在线监测—油液分析的未来之路陈闽杰曾安李秋秋贺石中（广州机械科学研究院设备状态检测研究所，广东广州，510701）摘要：研究了油液分析未来的发展趋势与方向。

通过对基于实验室检测的油液分析技术目前在各个行业领域的应用状况与国内外在线传感器发展情况的分析，说明在线监测将以其时效性与便于维护性而成为未来油液监测的主流。

另一方面，分析了在线监测目前仍存在的不足，提出了一种监测系统的构建模型，讨论了在线油液监测未来的发展方向。

关键词：实时监测，油液分析，视情维护，专家系统Online Monitoring - the road ahead of Oil AnalysisCHEN Min-jie, ZENG An, LI Qiu-qiu, HE Shi-zhong(GMERI Equipment Condition Detect institute Guangzhou 510701, China)Abstract: The trend and direction of oil analysis is discussed based on the analysis on the application of lab based oil analysis technology in commercial and military area and the online sensor development to indicate that the online monitoring will be the mainstream by its real time and easy to service characteristics. On the other hand, analyze the deficiency of online monitoring, put forward a construction model of monitoring system and discuss the development of online oil monitoring in future.Key words: real time monitoring; oil analysis; condition based maintenance; expert system1. 前言油液状态监测的首要目的是对油品劣化、污染和机械磨损的早期发现与预警。

首先，机械磨损的早期发现是设备视情维修的基础，可以在设备发生严重磨损与失效之前安排检修，减少设备损坏；其次，根据设备状态合理安排检修时间，减少故障停机与定期检修对生产的影响；再次，提高了设备的平均故障间隔时间，提高了生产率。

此外，对油品的劣化与污染的早期发现与预警，是从根源上切断作者简介：陈闽杰，（1983-），男，硕士学历，工程师，主要研究方向：设备润滑故障诊断与状态检测技术研究。

设备异常磨损的诱因。

基于实验室检测的油液分析技术目前已经广泛应用于各个行业领域中，同时也逐步显露出其存在不足的一面。

而在线式检测以其时效性与便于维护性备受人们关注。

随着传感器技术与人工智能的日渐成熟，实时油液监测系统的开发也提上了日程。

本文讨论了离线式油液监测在工业应用中存在的问题，在线式油液分析如何用自身的优势来解决这些问题。

另一方面，通过对在线传感器发展现状的分析，说明了在线监测下一步的应用场合。

2. 离线式油液监测的现状离线油液分析即实验室分析，它主要基于石油产品质量评定方法、光谱元素分析与铁谱技术，从设备润滑系统或液压系统中取出一小瓶样品，送到实验室进行检测，并依靠专家经验对设备的油质状态、污染状态与磨损状态进行评价并给出指导建议，全部结果输入计算机系统，以方便查阅并形成历史趋势。

离线监测是目前油液分析的主要形式，在为汽车、港口、石化、冶金、制气、化工、石油开采、运输、水泥、电力等行业的大型压力机、大型减速箱、气体压缩机、高精度伺服液压系统、大型燃气透平机、大型水轮机组等关键设备的润滑磨损状态分析中发挥了重要的作用。

