油样光谱分析技术及其在工业中的应用

2007年第5期(总205期) 压缩机技术 ·13·

收稿日期: 2007 - 06 - 27

文章编号: 100622971 (2007) 0520013204

多种故障诊断技术在往复压缩机中的应用

程香平1 ,丁雪兴1 ,刘海亮2 ,李国栋1

(11兰州理工大学石油化工学院,甘肃兰州730050; 21河南四方建设管理有限公司,河南漯河462000)

4 油样光谱分析技术测取方法及其可表征

的故障

在机械设备的磨损故障中,润滑不良是导致磨损失效的主要原因。

油液光谱分析技术是监测、诊断设备润滑系统故障的重要手段,尤其是对设备早期磨损隐患的发现和识别,更是其他分析诊断方法难以取代的技术 。发射光谱分析技术是利用物质受电能或热能激发后发射出特性光谱来判断物质组成,它能把润滑油中所含的铁、镍、铬、铜等元素激发,然后根据这些金属杂质发射出的谱线强度对这些元素进行定量分析。

这种方法操作简便、分析速度快、精度高、灵敏度好,其缺点是价格昂贵,不能给出磨屑的外形、尺寸等信息,不能反映磨屑产生的原因和来源,它只能对小于10μm的磨屑提供结果,

而对磨损严重的较大颗粒不能反映。工作原理

412 实例分析

某油田的天然气压缩机由于累计运行时间长,故障率高, 2001年3号天然气压缩机爆炸, 2号和4号压缩机组烧坏,造成损失3000万元。此后采用光谱分析技术对压缩机组进行状态监测,了解磨损颗粒成分和浓度变化趋势,确定换油周期,实现有计划的预知性维修,保证了设备正常运行。

停机检修连杆小头的黄铜衬套已经严重磨损,活塞环与缸套也有不同程度的磨损。

检修气轴

瓦、连杆轴瓦磨损面积已超过20%。通过上例充分说明了油样光谱分析在往复压缩机故障诊断中的有效性

光谱分析法及其新技术在石油化工中的应用 景丽洁

2 原子发射光谱法

它是利用不同物质的原子在受到热、光或电能作用时发射的特征光谱而判断物质组成的一门应用最早， 最广分析技术。

在石油化工方面， 常用它来测定石油产品中微量金属元素的含量及催化剂中活性组分。如燃料油中镍、钒、硅等元素曲含量多少，通常可做为燃烧器喷管堵塞和发动机零件异常磨损状况的指针。随着等离子体发射光谱(ICP—AE8)分析技术的不断改进， 开创了多元素和常量、微量同时测定的新局面。

3 X射线荧光光谱法

是一种荧光分析法，方法的选择性高，不仅适用于微量组分的测定， 也适用于高至90%左右的高含量组分的测定， 特别是对于高含量组分的测定，具有相当高的准确度。配有电子计算机的X射线荧光光谱仪，使分析工作实现自动化，可在数分钟内同时测定3O多种元素的含量，是生产过程控制 析的一种强有力的分析仪器。在石油化工中主要用来测定石油和石油产品中的金属元素如石油产品中的Ag常减压柴油中的Fe润滑油中的A1、Ba、Br、Ca、C1 Cr、Cu， Fe、Mo、P、Pb、S、Si，Sn和Zn， 柴油机燃料、煤油，沸点360℃ 以上石油产品中。用X射线荧光散射背景法测定催化裂化催化剂中稀土含量 。研究用同步一高阶导数荧光光谱法鉴别原油及船用燃料油的污染。

4 原子吸收光谱法

原子吸收光谱法也称为原子吸收分光光度法， 是基于元素所产生的原子蒸气对同种元素所发射的特征谱线的吸收作用来测定试样中该元素含量的一种方法。

它的灵敏度高，选择性好， 操作简便，分析速度快，在石油化工中成为微量金属元素定量分析的有效工具之一，可快速，准确地硼定汽油中的Pb， 润滑油中的Cu、Cr， 燃料油中的V等多种微量元素。 测定范围可从百分之十到百分之一或更低。另外用来测定催化裂化原料油中的V、 Ni、Na、K、Fe、Cu等，原油、蜡油，重油、渣油以及硅铝分子筛催化剂中的VJ重质原油增出液中的Ni、V、Cu，Fe、Na等。

