油田抽油機(jī)減速器潤滑系統(tǒng)取樣研究

鄭生宏，許麗，馬偉華

■計(jì)量

油田抽油機(jī)減速器潤滑系統(tǒng)取樣研究

鄭生宏1，許麗1，馬偉華2

1.中國石油長慶油田分公司設(shè)備管理處（陜西西安710018）
2.西安石油大學(xué)佳潤實(shí)業(yè)有限公司（陜西西安710065）

介紹了油品取樣管理，取樣的相關(guān)理論、國家標(biāo)準(zhǔn)，取樣操作的技術(shù)關(guān)鍵及不同工況下的取樣方式與方法；并針對油田抽油機(jī)減速器現(xiàn)場條件，就減速器中取樣方式和方法進(jìn)行了研究。同時(shí)也介紹一種適用于油田現(xiàn)場快速、多品種、大劑量的取樣設(shè)備。

抽油機(jī)減速器；潤滑劑；取樣

抽油機(jī)是油田企業(yè)最主要的生產(chǎn)設(shè)備之一，其運(yùn)行的可靠性和經(jīng)濟(jì)性是油田企業(yè)設(shè)備管理的重點(diǎn)。由于抽油機(jī)大多處于環(huán)境惡劣的野外露天作業(yè)，日曬雨淋，環(huán)境溫差大，雨水及風(fēng)沙侵蝕嚴(yán)重，使得對抽油機(jī)現(xiàn)場的潤滑狀態(tài)監(jiān)測變得更為重要。

近年來，隨著油田設(shè)備潤滑管理整體水平的逐年提高，抽油機(jī)減速器用油也逐漸規(guī)范，大家對減速器的潤滑管理也越來越重視。開展減速器潤滑狀態(tài)的監(jiān)測分析，是科學(xué)進(jìn)行減速器潤滑管理的一項(xiàng)基礎(chǔ)工作。通過對減速器在用潤滑劑監(jiān)測分析獲取的參數(shù)，能幫助判斷設(shè)備的潤滑及磨損狀態(tài),潤滑劑性能衰變情況。然而，能否獲取有代表性的油樣是進(jìn)行減速器潤滑監(jiān)測分析的重要前提。如果油樣代表性不足,將直接導(dǎo)致分析數(shù)據(jù)有效性下降,造成油液性能評價(jià)不準(zhǔn)確，及設(shè)備故障的虛報(bào)或漏報(bào)[1]。

目前，針對油田抽油機(jī)減速器及類似設(shè)備，代表性油樣提取方面的研究著述非常缺乏。因此，開展油田抽油機(jī)減速器潤滑系統(tǒng)取樣研究，制定科學(xué)的取樣方法，開發(fā)適宜的取樣工具，是實(shí)現(xiàn)減速器油液監(jiān)測的重要前提，對采油現(xiàn)場設(shè)備的正確使用和全面潤滑管理具有一定的指導(dǎo)意義[2]。

1 取樣管理

1.1依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)

目前液體石油產(chǎn)品的取樣方法有GB/T 4756— 2015《石油液體手工取樣法》和GB/T 27867—2011《石油液體管線自動(dòng)取樣法》。

GB/T 4756—2015《石油液體手工取樣法》包括兩個(gè)基本的取樣法：油罐取樣法和管線取樣法。對于一批油品,既可采用油罐取樣也可采用管線取樣,或者兩者都采用,使用兩種方法所取得的樣品不應(yīng)被混合[3]。

1.2規(guī)范性要求

1）取樣時(shí)要做好安全防護(hù)和防火措施，及時(shí)清理取樣時(shí)泄漏的油品和現(xiàn)場廢棄物，防止污染現(xiàn)場環(huán)境和設(shè)備。

