油品在线监测系统

一、   概述：

   油品在线监测系统主要是对机械设备运行过程中的油品质量监测，能够进一步确保油品的质量，并有效防止油品的失效，提高设备的可靠性运行，提升设备的使用寿命，

   油液在线监测系统，采用先进的颗粒检测技术，粘度计检测技术，电导率检测，含水分析检测，在线监测大型设备润滑系统，润滑油品的劣化状态、污染状态、磨损状态，便于及时采取措施处理或更换避免损坏设备。

二、   现状分析：

1   机械杂质和洁净度

   由于润滑油系统的特殊性，对于汽轮机润滑油的颗粒度一般要求（NAS1638   7级—8级）, 如果颗粒度不合格，可能会引起汽轮机系统磨损而发生严重的安全事故。

2   运动粘度

   粘度是汽轮机润滑油重要的一个特性，油的粘度对轴颈和轴承面建立油膜、决定轴承效能和稳定特性都是非常重要的。同时粘度还决定了油的流动能力和油支撑负荷和传送热量的能力。因此，粘度超标（降低）会对转动部件的寿命造成不良影响。

3   酸值

   酸值是反映汽轮机油劣化变质程度的一项化学指标。酸值升高说明机油发生了劣化，产生了酸性物质。酸值越高，其升高的速度也就越快。油中劣化生成的酸性产物会不同程度的影响油的破乳化度、颗粒度、泡沫和空气释放值等性能。同时高酸值的油对金属部件、密封件有腐蚀作用，运行中油的酸值应控制在0.2mgKOH/g（加防锈剂的汽轮机油酸值应控制在0.3mgKOH/g）以内。

4 液相锈蚀

   润滑油中有超指标水量存在，不但会使运转机件金属表面产生锈蚀，同时还会加速润滑油的氧化变质。汽轮机油中大于0.1%的水存在就会产生锈蚀。如果油中同时还有水溶性酸存在，锈蚀的情况将更严重。所以防锈性是汽轮机油的一项重要指标。

5 破乳化度

   破乳化度是机油控制的一项重要性能指标。汽轮机油中所含水份达到饱和后，由于油中存在能引起油乳化的表面活性物质以及油在系统循环产生的搅拌作用会使油质发生乳化，不但会破坏油的成膜和极压特性，其油膜特性变差，严重影响油的润滑性能，危及汽轮机的安全运行，而且油中乳化状态的水会加速油质的劣化变质，还会造成金属表面的锈蚀现象的发生。

6 水分

   油中水份的存在会加速油质的老化及产生乳化，同时会与油中添加剂作用，促使其分解，导致设备锈蚀。所以，汽轮机油应保证水份在合格的范围之内。水份存在的原因可能是由于冷油器泄漏、大气中湿气进入油箱或轴封部件密封不严，蒸汽进入油中所致。

三、油品在线监测系统实施过程

   采用工控机编制虚拟仪器系统，把颗粒度，电导率，粘度，密度，含水量传感器模块集成在一起，通过建立数学模型，把各项参数指标显示监控，和标准控制指标比较，判断油品质量。

1、在线颗粒度实现：

油液品质在线颗粒度检测仪

油液污染度，颗粒度，磨损在线监测

   应用光学成像技术和先进的图像处理软件，能在线分析各种机械设备的润滑油液。通过在线检测油液的颗粒度，磨损金属的形状以及趋势来监测诊断设备的运行工况。早期预警和排除隐患，从面能大大的降低机械设备非正常停机的可能性。

   该仪器能及时提供任何一时间点的诊断结果，同时保持有大量的历史数据以便对比分析，通过趋势分析能确认机械设备早期的隐患，以便采取预性性维护。

技术特点

通过数字成像技术，能识别气泡，水珠等，      比目前使用广泛的遮光法技术可靠，准确。

监测参数

油液染度，颗粒度。

大于20u-的颗粒分类(可选项)；疲劳磨损：滑动磨损，切削磨损。

在线监测油液污染度，颗粒度，输出标准,ISO4406, NAS I638,SAE AS4059,等

探测通道和范围4. 6. 10. 14. 21. 38, 70µ.