在以重油为原料生产合成气和以轻油苹取法回收重油气化时生成的炭黑工艺中， 由于渣油中带有微量金属元素， 常出现气化炉结渣、灰水系统结垢堵塞等问题， 因此有人研究用原子吸收光谱法对上述样品进行测定。样品用千法灰化处理。将500℃ 灼烧后的灰分用盐酸溶解，用原子吸收分光光度计， 空心阴极灯， 空气一乙炔火焰同时连续测定K，Na，Ca、Mg，Fe、Ni六种叠属元素。还有 用空气一乙炔低温火焰原子吸收法测定油气

田水中Ba，波长553．6nm。此法和容量法相比， 简便， 快速， 经济， 精密、准确。

火焰原子化吸收光谱法的优点是设备简单， 操作方便， 稳定性好， 但原子化效率低， 灵敏度不高。近年来发展的石墨炉原子吸收光谱法是测定微量金属元素灵敏度较高的方法。如有 用此法测定轻质石油产品中的微量铜， 用过氧化氢和稀盐酸处理油样后， 以石墨炉测定， 提高了灵敏度 消耗样品少，手续简便， 分析速度快，可作为常规法应用于生产中。也有人 以碘氧化、莘取， 然后用原子吸收分光光度计硼定微量铜浓度。原油、重油中的微量铅的测定， 是在硫酸存在下， 将油样千法灰化后， 以溶解灰分， 加入铂做基体改进剂， 用石墨炉原子吸收光谱法测定 。

5 分子吸收光谱法

分子吸收光谱法是利用备种物质分子对不同波长的光辐射具有选择性吸收的特性建立起来的一种分析方法， 通过测量样品中某种物质在某些波长下的吸光度来判断物质浓度， 进行定量分析，是仪器分析中最常用的方法。

5．I 紫外与可见吸收光谱法

还有人用紫外吸收光谱法测定地表水中石油类物质， 根据含芳烃种类不同的油类具有不同的紫外区特征吸收谱图，来鉴别是残余油还是馏出油。70年代以来发展起来的导数光度法、多波长光虚法及动力学光度掊等在解决干扰组分存在下的测定，提高方法选择性或灵敏度方面发挥了重要作用， 在石抽化工中得到广泛的应用。催化分光光度法是以测定催化反应速度为基础的定量分析方法， 是进行痕量分析的有效手段。润滑油中锰的含量甚小， 难以用一般的方法分析， 而采用催化分光光度法测定， 锰的最低检测限为2．6ng／25ml 。用催化分光光度法测定油品及催化剂中的痕量铜 ， 是基于Cu (1I)能在氨水介质

中催化过氧化氢氧化澳酚红褪色的原理。油品经灰化后， 不经任何分离， 可直测定。双波长分光光度法做为一种新技术， 对于高浓度试样、混浊试样及多组分混合物的定量分析， 具有很大的优越性。有人用此法同时测定了原油及渣油中微量镍和钒,渣油中沥青质含量。

5．2 红外吸收光谱法

红外吸收光谱是在红外辐射的作用下，分子发生振动和转动能级跃迁时所产生的分子吸收光谱。它最突出的特点是具有高度的特征性， 特别适于有机物质的定性与结构分析。60年代微型计算机的发展， 出现了博立叶变换一红外光谱(FT—IR)新技术， 为红外光谱的应用开辟了新领域， 特别适于对弱信号， 微小样品的测定， 跟踪化学反应过程等。操作简便，分析速度快， 在石油化工中得到了越来越多的应用。如探索润滑油在使用过程中的老化规律，红外光谱已显示出优势 。用FT—IR法对不同质量的润滑油在同一类型发动机使用过程中的降解规律进行探索， 润滑油添加剂和油品老化基团的特征红外吸收显示： 不同品质的新油在使用中的变化规律差别较太。用红外光谱鉴定润滑油的金属清净剂和抗氧、抗腐蚀添加剂也是十分有效的 。

