郑生宏，许丽，马伟华

■计量

油田抽油机减速器润滑系统取样研究

郑生宏1，许丽1，马伟华2

1.中国石油长庆油田分公司设备管理处（陕西西安710018）
2.西安石油大学佳润实业有限公司（陕西西安710065）

介绍了油品取样管理，取样的相关理论、国家标准，取样操作的技术关键及不同工况下的取样方式与方法；并针对油田抽油机减速器现场条件，就减速器中取样方式和方法进行了研究。同时也介绍一种适用于油田现场快速、多品种、大剂量的取样设备。

抽油机减速器；润滑剂；取样

抽油机是油田企业最主要的生产设备之一，其运行的可靠性和经济性是油田企业设备管理的重点。由于抽油机大多处于环境恶劣的野外露天作业，日晒雨淋，环境温差大，雨水及风沙侵蚀严重，使得对抽油机现场的润滑状态监测变得更为重要。

近年来，随着油田设备润滑管理整体水平的逐年提高，抽油机减速器用油也逐渐规范，大家对减速器的润滑管理也越来越重视。开展减速器润滑状态的监测分析，是科学进行减速器润滑管理的一项基础工作。通过对减速器在用润滑剂监测分析获取的参数，能帮助判断设备的润滑及磨损状态,润滑剂性能衰变情况。然而，能否获取有代表性的油样是进行减速器润滑监测分析的重要前提。如果油样代表性不足,将直接导致分析数据有效性下降,造成油液性能评价不准确，及设备故障的虚报或漏报[1]。

目前，针对油田抽油机减速器及类似设备，代表性油样提取方面的研究著述非常缺乏。因此，开展油田抽油机减速器润滑系统取样研究，制定科学的取样方法，开发适宜的取样工具，是实现减速器油液监测的重要前提，对采油现场设备的正确使用和全面润滑管理具有一定的指导意义[2]。

1 取样管理

1.1依据的标准

目前液体石油产品的取样方法有GB/T 4756— 2015《石油液体手工取样法》和GB/T 27867—2011《石油液体管线自动取样法》。

GB/T 4756—2015《石油液体手工取样法》包括两个基本的取样法：油罐取样法和管线取样法。对于一批油品,既可采用油罐取样也可采用管线取样,或者两者都采用,使用两种方法所取得的样品不应被混合[3]。

1.2规范性要求

1）取样时要做好安全防护和防火措施，及时清理取样时泄漏的油品和现场废弃物，防止污染现场环境和设备。

2）保证所取样品的代表性和数量满足分析要求。

3）保证油样标签信息的准确完整，设备运行异常的应书面报告异常现象。

4）按规定周期取样。

5）用吸油软管等一次性物品取样时，不得重复使用，用后按规程处理。

6）每次应在同类设备的同一部位取样。

7）取样后应密封样品瓶并尽快送检，运输距离远的不宜使用玻璃等易破损样品瓶。

8）取样后样品瓶上方应留有1/3～1/4空间。

1.3取样器具要求及样品分类

取样设备及样品容器不应该干扰油品本身的品质，同时取样设备应具备轻巧、操作方便、清洁简单等特点；样品容器可以是玻璃瓶、塑料瓶、带金属盖的瓶或听，瓶壁应光滑，且为平底广口以利清洗，容器的容积一般为0.25～5 L。容器密封可以采用软木塞、磨砂玻璃塞、塑料或金属的螺旋帽。取样瓶参照GB/T 17484—1998《液压油液取样容器净化方法的鉴定和控制》进行清洗和检验[4]。同时，取样器具和样品瓶应定点采购，由专人保管，注意防潮防尘，取样前应检查。

按照取样位置不同，样品可分为12种类型，包括全层样、底部样、组合样、代表性样品、例行样、点样、出口液面样、上部样、中部样、下部样、顶部样、撇取样（表面样）[3]。

2 取样技术关键

获取有代表性的油样，是一项看似简单却又极其重要的工作，油样的代表性是准确进行监测分析的前提。用于油液监测的油样，仅是设备在用油中的小部分，要保证油样中固体颗粒的浓度、大小分布以及油液性质与它们在设备润滑系统中一致,必须建立规范的取样程序、严格控制取样过程，即从取样方法、取样位置、取样周期、取样要求等几个方面进行监控管理，确保所取油样应携带尽可能多的信息，包括油样的清洁度、功能添加剂损耗、水污染、设备磨损和污染杂质颗粒以及样品名称及取样日期等详细信息；同时要尽量减少干扰因素，包括取样方法不合适、取样位置不当、样品信息填写错误、取样器具和样品瓶受污染、取样操作不规范、样品存放和运输不当、在恶劣工况下取样使样品受污染等。

