柱塞泵潤滑油乳化監(jiān)測裝置的設計與應用

高亞寧，王軍鋒，王 麗

（中國石油集團川慶鉆探工程有限公司長慶固井公司，陜西西安 710018）

1 研發(fā)背景

目前，固井車輛柱塞泵潤滑油采用按期換油方式，無有效手段對油液進行實時監(jiān)測，潤滑油的更換存在過?；蛱嵩绫ｐB(yǎng)的現(xiàn)象，潤滑效果較差。機械設備由于循環(huán)油系統(tǒng)泄漏、密封元件損壞，引起外部水滲入液壓和潤滑系統(tǒng)是經常發(fā)生的故障。冷卻水一旦進入潤滑油，會造成油品乳化變質，破壞正常的潤滑，造成零部件異常磨損，導致設備事故發(fā)生。因此，在線監(jiān)測潤滑油中的含水率、黏度且能及時報警，對保證設備的可靠運轉，延長使用壽命十分必要。

2 潤滑油使用管理現(xiàn)狀

隨著潤滑油統(tǒng)一管理及降本增效要求的實施，不同季節(jié)、不同車型使用不同品牌、型號的潤滑油，已使?jié)櫥筒少?、使用更加不便。成本支出大，降低了維護保養(yǎng)的及時性、高效性，間接影響生產組織。

目前國內各大鉆探公司對固井設備潤滑油的監(jiān)測、預警裝置或技術，尚未開展相應的研發(fā)，基本采取人工檢查判斷、定期維護保養(yǎng)的方式，預警自動化程度低，固井設備的技術難題尚未得到有效解決。

固井車輛發(fā)動機一般使用美孚超級黑霸王機油，由于部分維柴電噴發(fā)動機機油壓力低，夏季使用昆侖CF15W/40 潤滑油。平臺柱塞泵使用85W/90 GL-5 齒輪油，冬季低溫下柱塞泵潤滑油黏度增大，潤滑效果較差，潤滑油的更換存在過保或提早保養(yǎng)現(xiàn)象，潤滑油油質實時監(jiān)測需要實現(xiàn)技術突破。

3 在線監(jiān)測技術的發(fā)展與應用

3.1 在線監(jiān)測技術發(fā)展趨勢

（1）智能診斷。實時監(jiān)測系統(tǒng)可以利用專家知識庫、對所采集的數據進行智能診斷，能有效減少對專業(yè)技術人員的依賴，方便設備維護人員及時采取措施。更進一步，可以實現(xiàn)診斷專家知識庫的自學習，在監(jiān)測過程中，根據所監(jiān)測的數據結果修正之前的判斷依據，使監(jiān)測系統(tǒng)診斷更加可靠。

（2）遠程診斷。系統(tǒng)不能完全代替油液監(jiān)測技術專家，但在無法單獨解決潤滑故障問題時，可通過遠程診斷系統(tǒng)，將被監(jiān)測設備的數據發(fā)送至遠程故障診斷中心，由潤滑故障診斷專家進行會診解決。

（3）多手段融合。作為三大監(jiān)測手段中的振動監(jiān)測與參數監(jiān)測已經實現(xiàn)了在線方式并獲得了運用。在油液監(jiān)測實現(xiàn)在線化后，使三大手段融合在同一套監(jiān)控軟件中，實現(xiàn)全面監(jiān)測與綜合故障診斷，提高設備的運行可靠性。

（4）遠程監(jiān)測。實現(xiàn)由多參數監(jiān)測（黏度、水分、磨損、污染度、油溫）→多檢測點監(jiān)測（單一企業(yè)的多個受控機組）→多手段融合（離線、在線、設備參數）→多行業(yè)專家網絡中心組成的層級網絡專家系統(tǒng)。

3.2 油液在線監(jiān)測技術的應用

（1）實現(xiàn)潤滑油油質和旋轉機械磨損的實時在線監(jiān)測，通過監(jiān)測溫度、電導率等參數的突然變化，實現(xiàn)機械故障的早期預警，有助于提升企業(yè)設備自動化管理水平。

（2）通過對潤滑油含水率、黏度、密度等參數的實時連續(xù)監(jiān)測，可實現(xiàn)對潤滑油的健康評估，通過激勵管理來延長潤滑油的生命周期。

（3）節(jié)能、減排、降耗，降低維修、檢測和勞動力成本。

（4）實現(xiàn)現(xiàn)場監(jiān)測數據網絡共享，為生產經營和管理者提供決策依據。

4 柱塞泵潤滑油乳化監(jiān)測裝置的設計與研究

4.1 柱塞泵潤滑油使用分析

85W-90 齒輪油乳化原因及監(jiān)測參數的確定

（1）現(xiàn)場潤滑油變質原因。①現(xiàn)場柱塞泵動力端潤滑油往往由于外部水滲入，造成短時間內乳化，部件潤滑效果不良；②柱塞泵動力端潤滑油長期使用，潤滑油黏度下降，達不到潤滑效果。