在对某些同分异构或高沸点的油品分析时， 一般定量分析方法为力， 而红外光谱法就可发挥它的作用。如裂化汽油中的异构烯烃可在催化剂作用下直接与甲醇反应生成甲基醚， 以提高汽油的辛烷值。有人采用红外光谱法， 利用官能团的特征吸收， 一次可以同时铡定醚、甲醇含量， 分折反应深度， 选择工艺条件。用红外光谱法直接测定煤油馏分中的芳烃含量，快速、准确、样品用量少。

6 核磁共振波谱法

核磁共振波谱也是一种吸收光谱， 它能够提供待测原子核的数目和它们在分子中的位

置以及它们与邻近原子或基团的相互关系等信息。根据这些信息可描绘出原子或基团在分子中的排列，推出分子化学结构。在石油化工方面， 核磁共振法用来测定润滑油降凝剂烷基萘的化学结构是一种有力的手段 。我国长期以来，以三氯化铝为催化剂， 使萘和氯化石蜡进行烷基化反应， 生产烷基萘，却弄不清产品是烷基萘还是多烷基萘聚合物。借助18

C核磁共振法分析， 才查明为3～4烷基为主的多烷基萘聚合物，从而建立了新的产品质量

检测法， 有效地控制了产品质量。有人用C核磁共振渡谱研究了轻柴油裂解原料中非芳碳的类型及主要的脂肪聩结构， 可得到长直链烷碳、取代的长直侧链烷碳及平均链长的数据。这对石油化工裂解原料的选择和工艺研究无疑是更为有利。

应用油样光谱分析技术诊断机械设备故障

安太堡露天煤矿张焕梅摘

油液中微粒分析

光谱分析对几种微粒的绝大部分状态均可检测。

1.各种磨损物质的总量：判断磨损激烈程度, 磨损速率等。

2.微粒尺寸大小：判断磨损的严重程度(大颗粒比重)和类型。

3.化学成分:含有哪几种金属元素,用来判断发生故障元件的具体部位

4.几何形状:从微粒的几何形状包括片状、球状、磨屑颜色等来判断磨损类型。

5.污染物 在发动机中Si，Na，B，Pb等金属元素的出现往往标志污染的发生。

一般故障诊断包括以下几方面。

1. 硅在润滑油中以少量硅酮形式存在。如果大量灰尘混入油中, 导致硅浓度增加, 说明发动机的空气滤芯失效。

2.在润滑油中的铅一般来自机器中的合金材料部件, 通常含量很小, 如果有大量的铅元素存在, 说明发动机密封垫失效, 使黄油进入油中。

3.钠在润滑油中一般是不存在的。为了软化冷却水, 而在水箱中加入亚钠盐。如果发现油中钠含量增加, 同时检测乙二醇防冻液的含量, 如超出控制范围, 则可判断是冷却水泄露, 即发动机冷却系统有裂缝或水密封垫失效。

4.其它磨损金属浓度的检测, 是为了了解某些金属来自哪个部件,从而可判断该部件的磨损情况。

一般由经验丰富的机械工程师利用油样光谱分

析结果对故障进行诊断, 他们可以根据油样分析的

结果一方面判断油中杂质的增加趋势及该油能否继

续使用。

油样光谱分析在机械设备状态监测中的应用

广州铁路分局广州机务段 包小铁 江鼎德 庞绍煌

确定监侧元素时, 主要应根据该试脸设备各有关运动副的材质而定, 如C666普通车床前轴承是由福青钢制成的滑动轴承, 齿轮材质为钢, 滚动轴承为轴承钢, 故对其进行光谱分析监侧时主要分析Cu,Fe,Cr元素。

应用油液光谱分析指导

机械设备维修 甄凯玉

油液光谱分析的程序和内容包括取样、光谱分析、诊断、预测和决策

取样就是定期从机械设备中抽取能反映当时状态的油液样品, 一般机械设备抽取四个部分的油样：发动机机油、传动装置润滑油、差速器或最终传动箱润滑油和液压系统的液压油

将取得的合格油样, 配制成试样,用光谱分析仪化验出所观注的各种元素的浓度。根据光谱分析的结果记录下来, 对照该型机械设备的各项极限值, 可以

诊断出机械设备的各部位磨损是否正常, 从而预测修理时间, 还可以预测机械设备的使用寿命。内燃机磨损部位与磨粒元素对照关系：