自动分类(可选项)大于20µm的颗粒用于分析设备的故障根源。

可分类，疲劳磨损：滑动磨损，切削磨损。

对设备运行状况早期诊断，通过预防性维护，延长润滑油和设备的使用寿命。

系统具有自我诊断，自我校准补偿功能。

可设置报警值。

   在线污染度检测仪，是一款智能、轻便而有效的分析仪器，且具有许多特点，它可以在线实时显示来自液压和润滑系统的油液污染情况，使设备维护者能够在早期进行干预，以防止污染物对液压系统部件的磨损或破坏，不仅把修理费用降到低限度，而且减少了设备的停机时间，提高系统的安全性，延长设备的使用寿命。

在线污染度检测仪产品型号说明如下：

1.2 适用领域

   在线污染度检测仪采用彩色显示屏，以数字和图形方式显示油液污染度状况，可用以检测矿物油或磷酸酯类合成油，如液压油、润滑油、变压器油（绝缘油）、汽轮机油（透平油）、齿轮油、发动机油等油液。目前广泛应用于航空航天、电力、石油、化工、交通、港口、冶金、机械、汽车制造等领域。

1.3 使用注意事项

   为确保在线污染度检测仪测量工作正常，液压系统应能够为传感器（进油口和出油口）提供不小于20Psi（1.3Bar）的压力差，且要控制通过传感器的被检测油液流量在50mL/min到300mL/min之间，否则影响传感器正常测量结果。

   传感器检测油路比较狭窄，应确保待测油液中没有肉眼可见的大颗粒（>100微米）或者透明絮状物，避免堵塞传感器检测油路。

   当油路中有明显气泡时，应首先采取消除气泡措施，确保待测油液中没有明显气泡，否则将影响测量的准确性。

1.4 主要技术指标

   重    量：538 g

   尺    寸：63mm×88mm×45 mm

   环境温度：-20℃～60℃

   油液温度：-20℃～80℃

   存储温度：-40℃～85℃

   湿    度：相对湿度20%～85%下工作，无冷凝；存放湿度98%

   颗粒尺寸：2µm，5µm，15µm，25 µm或4µm(c)，6µm(c)，14µm(c)，21 µm(c)

   接口螺纹规格：M10×1mm

   污染度等级标准：

u   ISO 4406 01～29

u   NAS 1638 00～12

   在线工作流量：50mL/min ~300 mL/min

   工作电源：DC 12V ~ 24V   (电源纹波<30mVp-p)

   重复性精度：±0.5 ISO级别   

   校准周期：1年

1        产品安装方法

2.3 安装操作

2.3.1   管路连接

   颗粒度检测仪分为低压和高压两种工作状态。低压工作方式可以分为两种连接方式，分别为直通方式连接和加装低压阀芯连接，高压工作状态下通过加装高压阀芯进行管路连接，其中加装高压阀芯连接和加装低压阀芯管路连接方式是相同的。也就是说，按照连接方式，KLD-Z产品可分为直通方式连接方式和加装阀芯连接方式。

注：KLD-Z工作的的低压和高压环境分别指低压差和高压差，请提前与我公司销售或售后人员说明。

   根据管路连接方式的不同，KLD-Z检测仪器流通油液路径是不同的，直通连接方式的油液内部流通图如图2.3所示，加装阀芯连接方式的油液内部流通图如图2.4所示。

图2.3 直通连接方式的油液内部流通图     

图2.4 加装阀芯连接方式的油液内部流通图       

   检测仪器的直通连接方式外管路连接如图2.5所示，颗粒度检测仪左侧接口为进油口，右侧接口为出油口。两侧接口均连接M10×1mm的测压接头，测压接头另一头的螺纹规格为M16×2mm，可连接标配的测压软管，请将软管管路与进出油口正确对接，确保管路连接处不漏油。