但是，离线监测也存在一些固有的问题。

2.1 技术上的问题1．检测消耗时间太长。

目前油液分析实验室采用的是石油产品质量评定的标准方法与检测实验室的管理体系，需要时间长，一般完成一个样品的检测全过程需要二到五天时间。

检测结果精确，但事实上在状态监测中更注重的是趋势而不是数据的精度。

2．部分检测仪器价格昂贵，体积庞大，不适合在企业一级推广使用。

3．分析铁谱对人员素质的依赖较大，不适合大面积推广以及检测流程的提速。

2.2 应用中的问题1．取样不一定有代表性。

有些大型润滑系统的用油量可到几十立方，而离线监测的取样量一般只有几百毫升。

典型磨损颗粒被稀释而不一定能够被及时发现。

2．送检周期太长。

一般从取样到送至最近的专业油液实验室，到得到分析报告，需要几天甚至几个星期时间。

3．应用地域有限制。

有些交通不便的企业或取样不便的设备很难开展定期的离线监测。

如远洋船舶与风电齿轮箱。

3. 在线监测的特点与应用对大部分被监测系统来讲，离线分析是完全能够满足需要而不存在上述的种种问题。

但是对于部分关键设备，如连续生产线上的设备、不能轻易停机的设备和无法开展定期油液监测的大型设备来说，在线监测会是一个更好的选择。

3.1 在线监测的优势1．实时监测。

完成一次在线监测一般只需要几分钟到几十分钟的时间。

结果自动进入数据库。

2．无需取样。

直接对回油管或齿轮箱中的油液进行分析，避免了取样不具代表性和二次污染等问题。

也同时解决了难取样系统的困扰，以及取样的人工成本。

3.2 在线监测当前存在的不足1．前期投入成本高昂。

包括传感器的成本与监测软件系统的成本使得在线监测的大范围应用存在很大困难。

2．技术稳定性有待验证。

作为一项新生技术，有些传感器没有经历过工业现场的长期考验。

3.3 在线监测的应用1．轧钢线、冲压线等连续生产线上的大型设备，为了不影响整条生产线的停顿，必须保持关键设备的正常运转。

2．透平机组，包括水电厂大型水轮机、火电厂蒸汽轮机等，一旦发生故障停机，损失巨大，并且影响电网稳定。

3．风电场风机齿轮箱。

数量众多，取样难度大，并且油样寄送也不方便。

4．远洋船舶上大型柴油机与液压系统。

远洋航行时无法送油样至岸基实验室，船载检测设备能力有限。

4. 在线传感器的发展现状与离线监测技术一样，在线监测传感器也可以相应地分为三大类：油品品质、元素分析与油中颗粒。

油品品质包括各种直接或间接测量油品的添加剂消耗，氧化，热分解或其他理化性质，同时也包括在离线监测中被归为污染范畴的油中水含量，因为在在线监测中油中水含量会导致油品本身品质的变化。

元素分析用于分析油中的污染元素、磨损金属元素与添加剂元素的含量。

油中颗粒包括对油中金属与非金属颗粒的尺寸、数量的测量和可能的来源的判断。

4.1 油品品质传感器目前对油品品质的测量较为成熟的方法包括油品粘度、介电常数和水饱和度的测量。

其中介电常数与水饱和度有多家成熟的商业化产品，包括kittiwake油品品质传感器、Kavlico油品品质传感器、Lubrigard介电传感器、kittiwake公司的FG-K16946-KW相对湿度变送器和芬兰V AISALA公司的MMT330相对温湿度变送器等等。

我国先波公司的FWS-2型在线液体粘度传感器也在工业实践中取得不错的应用效果。

另外基于红外光谱原理的传感器也正在开发中，这种传感器能够测量油品的氧化、添加剂消耗、燃油稀释及含水量等指标，以Foster-Miller的油品状态监测器为代表。

4.2 元素分析传感器与实验室元素分析仪器主要基于ICP-AES不同，在线元素分析主要基于X射线荧光光谱法。

比较有代表性的产品是美国Advance Technology Materials Research 的XFS与太平洋西北国家实验室的XRF。

但由于价格昂贵等原因，目前实现工业应用还有较大困难。

4.3 油中颗粒传感器对油中颗粒的检测，既有单纯对油中颗粒进行颗粒计数的，如HIAC、Hydac、Pall、PAMAS等公司的相关产品；也有专门针对油中磨损金属颗粒进行检测，以判断设备磨损量的，如kittiwake、Eaton、MACOM、GasTOPS、Manor等公司的相关产品。

还有一种将颗粒计数与磨损分析相结合的产品，以LaserNet Fines为代表。

它采用在4微米到大于100微米的范围按照颗粒大小和特征进行排列的激光图像处理技术来分析颗粒。

尽管有些油液监测技术工作者对其结果的可靠性表示质疑，但是商业应用上，它无疑是成功的。

西安交通大学以谢友柏院士为首的研究团队开发的在线铁谱仪既能够分析油中的大小磨损颗粒含量，也能够获取磨粒的实时图像，具有其它产品不具备的独特优势。

5. 在线监测系统的构建与发展方向5.1 在线检测系统的构建对于不同的润滑系统，所需要监测的指标也不相同。

如柴油机润滑系统不需要监测污染度指标，风机齿轮箱的监测重点在于磨损状态分析。

因此，需要根据不同的监测对象及监测重点来选择相应的传感器。

图1为某一透平机系统采用的监测系统框图。

图1 透平机组监测系统框图1．控制器软件功能实现对各个传感器的数据采集接收，并通过以太网或GPRS送往控制室的上位计算机；负责对所采集信号的补偿和校准，以及数据采集参数的设定。

2．上位机软件功能接收从集成传感器传来的采样数据，并可以包含实时显示、数据存储、趋势分析、超限报警、智能诊断和维护建议等功能。

5.2 在线监测系统的发展方向1．智能诊断对于实时监测系统来说，利用利用专家知识库对所采集的数据进行一定程度的智能诊断是必须的。

它能够有效减少对专业人员的依赖，方便设备运维人员及时采取措施。

更进一步的话，可以实现诊断专家知识库的自学习，在监测的过程中，根据所监测的数据结果来修正之前的判断依据，使专家系统诊断更加全面可靠。

2．远程诊断专家系统并不能完全代替油液监测技术专家。

在发生企业无法单独解决的润滑故障问题时，可通过远程诊断系统将被监测设备的数据发送至远程故障诊断中心，由润滑故障诊断专家进行会诊。

3．多手段融合作为三大监测手段中的振动监测与参数监测早已经实现了在线方式并获得了广泛的运用。

在油液监测实现在线化后，能够使三大手段的融合在同一套监控软件中，实现全面监测与综合故障诊断，进一步提高设备的运行可靠性。

4．远程监测形成一个覆盖多行业、多服务对象的专家网络中心，由位于各个企业的在线式检测系统向诊断专家中心实时传输监测数据，并融合离线式检测数据和设备的运行状态参数，由故障诊断专家出具诊断建议，指导协助工矿企业的设备主管及时安排设备的设备维护。

实现由多参数监测（粘度、水分、磨损、污染度、油温）——多检测点监控（单一企业的多个受控机组）——多手段融合（离线、在线、设备参数）——多行业专家网络中心组成的层级网络专家系统。