（2）在用85W-90 齒輪油理化試驗結果。100 ℃運動黏度16.87 mm2/s；40 ℃運動黏度220.4 mm2/s；水分為痕跡。

黏度判定標準：運動黏度（100 ℃）/（mm2/s）：13.5～24.0 為合格。

水分判定標準：車輛齒輪油國標規(guī)定≤0.03%為痕跡，≥1%為報廢。

4.2 柱塞泵潤滑油測量裝置

研制柱塞泵潤滑油水分、黏度傳感器，根據85W-90 齒輪油特性參數，對傳感器進行測試、標定。

水分傳感器采用電容原理，傳感器通過浸入油的方式，流通該區(qū)域的油品作為絕緣液體，電容值的改變同絕緣電場的介電常數成比例，介電常數值同油品中的水分值成比例，通過電容微信號處理技術以及標定數據庫曲線，將測試的電容值轉換成含水信號輸出。

黏度傳感器采用音叉諧振技術，浸泡于油中，安裝在管路中時位置在管路拐角處，使油液流動方向平行于探頭的水平方向。

4.3 智能傳輸模塊

采集固井施工中柱塞泵潤滑油監(jiān)測裝置檢測到的數據，通過智能遠程傳輸模塊（RTU）處理采集的實時數據，在具備網絡環(huán)境的前提下，通過4G 網絡，將數據實時上傳至數據中心服務器，數據幀傳輸頻率可在后臺自由設置。

4.4 系統(tǒng)平臺潤滑油監(jiān)測模塊

設計制作后臺系統(tǒng)油液監(jiān)測模塊。電腦端軟件可查看柱塞泵潤滑油實時監(jiān)測數據及歷史數據；微信端實現(xiàn)數據查詢及預警信息推送功能，方便日常數據查看及設備狀態(tài)跟蹤。

5 柱塞泵潤滑油乳化監(jiān)測裝置的應用

5.1 現(xiàn)場應用

通過在兩臺水泥車上安裝連接潤滑油監(jiān)測、傳輸裝置，并維護回傳數據（圖1、圖2），實現(xiàn)了對水泥車柱塞泵潤滑油水分、黏度的實時監(jiān)測。

5.2 經濟效益

（1）應用柱塞泵潤滑油監(jiān)測裝置后，各級管理、操作人員可實時查看柱塞泵潤滑油水分、黏度及設備運轉情況，為設備管理的提升提供了數據支撐，提高了管理效率。

圖1 柱塞泵潤滑油監(jiān)測裝置

圖2 傳輸模塊連接

（2）水泥車300 型柱塞泵每年大修費用平均在16 萬元左右，不僅增加成本而且對后期的生產組織、安全管理工作影響較大。使用潤滑油監(jiān)測裝置每套僅花費15 000 元，若將監(jiān)控范圍擴展到固井設備各個總成件（發(fā)動機、變扭器、柱塞泵、差速器等），利用物聯(lián)網技術將事后維修模式轉變?yōu)轭A防性維護，實時掌控設備狀態(tài)，及時進行維?；蚓S修，規(guī)避設備故障或設備事故的發(fā)生，大幅降低柱塞泵維修費用，達到既降本增效、又實現(xiàn)設備安全管理的效果。

6 結語

柱塞泵潤滑油乳化監(jiān)測裝置的應用，是設備實現(xiàn)物聯(lián)網遠程狀態(tài)監(jiān)測的良好開端，不僅能提高設備完好率，而且能為設備的使用管理提供準確的數據支撐。進一步拓展物聯(lián)網遠程狀態(tài)監(jiān)控技術，還可以在現(xiàn)有基礎上，從以下3 個方面進行持續(xù)改進：

（1）繼續(xù)推廣安裝柱塞泵潤滑油乳化監(jiān)測裝置。增加柱塞泵潤滑油壓力遠程監(jiān)測裝置，安裝柱塞泵振動傳感器，深度分析數據，開展故障診斷，擴展應用范圍。

（2）深度開發(fā)水泥車柱塞泵潤滑油監(jiān)測技術，不斷完善軟硬件功能，通過1～2 年的數據累計，形成柱塞泵潤滑油管理數據庫，打通潤滑油使用管理和固井設備實現(xiàn)物聯(lián)網管理模式的發(fā)展瓶頸。

（3）研究基于固井設備的物聯(lián)網遠程狀態(tài)監(jiān)控技術，對設備狀態(tài)進行大數據分析，助推固井設備管理水平的提升。