红外光谱在港口机械发动机用油监测方面的研究
——燃油泄漏指标研究

王盛哲

(天津港第五港埠有限公司技术部 天津300456)

红外光谱在港口机械发动机用油监测方面的研究
——燃油泄漏指标研究

王盛哲

(天津港第五港埠有限公司技术部 天津300456)

油品监测作为不解体监测的重要手段，以其方便快捷越来越受到设备管理者的重视。国外开展油品监测依据ASTM,E2412标准，取得了很好的效果。中国于近年来开展红外光谱油品监测，储备了一定的红外光谱油品监测理论和数据，但缺乏系统的国家标准参照。天津港五公司一直致力于油品监测，并将其作为机械设备管理的重要手段，取得了一定的效果。对在红外光谱油品监测中发现的燃油泄漏规律进行了总结整理。

油品监测 红外光谱 ASTME2412标准 燃油泄漏 数学模型 特征峰

1 背景及原因

1.1 企业背景

天津港作为中国北方第一大港，几年来获得突飞猛进的发展，年吞吐能力从几千万吨快速增长为数亿吨。生产效率的提升必须要有现代化的设备作为保证，大量的进口设备成为了生产作业的主力军。为这些设备做好监测和保养是生产作业的重要保障，也是新一代设备油品管理员的重要责任。

1.2 技术背景

现代社会对设备运行可靠性的要求越来越高，激烈的竞争要求设备管理者必须以最低的费用来维持设备的可靠性，状态监测技术为设备的可靠性管理提供了有力的技术支持。同时，国内外的研究结果表明，超过70%,的设备失效都与润滑有关，因此设备的良好润滑是设备可靠性管理的重要基础。[2]油液监测是通过对在用油的监测分析，以判断油品和设备所处状态的一门应用技术。它是通过对油品衰变、污染，以及部件磨损等方面的异常征兆进行早期预报，让设备管理者可以适时进行维护和修理，以避免设备的意外失效，延长油品和设备的使用寿命。

1.3 课题原因

天津港第五港埠有限公司是天津港集团的子公司之一，拥有各种流动机械150余台，全部采用柴油发动机，通过统计分析2014年全年发动机故障，由于柴油泄漏而造成的占到总故障的50%(见表1)。所以，早期排查柴油泄漏故障对机车性能提升有重要意义。

对于判断发动机油中是否混入燃油，国标采用的常规方法是闪点监测和粘度监测，但由于需要的油样量较多，并且操作时间长、效率低，费工费力，不利于广泛开展。现在，国际上普遍应用的技术是“利用趋势分析在傅立叶变换红外光谱仪上进行在用润滑剂状态监测的标准方法”，简称ASTM E2412标准。以下为笔者研究ASTM E2412标准所得出的数据(见表1)。

表1 挖掘机发动机故障汇总Tab.1 Summary of excavator engine failure

2 燃油泄漏指标分析

2.1 实验目的

通过研究ASTM E2412标准，用红外光谱法代替传统闪点、粘度方法测定发动机油中的燃油泄漏比例。

2.2 实验油品

长城高级润滑油公司生产的API CH级SAE 15W/40柴油机润滑油；“0号柴油”；疑似含有柴油的在用油油样4瓶。

2.3 仪器选择

美国安杰伦A2红外光谱仪；“TP625 ”运动产品测定仪(符合GB/T 265—1988标准)；“79-3”型磁力恒温搅拌器；“TP612”全自动闪点测定器(符合GB/T 261—1991标准)。

3 实验方法及结果

3.1 准备柴油

发动机油中的燃料主要是高沸点物质，为了保证柴油与机油混合液更加接近实际工况，需要用老化燃料进行校正。根据行业标准，柴油的老化是加热燃料至107,℃，恒温30,min，使燃油体积减少60%。[1]

3.2 混合油样

配制柴油与机油混合油样，浓度为：0.5%、1%、2%、4%、5%、6%、10%、15%、20%、25%、30%、35%、40%、45%、50%,。

3.3 搅拌

将配制好的油样用磁力恒温搅拌器进行搅拌均匀，减少轻质油与重质油的分层差异。

3.4 实验方法

将准备好的油样逐一进行开口闪点实验(按照GB/T 261—1991标准进行)和100,℃粘度实验(按照GB/T 265—1988标准进行)，方法略，[4]结果如表2、图1：