2）保證所取樣品的代表性和數(shù)量滿足分析要求。

3）保證油樣標(biāo)簽信息的準(zhǔn)確完整，設(shè)備運(yùn)行異常的應(yīng)書面報(bào)告異?，F(xiàn)象。

4）按規(guī)定周期取樣。

5）用吸油軟管等一次性物品取樣時(shí)，不得重復(fù)使用，用后按規(guī)程處理。

6）每次應(yīng)在同類設(shè)備的同一部位取樣。

7）取樣后應(yīng)密封樣品瓶并盡快送檢，運(yùn)輸距離遠(yuǎn)的不宜使用玻璃等易破損樣品瓶。

8）取樣后樣品瓶上方應(yīng)留有1/3～1/4空間。

1.3取樣器具要求及樣品分類

取樣設(shè)備及樣品容器不應(yīng)該干擾油品本身的品質(zhì)，同時(shí)取樣設(shè)備應(yīng)具備輕巧、操作方便、清潔簡單等特點(diǎn)；樣品容器可以是玻璃瓶、塑料瓶、帶金屬蓋的瓶或聽，瓶壁應(yīng)光滑，且為平底廣口以利清洗，容器的容積一般為0.25～5 L。容器密封可以采用軟木塞、磨砂玻璃塞、塑料或金屬的螺旋帽。取樣瓶參照GB/T 17484—1998《液壓油液取樣容器凈化方法的鑒定和控制》進(jìn)行清洗和檢驗(yàn)[4]。同時(shí)，取樣器具和樣品瓶應(yīng)定點(diǎn)采購，由專人保管，注意防潮防塵，取樣前應(yīng)檢查。

按照取樣位置不同，樣品可分為12種類型，包括全層樣、底部樣、組合樣、代表性樣品、例行樣、點(diǎn)樣、出口液面樣、上部樣、中部樣、下部樣、頂部樣、撇取樣（表面樣）[3]。

2 取樣技術(shù)關(guān)鍵

獲取有代表性的油樣，是一項(xiàng)看似簡單卻又極其重要的工作，油樣的代表性是準(zhǔn)確進(jìn)行監(jiān)測分析的前提。用于油液監(jiān)測的油樣，僅是設(shè)備在用油中的小部分，要保證油樣中固體顆粒的濃度、大小分布以及油液性質(zhì)與它們在設(shè)備潤滑系統(tǒng)中一致,必須建立規(guī)范的取樣程序、嚴(yán)格控制取樣過程，即從取樣方法、取樣位置、取樣周期、取樣要求等幾個(gè)方面進(jìn)行監(jiān)控管理，確保所取油樣應(yīng)攜帶盡可能多的信息，包括油樣的清潔度、功能添加劑損耗、水污染、設(shè)備磨損和污染雜質(zhì)顆粒以及樣品名稱及取樣日期等詳細(xì)信息；同時(shí)要盡量減少干擾因素，包括取樣方法不合適、取樣位置不當(dāng)、樣品信息填寫錯(cuò)誤、取樣器具和樣品瓶受污染、取樣操作不規(guī)范、樣品存放和運(yùn)輸不當(dāng)、在惡劣工況下取樣使樣品受污染等。

2.1循環(huán)潤滑系統(tǒng)取樣

2.1.1 取樣位置

正確的取樣位置是成功獲取有代表性油樣最重要的環(huán)節(jié)之一。對于循環(huán)潤滑系統(tǒng)，不同取樣位置油液磨粒濃度會(huì)有較大差異[5]。為獲取有代表性的油樣，最佳取樣位置應(yīng)是設(shè)備的潤滑點(diǎn)附近或回油管路紊流處（如管線拐角和彎管處），在系統(tǒng)循環(huán)管線的直線段上取樣往往會(huì)引起油樣顆粒流失。取樣位置應(yīng)處于過濾器、油水分離器之前。因?yàn)橥ㄟ^過濾器和油水分離器后將除去油液中污染物及水分，致使油樣失去重要價(jià)值的信息。選擇取樣位置時(shí)還應(yīng)避免從放油口處獲取油樣,且同一設(shè)備的取樣位置應(yīng)固定不變[1]。

2.1.2 取樣方式

1）循環(huán)壓力管線取樣。在一個(gè)有壓力的管線中取樣,方法很簡單,可采用便攜式減壓管取樣、頂針閥取樣、球閥取樣、便攜式頂針閥取樣這4種方式。若在高壓管線中取樣則需要增加螺旋管或減壓閥[6]。