   检测仪器的加装阀芯连接方式的外管路连接与直通连接方式的外管路连接方式是相同的，不同的只是出油口的接口位置为颗粒度检测仪的右下方接口。

   根据检测环境及工作压力的不同，选择适合的产品型号以及合适的管路连接方式，将在线污染度检测仪外部管路连接完成后接于需要监控的液压系统的取样点上，可将检测仪器并联到需监控的液压系统中（如：过滤器或单向阀等器件两端），也可将检测仪器进口接于监控的液压系统的取样点上，出口油液流回油箱。

2、运动粘度和密度实现：

在线粘度密度综合分析仪

（一）    HYND-300：主要完成污染油和标准油粘度和密度发生的变化，从而判断油品中含杂质的量。

（二）    振动在线测粘度原理

当圆筒、球、圆环等物体在流体中作自由旋转振动时，其振幅将受粘性力矩的作用而衰减，衰减系数与流体粘度有关，选流体振动体为筒体，粘度的计算公式为:

μ=f/4πh/(1/R₁² -1/R₂²),其中，

μ：流体粘度

f：流体力阻

h：圆筒的高度

R₁：圆筒的外径

R₂：圆筒的内径

对仪器上述公式可简化为：μ=λδ

λ：仪器系数，由标定液得出

δ：振动衰减系数

HYND利用电磁振荡波形衰减法测试粘度，原始信号正比于λδ。通过微处理器计算后输出线性信号。

HYND是一套高精度的流程粘度计，几乎能适用于任何液体和量程

HYND一般用SS316不锈钢制作，也可以选用特殊材料。有适用于不同压力温度范围的设计。也可以提供从罐中或管道中抽出的结构。

HYND系列粘度计能满足各种在线粘度测试的要求。可用于牛顿和非牛顿流体。在非牛顿流体中精度会有所下降，但仍能保持很高的重复精度，一致地反映生产过程粘度变化。

牛顿流体（触变性）流变曲线

非牛顿流体（触变性）流变曲线图：     

由上图可看出，在低剪切率下粘度值斜率越大，越容易体现粘度的变化区间，而在高剪切率下则粘度测量值变化较大，即斜率变化大。振动式测量在线粘度计可以参考实验粘度计标准下物料粘度值作比对，由此得出的数据，在其他工艺条件发生变化时物料的粘度值变化时，能准确的反映出粘度来。   以保证稳定的测量。

油品质量检测，也可应用在粘度在0～500mpa.s，密度0.5～2.5g/cm³安装位置比较小的装置

特点：

u   宽量程设计，多量

u   精度高，重复性好，稳定性强

u   温度、粘度密度参数显示(内置PT1000传感器)

u   多粘度密度单位自动设定

u   无磨损件，免维护

u   安装方便，操作简单

u   多种规格传感器可选，还可订制。

技术参数：

产品性能

信号响应时间：5s

材料： 316 不锈钢(标配);