2.1循环润滑系统取样

2.1.1 取样位置

正确的取样位置是成功获取有代表性油样最重要的环节之一。对于循环润滑系统，不同取样位置油液磨粒浓度会有较大差异[5]。为获取有代表性的油样，最佳取样位置应是设备的润滑点附近或回油管路紊流处（如管线拐角和弯管处），在系统循环管线的直线段上取样往往会引起油样颗粒流失。取样位置应处于过滤器、油水分离器之前。因为通过过滤器和油水分离器后将除去油液中污染物及水分，致使油样失去重要价值的信息。选择取样位置时还应避免从放油口处获取油样,且同一设备的取样位置应固定不变[1]。

2.1.2 取样方式

1）循环压力管线取样。在一个有压力的管线中取样,方法很简单,可采用便携式减压管取样、顶针阀取样、球阀取样、便携式顶针阀取样这4种方式。若在高压管线中取样则需要增加螺旋管或减压阀[6]。

2）低压循环系统取样。当排油管或回油管没有足够压力来取样时，需要用到真空泵式取样器，利用真空将油液吸入油样瓶中。

有时一些低压系统的排油管线或回油管线难以接近，或者根本就没有这样的管线，则必须在加压供油给齿轮和轴承的管线上取样。一般取样阀也应当安装在机油泵和过滤器之间[6]。

2.2无循环润滑系统取样

2.2.1 取样位置及取样方式

对于无循环润滑系统，如飞溅润滑的齿轮箱，由于没有被动循环，所以必须从润滑系统的油箱里取样。最容易的方法似乎就是打开油箱底部的放油阀让油流入取样瓶。然而放油口处沉积有较多的固体颗粒，代表性不足，因此应避免从放油口处取样。

实际取样中，最简便、最理想的取样方式是使用一根伸入到油液活动区域的吸油软管，利用真空方式取样，这样可以很好地改善取样代表性问题。通常管子的顶端，也就是取样点应该在距离油液高度1/2处以下，距离油箱壁至少5 cm，距离油箱中的转动部件至少2 cm位置，要避免触及油箱底部。同时出于安全考虑，此方法不宜在设备运行中取样。

另一种方法是使用便携式油循环设备，如滤油小车（取掉过滤网）。该滤油小车可连接在油箱底部将油抽出来，并输送回油箱中进行循环，油液经过5～15 min的循环后就可以在回油管线上的取样阀处取样。

2.2.2 取样时机

对于非循环润滑系统设备，选择取样时机尤为重要。取样的最佳时机应该是设备处在正常运行状态，也就是说在机器处于正常工作温度、负荷、压力和速度的典型时间里取样，尽量避免停机后取样。因为停机后，油中的颗粒将开始沉降，会影响油样的代表性。根据斯托克斯（Stokes）定律，油液中粒径较大的微粒受重力作用，静置时会自然沉降，其沉降速率遵循如下公式：

V=2r2（ρ1-ρ2）g/9η

式中：V为微粒沉降速度，cm/s；r为微粒半径，cm；ρ1、ρ2为微粒与介质的密度，kg/m3；η为分散介质的黏度，kg/(m·s)；g为重力加速度，m/s2。

依据Stokes定律，假设沉降颗粒为球形，分散介质不流动、无杂质等干扰沉降的影响因素存在，针对常用的工业齿轮油，不同类型的颗粒在三种黏稠油液中的理想沉降速度关系见表1。

由表1可见，当设备只有停机才能取样时，则应在停机后立即取样。因为停机后较大颗粒有沉降，而且颗粒越大，润滑剂黏度越小，沉降速度越快。取样位置应离开油液的顶部区，取样深度应随停机时间而改变[7]。

表1 三种材质颗粒物在不同黏度油品中的沉降速度

因此，对于油液承载性能评价时，正常磨损情况下，停机后短时间内取样，停机时间对于油样的代表性影响不太大；而在异常磨损的情况下影响较大，停机后应立即取样。

2.3取样周期

取样周期是指获取油样的时间(或里程)间隔。如果取样周期太长,可能错过能反映设备故障信息的油样；如果取样周期太短,浪费人力和财力。因此，根据设备的实际工况、使用年限等因素合理确定取样周期。

