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光谱仪在油液分析中的可靠性问题研究

时间:2020-07-20 13:57 点击次数:
 引言
    磨损和腐蚀是现代石化设备的两种失效形式,其中磨损失效占60%到80%[1,2]。现如今,油液分析技术广泛用于石化设备的状态监测和故障诊断。通过油液分析技术进行石化设备性能改变的监测和油液磨粒的分析,可以获得机械润滑和磨损状态的信息,从而可以评估和预测机械设备运行状态,进而确定失效原因和失效形式[3]。在分析过程中,理化指标分析可以有效地监测设备的润滑状态,油料光谱仪对磨粒进行定量的分析[4,5]。将多种监测手段获得的信息进行融合,得出诊断结论是十分重要的。
    高压锅炉给水泵A和高压锅炉给水泵B是石化公司的核心设备,它们的功能是提供14.5MPa和135 ℃的锅炉给水给裂解炉鼓,释放高压蒸汽驱动分馏气体压缩机涡轮。一旦两机械设备失效,整个乙烯生产将会瘫痪。即使技术人员这些年积累了一些故障诊断的经验,但缺少进行科学的分析和诊断,因为他们的经验判断得不到设备实际运行状态参数的验证,因此对锅炉给水泵的诊断精度较差,光靠他们的经验判断显然不能满足设备长期运转的要求。石化公司要求炼油设备可以长期运转和定期设备检修。通过检测油液污染物、润滑油金属磨损程度以及趋势可以及时对设备进行状态监测和故障诊断。
     在机械故障诊断中,油液分析通过获得的参数能很好地判断设备的润滑磨损状态,指导维修决策,因而被广泛采用。光谱仪应用于机械油液分析中,是油液分析所采用的重要手段之一。光谱油液分析方法适用于任何封闭式循环润滑系统,例如燃气轮机、柴油机和汽油机、变速箱、齿轮箱、压缩机水压系统中的润滑油液。[6]光谱仪是具有较高精确度及重复性的快速实验室用油液分析仪器,具有快速、准确、方便的特点。[7]因此,研究其应用可靠性具有十分重要的意义。
    1.发射光谱学原理
    光谱仪一般用于检测和定量分析存在于小悬浮微粒中或溶解于天然或合成石油产品中的元素。光谱仪在油液分析中的应用包括机器油液分析和燃料油分析,机器油主要为润滑油和液压油。
光谱仪采用的是发射光谱原理,发射光谱学(OES)是一项用于检查和定量分析材料中组成元素的技术。OES利用每个元素都有其特有的原子结构的事实。当吸收到附加的能量时,每个元素发出特有波长的光,或颜色。因为没有两个元素有相同的光谱线,所以元素能够被分辨出来。发射光谱线的亮度与对应的元素在油样中的数量成正比,这样可以确定元素的浓度。在通常情况下,激发之前,每个元素的电子以它的最低能量旋转,称为“基态”。在激发过程中,辐射源的能量被传递给油液或燃料,导致样品汽化。原子中的电子吸收能量并暂时被迫离开其原子核而到达一较高的、不稳定的运行轨道。在达到此不稳定状态后,电子释放所吸收的能量并返回基态或稳定状态。所释放的能量是一特定值,与受激原子内电子跃迁的能量变化值相对应。能量以光的形式发出,此光线有一固定的频率或波长(频率与波长成反比),其由电子跃迁时的能量决定。由于有些复杂原子的许多不同电子可能会有多种不同的能量跃迁,所以会发出许多不同波长的光线。这些光谱线唯一地对应于某种元素的原子结构。光谱线的强度正比于样品中被测元素的浓度。如果在样品中存在不止一种元素,则对应每个元素将分别会出现明显不同波长的光谱线。为了辨别和定量分析在样品中出现的元素,必须分开这些谱线。通常在许多可能的选择中只有一条光谱线被选来决定某一元素的浓度。被选谱线一般亮度较大,并能免受其它元素光谱线的干扰。为了实现这个目的,需要一套光学系统。所有的发射光谱分析仪系统都由三个主要部分组成。它们是:1)激发源,2)光学系统,3)读出系统。

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