可选其他材料

处理： 标准:高度磨光

加铁氟龙涂层

环境级别：IP68

电源： 24V DC

输出：粘度4~20 mADC

    密度4~20 mADC

    温度4~20 mADC

Modbus

防护级别：IP67

防爆标准：ExdIIBT6

标定：标准样品液

粘度单位：任意设定

螺纹连接M20*1.5

3、在线酸度和电导率测试仪实现：

酸度主要测量设备腐蚀状况，电导率和密度主要检测铁屑的含量。

仪器主要用途及适用范围

   本仪器是带单片微型计算机的在线监测仪器，主要用于电站（电厂）及石油、化工、制药、环保等部门连续监测电导率或酸、碱浓度。

1.2 仪器的正常工作条件

a) 环境温度：(－5～+50)℃；

b) 相对湿度：不大于90％；

c) 供电电源：交流电压(220±22)V，频率(50 ±0.5)Hz；

d) 测量探头使用温度：55.0℃；

e) 测量探头使用压力：0.5MPa；     f) 周围空气中无腐蚀性气体存在；

g) 周围除地磁场外无明显电磁场影响；

h) 周围无影响仪器性能的振动存在。

1.3 仪器主要特点

a) 用电磁感应的方法测量溶液中的电导率，无极化现象，测量，维护方便；

b) 仪器内部带有单片微型计算机，能对溶液作的温度补偿；

c) 仪器既可测量（0～10）%的HCl溶液浓度或（0～10）%的NaOH溶液浓度，又可测量一般溶液的电导率，其中电导率有（0～50）、（0～200）、（0～500）、（0～1000）mS/cm四档量程；

d) 大屏幕点阵式液晶显示器同时显示被测溶液的温度和浓度（或电导率），浓度（或电导率）值已自动折算到25℃时的值；

e) 可输出（4～20）mA隔离电流信号，且输出信号对应的测量范围可任意调节；     f) 具有RS-232或RS-485（任选一种）的数字通信功能；

g) 具有上、下限报警功能；

h) 仪器工作参数具有断电保护功能，即断电后再启动不必重新设置参数。

i) 采用金属机箱，具有IP65防护等级。

2、输出信号

2.1 隔离输出电流与被测电导率之间的关系

仪器（4～20）mA电流输出所对应的测量范围可由用户设置，例如：被测溶液的电导率范围为（200～600）mS/cm之间，为了能在输出信号中更好地体现被测电导率值，可将输出上限设置为600，输出下限设置为200，当然，为了方便换算，也可将输出下限设置为0。输出信号与测量值的关系由下式计算：     G=（Sout-4）×（XH-XL）÷16+XL  

式中：G---  为测量值；

Sout---为输出电流；

XH---为输出上限；

XL---为输出下限。

2.2 数字通讯格式

主机发出信号#0AH、#0DH、#XXH（仪器的机号），选中机号的仪器接收到后即按下面的格式向主机通信。

其中：握手信号、型号、结束符为16进制数，其余为ASCII码；型号为＃06H，代表本仪器；

机号为仪器的编号；

量程为浓度或电导率值的单位及小数点位置，具体是：               0～HCl%               

1～NaOH%               

2～XX.XmS/cm               

3～XXX.XmS/cm               

4～XXXmS/cm              

5～XXXXmS/cm；

电导率正/负及温度正/负为0则正数，为1则负数；

电导率为被测浓度或电导率值，依次从高位到低位；

4、在线含水分析仪

WOA-1000-A原油含水分析仪以电磁波为工作频率，通过发射装置，将恒幅、稳频的电磁波电能发射到含水原油中。根据油中含水量的不同，介质吸收的波能量不同，探测装置将这个因原油含水量不同而引起吸收电能不同的信号传送到DCS系统或者监测器。经处理、放大、线性校正后输出一随油中含水量而变化的标准电信号，该信号转换为含水比例。

适用范围：含水分析仪适合于应用于油田原油脱水站、转运站、计量站、卸油站、输油管道及炼油厂等需要计量、监测油中含水量的部位。尤其适合于原油中、低含水检测，对于化工产品的含水检测同样适用。

工作电源：DC16~32V 

信号输出接口：4~20mA电流或 RS485/MODBUS通信电气连接：M20内螺纹

仪器分辨率达0.01%，测量精度如下：

①量程0~3%：实时精度 ±0.1%，累积精度±0.05%；②量程3~10%：实时精度 ±0.5%，累积精度±0.1%；③量程10~100%：精度 ±1.5% 介质温度：0~160℃；介质压力

5、工控机编制虚拟仪器系统集中管理上述各个模块的参数，进行分析处理，和控制指标对照，判断出油品污染程度。油液在线监测系统可一次性测出油液的金属颗粒含量、粘度、密度、温度、介电常数、水分、6个指标

四、本项目重点解决以下问题：

1、各个参数采集传感器微型化，镶嵌5G模块，无线传输。

2、采用虚拟仪器，灵活编程，丰富计算功能，简单硬件配置。