2）低壓循環(huán)系統(tǒng)取樣。當(dāng)排油管或回油管沒有足夠壓力來取樣時(shí)，需要用到真空泵式取樣器，利用真空將油液吸入油樣瓶中。

有時(shí)一些低壓系統(tǒng)的排油管線或回油管線難以接近，或者根本就沒有這樣的管線，則必須在加壓供油給齒輪和軸承的管線上取樣。一般取樣閥也應(yīng)當(dāng)安裝在機(jī)油泵和過濾器之間[6]。

2.2無循環(huán)潤滑系統(tǒng)取樣

2.2.1 取樣位置及取樣方式

對于無循環(huán)潤滑系統(tǒng)，如飛濺潤滑的齒輪箱，由于沒有被動(dòng)循環(huán)，所以必須從潤滑系統(tǒng)的油箱里取樣。最容易的方法似乎就是打開油箱底部的放油閥讓油流入取樣瓶。然而放油口處沉積有較多的固體顆粒，代表性不足，因此應(yīng)避免從放油口處取樣。

實(shí)際取樣中，最簡便、最理想的取樣方式是使用一根伸入到油液活動(dòng)區(qū)域的吸油軟管，利用真空方式取樣，這樣可以很好地改善取樣代表性問題。通常管子的頂端，也就是取樣點(diǎn)應(yīng)該在距離油液高度1/2處以下，距離油箱壁至少5 cm，距離油箱中的轉(zhuǎn)動(dòng)部件至少2 cm位置，要避免觸及油箱底部。同時(shí)出于安全考慮，此方法不宜在設(shè)備運(yùn)行中取樣。

另一種方法是使用便攜式油循環(huán)設(shè)備，如濾油小車（取掉過濾網(wǎng)）。該濾油小車可連接在油箱底部將油抽出來，并輸送回油箱中進(jìn)行循環(huán)，油液經(jīng)過5～15 min的循環(huán)后就可以在回油管線上的取樣閥處取樣。

2.2.2 取樣時(shí)機(jī)

對于非循環(huán)潤滑系統(tǒng)設(shè)備，選擇取樣時(shí)機(jī)尤為重要。取樣的最佳時(shí)機(jī)應(yīng)該是設(shè)備處在正常運(yùn)行狀態(tài)，也就是說在機(jī)器處于正常工作溫度、負(fù)荷、壓力和速度的典型時(shí)間里取樣，盡量避免停機(jī)后取樣。因?yàn)橥C(jī)后，油中的顆粒將開始沉降，會(huì)影響油樣的代表性。根據(jù)斯托克斯（Stokes）定律，油液中粒徑較大的微粒受重力作用，靜置時(shí)會(huì)自然沉降，其沉降速率遵循如下公式：

V=2r2（ρ1-ρ2）g/9η

式中：V為微粒沉降速度，cm/s；r為微粒半徑，cm；ρ1、ρ2為微粒與介質(zhì)的密度，kg/m3；η為分散介質(zhì)的黏度，kg/(m·s)；g為重力加速度，m/s2。

依據(jù)Stokes定律，假設(shè)沉降顆粒為球形，分散介質(zhì)不流動(dòng)、無雜質(zhì)等干擾沉降的影響因素存在，針對常用的工業(yè)齒輪油，不同類型的顆粒在三種黏稠油液中的理想沉降速度關(guān)系見表1。

由表1可見，當(dāng)設(shè)備只有停機(jī)才能取樣時(shí)，則應(yīng)在停機(jī)后立即取樣。因?yàn)橥C(jī)后較大顆粒有沉降，而且顆粒越大，潤滑劑黏度越小，沉降速度越快。取樣位置應(yīng)離開油液的頂部區(qū)，取樣深度應(yīng)隨停機(jī)時(shí)間而改變[7]。

表1 三種材質(zhì)顆粒物在不同黏度油品中的沉降速度

因此，對于油液承載性能評價(jià)時(shí)，正常磨損情況下，停機(jī)后短時(shí)間內(nèi)取樣，停機(jī)時(shí)間對于油樣的代表性影響不太大；而在異常磨損的情況下影響較大，停機(jī)后應(yīng)立即取樣。