表2 不同浓度油样闪点粘度变化率Tab.2 Different concentrations of flash point of lubricating oil viscosity change rates

图1 样品浓度、闪点、粘度变化率图Fig.1 Sample concentration，flash point，viscosity change rate

3.5 柴油测定值

用ASTM E2412标准测定各种浓度的油样的红外光谱数据，得出数据列表如表3、图2：

表3 ASTM E2412红外光谱柴油测定值Tab.3Determination of diesel oil by infared spectrum of the ASTM E2412

图2 ASTM E2412红外光谱柴油测定曲线Fig.2 Infrared spectrum diesel measuring curve of the ASTM E2412

4 数据分析

从表2及图1开口闪点得出的结果可以看出，5%以下含柴油闪点数值没有因为混入柴油而降低，因而不准确。笔者通过连续操作闪点实验，发现数值波动性较大，这与温度上升的速度和点火的火焰大小有一定关系。而6%～15%柴油含量数值变化不明显，20%～50%柴油含量数值线性关系也不很明显。因此，通过开口闪点判断柴油含量准确性不高。

从表2及图1“100,℃粘度”测定的结果可以明显看出相关性很强，特别是0.5%～5%柴油含量也能准确找出粘度差异，所以通过粘度实验能够准确判定机油中可能含有的燃油量。但由于费时费力，需要很大精力进行分析，故只能作为监测机油中燃油泄漏的佐证。

通过表3可以看出，油样的实际数值与红外光谱所测定的数据相差很大。由于计算机报告的结果是通过人为设定显示出来的，所以通过调整设定可以准确显示机油中的燃油比例。通过查阅相关资料，燃料油与润滑油之间的差别是通过芳烃含量多少体现，柴油作为燃料油的一种，也具有较高的芳烃，红外光谱法利用芳烃含量来进行测量，[1]ASTM E2412标准下测量芳烃含量的光谱区间是820～825,cm-1，而国内的柴油组分与ASTM E2412标准的柴油芳烃含量不同，光谱区间也有所不同。[3]所以选用合适的光谱区间才能正确分析机油中的柴油含量。通过差谱叠加方式观察红外图谱可以看出柴油芳烃含量光谱区间。如图3所示。

图3 红外光谱叠加图谱Fig.3 Infrared spectrum overlay

通过两个叠加图谱可以清楚看出芳烃含量光谱特征区间在794～821之间，这与ASTM E2412标准下测量芳烃含量的光谱区间820～825有较大出入，借此可以看出国内0#柴油与ASTM E2412标准下的柴油芳烃含量明显不同(见图4)。

图4 放大后的叠加图谱Fig.4 Amplified superposition map

笔者通过此种方法对公司150台机车发动机进行油品监测，准确查找出35项程度不一的燃油泄漏故障，并对大修后的发动机喷油嘴雾化良好情况进行了判定，也监测出两台次不达标的问题。

5 结 语

通过此次研究，找到了红外光谱在柴油泄漏中的谱图特征范围为：794～821,cm-1；这段波峰为研究柴油泄漏中的谱图特征峰。

通过红外光谱数学模型的建立和计算，得到了0#柴油混入长城CH15W/40柴油机的斜率指标为2,000，截距指标为-22。

国内红外光谱应用于油品监测还处于起步阶段，很多还停留于理论研究，缺少大量实践数据的丰富。通过研究机油中柴油泄漏在红外光谱中的波峰特征，找到ASTM E2412标准有些指标不适用于长城CH15W/40机油的环节，需要在以后的工作中不断探索研究，并与国内机油实际情况相结合，打造适用于国内油品特点的红外光谱标准。■

［1］ 田高友，褚小立，易如娟. 润滑油中红外光谱分析技术[M]. 北京：化学工业出版社，2014.

［2］ 杨俊杰，陆思聪，周亚斌. 合理润滑手册——油液监测技术[M]. 北京：石油工业出版社，2009.

［3］ 杨其明，严新平，贺石中. 油液监测分析——现场实用技术[M]. 北京：机械工业出版社，2006.

［4］ 朱焕勤，朱成章. 油料化验员读本[M]. 北京：中国石化出版社，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