2.4取样器具

为使从油样瓶中提取检测样方便、均一，一般油样瓶装样容积确定为低黏度充入大约3/4的体积；中等黏度充入大约2/3的体积；高黏度充入大约1/2的体积[6]。

若油样需要做铁谱分析、元素分析时，可选择清洁玻璃瓶，如果考察油样抗氧化指标或不能及时检测时，油样建议避光保存。取样瓶不宜用塑料瓶，因为某些塑料与润滑油接触可能产生或分解出塑料颗粒、凝胶体和腐蚀性液体。

当取样器要对不同设备开展取样时，为避免样品被污染，建议与油样接触的取样设备附件为一次性使用或者清洗要快捷、方便。

3 油田抽油机减速器取样

3.1取样方式

抽油机减速器作业工况属重负荷、低转速；其润滑方式是非循环、箱体式、飞溅润滑系统，通过减速器齿轮浸入到箱内润滑油中,携带油液来润滑咬合齿面，同时带起的油液流入箱体结合面的油槽中，进而润滑两端支撑的滚动轴承。

“扎根中国，服务中国”是赛默飞对中国市场的郑重承诺。赛默飞将积极拓展本土合作的深度和广度，将全球领先的科技融入本土化的实践中，帮助本土客户使中国变得更健康、更清洁、更安全。同时加大助推和培养本土创新，助力中国在医疗健康、制药与生物制药、食品安全以及环境监测等各垂直市场领域的蓬勃发展。(赛默飞世尔科技(中国)有限公司)

如前所述，抽油机减速器属于无循环润滑系统，可在采用箱体中定点真空抽样、箱底循环放油等取样方式中选择适合的取样方式。

抽油机减速器限于现场的实际工况，比较便捷的取样方式建议采用箱体中定点真空抽样法。在对油样进行精准化研究时，有条件的单位还是采用箱底循环放油的取样方式。采用真空抽样法时，取样前可对箱体内润滑剂进行搅拌混合，增强取样的可靠性。

3.2取样位置与取样时间

从设备结构看，采用非循环真空抽样法取样时，减速器有两个位置可供取样：一是箱体底部的放油螺丝（油堵）（图1）；另一位置是打开箱体上盖板取样（图2）。

打开箱体底部油堵螺丝直接让油流入取样瓶。如前所述，此方法简单，容易实现，但不是一个理想的取样位置。由于放油口处于减速箱体的死角，在箱内油液正常搅动情况下，此处会沉积较多的固体颗粒、油泥、磨合产生的金属屑等，油样缺乏代表性，因此应避免从放油螺丝处取样。

按照非循环润滑系统取样规范，抽油机减速器的取样位置宜放在箱体中部，使用真空取样设备从减速器上盖板处伸入油液，将吸油管口置于油液高度1/2处以下位置取样。抽油机减速器油液深度一般在17～22 cm左右,可将取样位置定在距箱底8 cm处，同时避免触及油箱壁。此方法不宜在减速器运行中取样，有条件时还应在取样前对箱内润滑油进行充分搅拌。

图1 减速器底部放油螺丝

图2 打开减速器箱体上盖板

为评价取样位置、取样时间对样品代表性的影响，实验室用污染严重的已用油样(40℃运动黏度为150 mm2/s)，验证各种粒径的杂质随取样时间及位置不同的沉降分部情况。先将已用油样在一个容器内搅拌均匀，分3个取样时间点：立刻、静置20 min和静置40 min后，分别从容器内油液的表层、中部及底部位置取样进行检测，用SH/T 0336—1994《润滑脂杂质含量测定法（显微镜法）》观察颗粒物分布，结果见图3、图4、图5。由图可见，不同粒径杂质随沉降时间的延长分布略有差异，粒径大于25μm的颗粒沉降速度较快，而小于25μm的颗粒沉降速度缓慢；从图4静置20 min油样检测结果来看，上、中、下部位小于25μm颗粒物分布基本均匀。因此，抽油机减速器在利用真空抽样法从设备中部取样时，可参见本实验结果，建议取样操作时间在20 min之内完成。