2.3取樣周期

取樣周期是指獲取油樣的時(shí)間(或里程)間隔。如果取樣周期太長,可能錯(cuò)過能反映設(shè)備故障信息的油樣；如果取樣周期太短,浪費(fèi)人力和財(cái)力。因此，根據(jù)設(shè)備的實(shí)際工況、使用年限等因素合理確定取樣周期。

2.4取樣器具

為使從油樣瓶中提取檢測樣方便、均一，一般油樣瓶裝樣容積確定為低黏度充入大約3/4的體積；中等黏度充入大約2/3的體積；高黏度充入大約1/2的體積[6]。

若油樣需要做鐵譜分析、元素分析時(shí)，可選擇清潔玻璃瓶，如果考察油樣抗氧化指標(biāo)或不能及時(shí)檢測時(shí)，油樣建議避光保存。取樣瓶不宜用塑料瓶，因?yàn)槟承┧芰吓c潤滑油接觸可能產(chǎn)生或分解出塑料顆粒、凝膠體和腐蝕性液體。

當(dāng)取樣器要對不同設(shè)備開展取樣時(shí)，為避免樣品被污染，建議與油樣接觸的取樣設(shè)備附件為一次性使用或者清洗要快捷、方便。

3 油田抽油機(jī)減速器取樣

3.1取樣方式

抽油機(jī)減速器作業(yè)工況屬重負(fù)荷、低轉(zhuǎn)速；其潤滑方式是非循環(huán)、箱體式、飛濺潤滑系統(tǒng)，通過減速器齒輪浸入到箱內(nèi)潤滑油中,攜帶油液來潤滑咬合齒面，同時(shí)帶起的油液流入箱體結(jié)合面的油槽中，進(jìn)而潤滑兩端支撐的滾動(dòng)軸承。

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如前所述，抽油機(jī)減速器屬于無循環(huán)潤滑系統(tǒng)，可在采用箱體中定點(diǎn)真空抽樣、箱底循環(huán)放油等取樣方式中選擇適合的取樣方式。

抽油機(jī)減速器限于現(xiàn)場的實(shí)際工況，比較便捷的取樣方式建議采用箱體中定點(diǎn)真空抽樣法。在對油樣進(jìn)行精準(zhǔn)化研究時(shí)，有條件的單位還是采用箱底循環(huán)放油的取樣方式。采用真空抽樣法時(shí)，取樣前可對箱體內(nèi)潤滑劑進(jìn)行攪拌混合，增強(qiáng)取樣的可靠性。

3.2取樣位置與取樣時(shí)間

從設(shè)備結(jié)構(gòu)看，采用非循環(huán)真空抽樣法取樣時(shí)，減速器有兩個(gè)位置可供取樣：一是箱體底部的放油螺絲（油堵）（圖1）；另一位置是打開箱體上蓋板取樣（圖2）。

打開箱體底部油堵螺絲直接讓油流入取樣瓶。如前所述，此方法簡單，容易實(shí)現(xiàn)，但不是一個(gè)理想的取樣位置。由于放油口處于減速箱體的死角，在箱內(nèi)油液正常攪動(dòng)情況下，此處會(huì)沉積較多的固體顆粒、油泥、磨合產(chǎn)生的金屬屑等，油樣缺乏代表性，因此應(yīng)避免從放油螺絲處取樣。

按照非循環(huán)潤滑系統(tǒng)取樣規(guī)范，抽油機(jī)減速器的取樣位置宜放在箱體中部，使用真空取樣設(shè)備從減速器上蓋板處伸入油液，將吸油管口置于油液高度1/2處以下位置取樣。抽油機(jī)減速器油液深度一般在17～22 cm左右,可將取樣位置定在距箱底8 cm處，同時(shí)避免觸及油箱壁。此方法不宜在減速器運(yùn)行中取樣，有條件時(shí)還應(yīng)在取樣前對箱內(nèi)潤滑油進(jìn)行充分?jǐn)嚢琛?/p>

