(tǒng)計(jì)分析2014年全年發(fā)動(dòng)機(jī)故障，由于柴油泄漏而造成的占到總故障的50%(見表1)。所以，早期排查柴油泄漏故障對(duì)機(jī)車性能提升有重要意義。

對(duì)于判斷發(fā)動(dòng)機(jī)油中是否混入燃油，國標(biāo)采用的常規(guī)方法是閃點(diǎn)監(jiān)測(cè)和粘度監(jiān)測(cè)，但由于需要的油樣量較多，并且操作時(shí)間長、效率低，費(fèi)工費(fèi)力，不利于廣泛開展?，F(xiàn)在，國際上普遍應(yīng)用的技術(shù)是“利用趨勢(shì)分析在傅立葉變換紅外光譜儀上進(jìn)行在用潤滑劑狀態(tài)監(jiān)測(cè)的標(biāo)準(zhǔn)方法”，簡(jiǎn)稱ASTM E2412標(biāo)準(zhǔn)。以下為筆者研究ASTM E2412標(biāo)準(zhǔn)所得出的數(shù)據(jù)(見表1)。

表1 挖掘機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)故障匯總Tab.1 Summary of excavator engine failure

2 燃油泄漏指標(biāo)分析

2.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

通過研究ASTM E2412標(biāo)準(zhǔn)，用紅外光譜法代替?zhèn)鹘y(tǒng)閃點(diǎn)、粘度方法測(cè)定發(fā)動(dòng)機(jī)油中的燃油泄漏比例。

2.2 實(shí)驗(yàn)油品

長城高級(jí)潤滑油公司生產(chǎn)的API CH級(jí)SAE 15W/40柴油機(jī)潤滑油；“0號(hào)柴油”；疑似含有柴油的在用油油樣4瓶。

2.3 儀器選擇

美國安杰倫A2紅外光譜儀；“TP625 ”運(yùn)動(dòng)產(chǎn)品測(cè)定儀(符合GB/T 265—1988標(biāo)準(zhǔn))；“79-3”型磁力恒溫?cái)嚢杵?；“TP612”全自動(dòng)閃點(diǎn)測(cè)定器(符合GB/T 261—1991標(biāo)準(zhǔn))。

3 實(shí)驗(yàn)方法及結(jié)果

3.1 準(zhǔn)備柴油

發(fā)動(dòng)機(jī)油中的燃料主要是高沸點(diǎn)物質(zhì)，為了保證柴油與機(jī)油混合液更加接近實(shí)際工況，需要用老化燃料進(jìn)行校正。根據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，柴油的老化是加熱燃料至107,℃，恒溫30,min，使燃油體積減少60%。[1]

3.2 混合油樣

配制柴油與機(jī)油混合油樣，濃度為：0.5%、1%、2%、4%、5%、6%、10%、15%、20%、25%、30%、35%、40%、45%、50%,。

3.3 攪拌

將配制好的油樣用磁力恒溫?cái)嚢杵鬟M(jìn)行攪拌均勻，減少輕質(zhì)油與重質(zhì)油的分層差異。

3.4 實(shí)驗(yàn)方法

將準(zhǔn)備好的油樣逐一進(jìn)行開口閃點(diǎn)實(shí)驗(yàn)(按照GB/T 261—1991標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行)和100,℃粘度實(shí)驗(yàn)(按照GB/T 265—1988標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行)，方法略，[4]結(jié)果如表2、圖1：

表2 不同濃度油樣閃點(diǎn)粘度變化率Tab.2 Different concentrations of flash point of lubricating oil viscosity change rates

圖1 樣品濃度、閃點(diǎn)、粘度變化率圖Fig.1 Sample concentration，flash point，viscosity change rate

3.5 柴油測(cè)定值

用ASTM E2412標(biāo)準(zhǔn)測(cè)定各種濃度的油樣的紅外光譜數(shù)據(jù)，得出數(shù)據(jù)列表如表3、圖2：

表3 ASTM E2412紅外光譜柴油測(cè)定值Tab.3Determination of diesel oil by infared spectrum of the ASTM E2412

圖2 ASTM E2412紅外光譜柴油測(cè)定曲線Fig.2 Infrared spectrum diesel measuring curve of the ASTM E2412

4 數(shù)據(jù)分析

從表2及圖1開口閃點(diǎn)得出的結(jié)果可以看出，5%以下含柴油閃點(diǎn)數(shù)值沒有因?yàn)榛烊氩裼投档?，因而不?zhǔn)確。筆者通過連續(xù)操作閃點(diǎn)實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)數(shù)值波動(dòng)性較大，這與溫度上升的速度和點(diǎn)火的火焰大小有一定關(guān)系。而6%～15%柴油含量數(shù)值變化不明顯，20%～50%柴油含量數(shù)值線性關(guān)系也不很明顯。因此，通過開口閃點(diǎn)判斷柴油含量準(zhǔn)確性不高。