图3 搅拌后立刻取样检测

图4 搅拌后静置20 min取样检测

图5 搅拌后静置40 min取样检测

3.3取样设备的选择

油田设备作业现场的特殊工况，使许多专业取样设备在连续抽取多品种油样时不太适用，可选择的取样设备有限。经过现场多次取样实践，提出如下原则：

1）体积小、重量轻。由于油田抽油机基本都在偏僻的野外作业，现场取样交通工具绝大多数情况下是越野车、皮卡车，所以，取样设备体积小、重量轻方便车辆携带。

2）现场易放置。抽油机减速器上取样操作空间有限，加之抽油机周围是泥土地，设备太过笨重不易挪动，也不易靠近设备开展取样。

3）易清洗，更换快捷、方便。抽油机现场往往开展多台设备、多品种的取样任务，为避免样品之间被相互污染，每次抽样后的取样设备清洗环节尤为重要。设备结构过于复杂，与油液接触的部件不易拆卸，都会影响清洗效果，加之油品黏度较大，油质脏，也将增加现场清洗难度。

4）设备易采购、维护方便。

3.4减速器移动式真空取样机

3.4.1 取样示意图

真空取样示意图如图6所示，移动式真空取样机实物连接示意图如图7所示。

图6 真空取样示意图

图7 取样机实物连接图

3.4.2 工作原理

通过抽真空设备产生真空，经软管连接将负压作用到真空腔套管中，进而使取样瓶中产生负压，油液经吸油软管流入塑料油样瓶中实现取样。吸油软管按要求高度固定在金属杆上，实现减速器内抽样点的定位。

3.4.3 现场操作步骤

1）现场安装好取样设备及电源，准备一次性取样软管、取样瓶，填写好取样标签并贴在瓶上。

2）停机，将减速机摇臂借惯性力旋转到合适位置后拉紧刹车手柄，迅速取下减速器盖板上的紧固螺丝。

3）现场连接好取样组件，并将带标尺线的金属杆插入箱体底部测量油液深度，裁剪一定长度吸油软管并按要求高度固定在金属杆上，伸入箱体油液中，开启取样设备吸取油样到取样瓶中，待达到取样量后关停取样设备实现取样。

3.4.4 注意事项

1）从抽油机停机到取样结束，建议取样过程在20 min之内完成。

2）打开减速箱盖板时，勿让周边杂物掉入箱体内。

3）每取完一种油品后，及时密封油样瓶，并更换取样机的吸油软管，进行另一种油样的抽取。

4）始终在设备同一部位取样。

5）进行精准化研究时，有条件的情况下要对箱体油液进行搅拌混合。

4 结论

1）获取有代表性的油样是实施设备油液分析的前提,因此必须从取样方式、取样位置、取样周期、取样设备及取样要求等几个方面严格控制取样过程，以保障油液监测数据的可靠性。

2）抽油机减速器一般采用飞溅式润滑，属于无循环润滑系统。比较简便、可靠的取样方式是采用中部真空抽样法；取样时机建议在停机后20 min之内完成，当然有条件时也可以采用箱底循环放油的取样方式。

3）抽油机减速器多在野外作业，受减速器结构设计及现场工况限制可采取结构简单、操作便捷的移动式真空取样设备，如文中所提到的取样机，可实现减速器现场采集多品种、大剂量代表性油液的取样要求。

[1]周文新.油液分析中的取样问题[J].设备管理与维修，2008 (3)：51-52.

[2]李雪静.油田采油机械用润滑油的应用状态[C]//中国石油润滑油科技情报站.润滑油科技情报站论文专辑.大连：中国石油润滑油科技情报站，2002:93-97.

[3]石油液体手工取样法：GB/T 4756—2015[S].北京：中国标准出版社，2016.

[4]秦红玲，张月雷，徐春涛，等.油液监测取样容器清洁度标准制定的思考[J].中国设备工程，2011（12）：8-10.

[5]关子杰.润滑油与设备故障诊断技术[M].2版.北京：中国石化出版社，2007.

[6]李开连.油气田设备润滑管理及油液监测技术[M].北京：石油工业出版社，2014.

[7]沈如芸.铁谱磨粒图像预处理与磨粒识别技术研究[D].昆明：昆明理工大学,2008.

[8]汪德涛.设备润滑手册[M].北京:机械工业出版社,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

黄永场

2016-08-15

郑生宏(1963－)，男，硕士，工程师，主要从事设备管理研究工作。