圖1 減速器底部放油螺絲

圖2 打開減速器箱體上蓋板

為評價(jià)取樣位置、取樣時(shí)間對樣品代表性的影響，實(shí)驗(yàn)室用污染嚴(yán)重的已用油樣(40℃運(yùn)動(dòng)黏度為150 mm2/s)，驗(yàn)證各種粒徑的雜質(zhì)隨取樣時(shí)間及位置不同的沉降分部情況。先將已用油樣在一個(gè)容器內(nèi)攪拌均勻，分3個(gè)取樣時(shí)間點(diǎn)：立刻、靜置20 min和靜置40 min后，分別從容器內(nèi)油液的表層、中部及底部位置取樣進(jìn)行檢測，用SH/T 0336—1994《潤滑脂雜質(zhì)含量測定法（顯微鏡法）》觀察顆粒物分布，結(jié)果見圖3、圖4、圖5。由圖可見，不同粒徑雜質(zhì)隨沉降時(shí)間的延長分布略有差異，粒徑大于25μm的顆粒沉降速度較快，而小于25μm的顆粒沉降速度緩慢；從圖4靜置20 min油樣檢測結(jié)果來看，上、中、下部位小于25μm顆粒物分布基本均勻。因此，抽油機(jī)減速器在利用真空抽樣法從設(shè)備中部取樣時(shí)，可參見本實(shí)驗(yàn)結(jié)果，建議取樣操作時(shí)間在20 min之內(nèi)完成。

圖3 攪拌后立刻取樣檢測

圖4 攪拌后靜置20 min取樣檢測

圖5 攪拌后靜置40 min取樣檢測

3.3取樣設(shè)備的選擇

油田設(shè)備作業(yè)現(xiàn)場的特殊工況，使許多專業(yè)取樣設(shè)備在連續(xù)抽取多品種油樣時(shí)不太適用，可選擇的取樣設(shè)備有限。經(jīng)過現(xiàn)場多次取樣實(shí)踐，提出如下原則：

1）體積小、重量輕。由于油田抽油機(jī)基本都在偏僻的野外作業(yè)，現(xiàn)場取樣交通工具絕大多數(shù)情況下是越野車、皮卡車，所以，取樣設(shè)備體積小、重量輕方便車輛攜帶。

2）現(xiàn)場易放置。抽油機(jī)減速器上取樣操作空間有限，加之抽油機(jī)周圍是泥土地，設(shè)備太過笨重不易挪動(dòng)，也不易靠近設(shè)備開展取樣。

3）易清洗，更換快捷、方便。抽油機(jī)現(xiàn)場往往開展多臺(tái)設(shè)備、多品種的取樣任務(wù)，為避免樣品之間被相互污染，每次抽樣后的取樣設(shè)備清洗環(huán)節(jié)尤為重要。設(shè)備結(jié)構(gòu)過于復(fù)雜，與油液接觸的部件不易拆卸，都會(huì)影響清洗效果，加之油品黏度較大，油質(zhì)臟，也將增加現(xiàn)場清洗難度。

4）設(shè)備易采購、維護(hù)方便。

3.4減速器移動(dòng)式真空取樣機(jī)

3.4.1 取樣示意圖

真空取樣示意圖如圖6所示，移動(dòng)式真空取樣機(jī)實(shí)物連接示意圖如圖7所示。

圖6 真空取樣示意圖

圖7 取樣機(jī)實(shí)物連接圖

3.4.2 工作原理

通過抽真空設(shè)備產(chǎn)生真空，經(jīng)軟管連接將負(fù)壓作用到真空腔套管中，進(jìn)而使取樣瓶中產(chǎn)生負(fù)壓，油液經(jīng)吸油軟管流入塑料油樣瓶中實(shí)現(xiàn)取樣。吸油軟管按要求高度固定在金屬桿上，實(shí)現(xiàn)減速器內(nèi)抽樣點(diǎn)的定位。