從表2及圖1“100,℃粘度”測(cè)定的結(jié)果可以明顯看出相關(guān)性很強(qiáng)，特別是0.5%～5%柴油含量也能準(zhǔn)確找出粘度差異，所以通過粘度實(shí)驗(yàn)?zāi)軌驕?zhǔn)確判定機(jī)油中可能含有的燃油量。但由于費(fèi)時(shí)費(fèi)力，需要很大精力進(jìn)行分析，故只能作為監(jiān)測(cè)機(jī)油中燃油泄漏的佐證。

通過表3可以看出，油樣的實(shí)際數(shù)值與紅外光譜所測(cè)定的數(shù)據(jù)相差很大。由于計(jì)算機(jī)報(bào)告的結(jié)果是通過人為設(shè)定顯示出來的，所以通過調(diào)整設(shè)定可以準(zhǔn)確顯示機(jī)油中的燃油比例。通過查閱相關(guān)資料，燃料油與潤滑油之間的差別是通過芳烴含量多少體現(xiàn)，柴油作為燃料油的一種，也具有較高的芳烴，紅外光譜法利用芳烴含量來進(jìn)行測(cè)量，[1]ASTM E2412標(biāo)準(zhǔn)下測(cè)量芳烴含量的光譜區(qū)間是820～825,cm-1，而國內(nèi)的柴油組分與ASTM E2412標(biāo)準(zhǔn)的柴油芳烴含量不同，光譜區(qū)間也有所不同。[3]所以選用合適的光譜區(qū)間才能正確分析機(jī)油中的柴油含量。通過差譜疊加方式觀察紅外圖譜可以看出柴油芳烴含量光譜區(qū)間。如圖3所示。

圖3 紅外光譜疊加圖譜Fig.3 Infrared spectrum overlay

通過兩個(gè)疊加圖譜可以清楚看出芳烴含量光譜特征區(qū)間在794～821之間，這與ASTM E2412標(biāo)準(zhǔn)下測(cè)量芳烴含量的光譜區(qū)間820～825有較大出入，借此可以看出國內(nèi)0#柴油與ASTM E2412標(biāo)準(zhǔn)下的柴油芳烴含量明顯不同(見圖4)。

圖4 放大后的疊加圖譜Fig.4 Amplified superposition map

筆者通過此種方法對(duì)公司150臺(tái)機(jī)車發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行油品監(jiān)測(cè)，準(zhǔn)確查找出35項(xiàng)程度不一的燃油泄漏故障，并對(duì)大修后的發(fā)動(dòng)機(jī)噴油嘴霧化良好情況進(jìn)行了判定，也監(jiān)測(cè)出兩臺(tái)次不達(dá)標(biāo)的問題。

5 結(jié) 語

通過此次研究，找到了紅外光譜在柴油泄漏中的譜圖特征范圍為：794～821,cm-1；這段波峰為研究柴油泄漏中的譜圖特征峰。

通過紅外光譜數(shù)學(xué)模型的建立和計(jì)算，得到了0#柴油混入長城CH15W/40柴油機(jī)的斜率指標(biāo)為2,000，截距指標(biāo)為-22。

國內(nèi)紅外光譜應(yīng)用于油品監(jiān)測(cè)還處于起步階段，很多還停留于理論研究，缺少大量實(shí)踐數(shù)據(jù)的豐富。通過研究機(jī)油中柴油泄漏在紅外光譜中的波峰特征，找到ASTM E2412標(biāo)準(zhǔn)有些指標(biāo)不適用于長城CH15W/40機(jī)油的環(huán)節(jié)，需要在以后的工作中不斷探索研究，并與國內(nèi)機(jī)油實(shí)際情況相結(jié)合，打造適用于國內(nèi)油品特點(diǎn)的紅外光譜標(biāo)準(zhǔn)?！?/p>

［1］ 田高友，褚小立，易如娟. 潤滑油中紅外光譜分析技術(shù)[M]. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2014.

［2］ 楊俊杰，陸思聰，周亞斌. 合理潤滑手冊(cè)——油液監(jiān)測(cè)技術(shù)[M]. 北京：石油工業(yè)出版社，2009.

［3］ 楊其明，嚴(yán)新平，賀石中. 油液監(jiān)測(cè)分析——現(xiàn)場(chǎng)實(shí)用技術(shù)[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006.

［4］ 朱煥勤，朱成章. 油料化驗(yàn)員讀本[M]. 北京：中國石化出版社，2007.

IR in Oil Monitoring of Port Machinery Engine: A Study of Oil Leak Indicators

WANG Shengzhe
(Tianjin Port Fifth Port Co.，Ltd.，Tianjin 300456，China)

Oil monitoring, one of the import means of non-disintegration monitoring, has attached more and more attention from equipment managers due to its convenience and fast speed. The oil monitoring in foreign countries was based on the ASTM,E2412 standard and has achieved good effects. In recent years, China has carried out IR monitoring and accumulated certain theories and data, but is still in lack of a national standard reference system. Tianjin Port Fifth Port Co., Ltd. has been committed to oil monitoring, which is used as an import measure of machinery equipment management, and has obtained certain effect. This article sums up regular patterns of oil leakage detected by IR monitoring.

oil monitoring；infrared spectrum(IR)；ASTME2412 standard；fuel leakage；mathematic model；characteristic peak

TE626.3

：A

：1006-8945(2016)10-0034-03

2016-09-06