3.4.3 現(xiàn)場操作步驟

1）現(xiàn)場安裝好取樣設(shè)備及電源，準(zhǔn)備一次性取樣軟管、取樣瓶，填寫好取樣標(biāo)簽并貼在瓶上。

2）停機(jī)，將減速機(jī)搖臂借慣性力旋轉(zhuǎn)到合適位置后拉緊剎車手柄，迅速取下減速器蓋板上的緊固螺絲。

3）現(xiàn)場連接好取樣組件，并將帶標(biāo)尺線的金屬桿插入箱體底部測量油液深度，裁剪一定長度吸油軟管并按要求高度固定在金屬桿上，伸入箱體油液中，開啟取樣設(shè)備吸取油樣到取樣瓶中，待達(dá)到取樣量后關(guān)停取樣設(shè)備實(shí)現(xiàn)取樣。

3.4.4 注意事項(xiàng)

1）從抽油機(jī)停機(jī)到取樣結(jié)束，建議取樣過程在20 min之內(nèi)完成。

2）打開減速箱蓋板時(shí)，勿讓周邊雜物掉入箱體內(nèi)。

3）每取完一種油品后，及時(shí)密封油樣瓶，并更換取樣機(jī)的吸油軟管，進(jìn)行另一種油樣的抽取。

4）始終在設(shè)備同一部位取樣。

5）進(jìn)行精準(zhǔn)化研究時(shí)，有條件的情況下要對箱體油液進(jìn)行攪拌混合。

4 結(jié)論

1）獲取有代表性的油樣是實(shí)施設(shè)備油液分析的前提,因此必須從取樣方式、取樣位置、取樣周期、取樣設(shè)備及取樣要求等幾個(gè)方面嚴(yán)格控制取樣過程，以保障油液監(jiān)測數(shù)據(jù)的可靠性。

2）抽油機(jī)減速器一般采用飛濺式潤滑，屬于無循環(huán)潤滑系統(tǒng)。比較簡便、可靠的取樣方式是采用中部真空抽樣法；取樣時(shí)機(jī)建議在停機(jī)后20 min之內(nèi)完成，當(dāng)然有條件時(shí)也可以采用箱底循環(huán)放油的取樣方式。

3）抽油機(jī)減速器多在野外作業(yè)，受減速器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及現(xiàn)場工況限制可采取結(jié)構(gòu)簡單、操作便捷的移動(dòng)式真空取樣設(shè)備，如文中所提到的取樣機(jī)，可實(shí)現(xiàn)減速器現(xiàn)場采集多品種、大劑量代表性油液的取樣要求。

[1]周文新.油液分析中的取樣問題[J].設(shè)備管理與維修，2008 (3)：51-52.

[2]李雪靜.油田采油機(jī)械用潤滑油的應(yīng)用狀態(tài)[C]//中國石油潤滑油科技情報(bào)站.潤滑油科技情報(bào)站論文專輯.大連：中國石油潤滑油科技情報(bào)站，2002:93-97.

[3]石油液體手工取樣法：GB/T 4756—2015[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2016.

[4]秦紅玲，張?jiān)吕?，徐春濤，?油液監(jiān)測取樣容器清潔度標(biāo)準(zhǔn)制定的思考[J].中國設(shè)備工程，2011（12）：8-10.

[5]關(guān)子杰.潤滑油與設(shè)備故障診斷技術(shù)[M].2版.北京：中國石化出版社，2007.

[6]李開連.油氣田設(shè)備潤滑管理及油液監(jiān)測技術(shù)[M].北京：石油工業(yè)出版社，2014.

[7]沈如蕓.鐵譜磨粒圖像預(yù)處理與磨粒識(shí)別技術(shù)研究[D].昆明：昆明理工大學(xué),2008.

[8]汪德濤.設(shè)備潤滑手冊[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2009.

This paper introduces the management of oil sampling,the related theories and national standards to sampling,the key techniques of sampling operation and the sampling methods under different working conditions,and the sampling method from the oil pumping unit reducer is studied according to the field condition of the reducer.At the same time,this paper also introduces a kind of sampling equipment which is suitable for rapidly,multi species and large dose sampling.

speed reducer for oil pumping unit;lubricant；sampling

黃永場

2016-08-15

鄭生宏(1963－)，男，碩士，工程師，主要從事設(shè)備管理研究工作。