油品檢驗分析- 使用中柴油引擎曲軸箱油的分析和解說(一)

2006-06-05

油品檢驗分析-使用中柴油引擎曲軸箱油的分析和解說(一)

吳世榮

前言
柴油引擎是最主要的營運生產機具之一，廣泛的使用於陸上運輸、發電動力、營造建築和船舶引擎等方面。潤滑油的使用管理影響其運轉效能和營運成本甚巨，以定期的舊油分析來發揮滑油最經濟有效的使用，特別是中速的筒型柴油引擎上，是十分必要的。這項傳統的油品檢驗分析技術早已行之有年，其主要的意義在於判斷引擎內運轉的機油是否仍維持在良好的狀態，足以滿足使用的需求，這至今仍是相當重要的工作。當然在新的潤滑管理觀念下，藉由定期的舊油分析來建立合理有效的潤滑管理模式或確定延長換油保養的間隔，更是確保順暢運轉，降低成本，和提高效能的重要依據。

從引擎和潤滑機油之間相互的依存變化模式所逐年累積的經驗裡頭，我們得到很顯著的證明，在引擎開始產生不正常的問題時，首先就是反應在潤滑機油裡的異常狀況。例如，燃油噴油嘴的毛病會導致燃油的稀釋現象，不完全燃燒會導致烷不溶分的增加。從這個角度去考慮，汽缸和活塞環的磨耗可以從油中鐵含量來判別，軸承的磨損則會有軸承金屬成分呈現在油中，空氣慮芯不良則會使不潔空氣中的灰塵進入引擎中。這些各式各樣的污染或髒東西會各尋管道進入潤滑機油裡，大體而言，上述這些問題都會在引擎顯示各種毛病徵兆之前，先造成機油狀況，顯現在機油中。

換句話說，藉著適當的潤滑油品檢驗，是可以先期診斷出可能的毛病，並且在引擎產生嚴重的破壞之前採取適當的防禦措施的。理論上而言，這是最理想的模式，但在實際的狀況下，我們固然是可以從油品檢驗中察覺出鐵、矽、銅等等元素是否超出正常的最低標準，然而接下來檢測其可能連帶的化學變化的工作則十分艱難。

完整的化驗報告包含結果及變化趨勢
雖然這些微量元素的測定對於油樣分析和引擎設備有相當重要的關係，但是早期的化學檢測方式不僅費時且又複雜，因此上述元素的檢測並不很實際可行。隨著知識技術的進步，更方便有效的化學檢測方法也快速的發展，並且能有效的應用在這些引擎油樣的分析檢測裡。

歷經了許多時間和經驗的累積，我們了解到選用顏色測定技術和光電吸收測定儀器的方法可以迅速的取得檢測結果，而且相當的精確。也就是說，經由這些方法得到的結果很精確且再現率相當的高，這對於使用油的監控分析提供了一項極為實用且有效的檢測方法。我們進一步的強調，這個檢測技術最便於使用的地方在於同時間需檢測大量類似油樣的檢測工作上，因為每一個別油樣待檢時所要花費的準備時間是相當長的，如果我們能夠同時準備多量相類似的待檢油樣則可以省下不少工作上的麻煩。也因此這個檢測方法已被那些常常經手處理大量類似油樣的專業檢驗機構所廣為接受，採納使用。

另一個主要的檢測方法為可以直接讀出檢驗結果的光譜儀。這種儀器使用上極為快速省時，但在設定和校準的工作上也是比較費時，所以仍舊是較適用於多量相類似油樣的快速分析作業上；它還有另一個也可以算是缺點的特性則是儀器設備的價格相當昂貴。

而更新的油品檢驗分析儀器持續的發展，例如AA原子光譜吸收儀器（Atomic Absorption）的使用，再接著ICP光譜學分析的使用等等。這種設備的發展和使用是因整體的操作既迅速且確實，比較之下又簡單泛用。基於此，這種儀器也已廣為使用者所接受。

雖然光譜學及儀器的廣泛應用主導著油品檢驗分析方法的發展，但是如何對所得到的檢驗結果作正確的分析判斷和解讀，才是這油品檢驗分析最主要的意義。本篇所探討的目的，是想要列出一些通用的參考準則以利於相關人員對傳統的油品檢驗分析結果作合理的解讀，另一方面則是指出我們在解讀各類型光譜學儀器所測得的微量元素時，所應該遵循的基本原則。

油樣的基本說明
使用手動真空抽油泵取樣

談到油樣的檢測分析，首先確定所取得的油樣必須具代表性是不用置疑的，因為這一小瓶的油樣必須能顯現出整個系統設備的狀況。如果考慮作ICP光譜學分析，則更須加倍的小心經手油樣。我們在此不厭其煩的再三強調正確取樣避免污染的重要性，因為即使是一小片的銹或一小粒沙子，都可能破壞了整個檢驗分析的結果。

使用套裝的取樣工具如真空泵，標準取樣容器、詳實記錄的貼紙、避免污染的拉鍊式塑膠袋、郵寄用的紙盒容器等缺一不可；更重要的是適當長度的塑膠軟管，以便能順利的伸入引擎機油尺孔取樣，抽取油樣最好是在引擎溫熱時取樣（最理想的取樣條件是引擎運轉的時候，但曲軸箱內的油品會因引擎運轉而擾動可能比較不易順當的抽取油樣）。如果要從引擎的洩油口取樣，請務必先清潔取樣點，再旋開洩油螺絲放出油品，同時取樣容器也必須潔淨無污染。取樣點最好是固定的地方，使得檢驗結果的滑油變化趨勢更具代表性。

傳統的檢驗分析作法
傳統的使用中潤滑油樣檢驗分析通常包括下列部分或全部的項目：
比重
閃火點
黏度
燃油稀釋
灰分
正戊烷不溶分
苯不溶分
總鹼價或總酸價
元素分析

在油品的檢驗分析工作完成之後，通常將所得到的數據和該油品未使用之前的數值相對應比較其差異。而其中的困難之處在於判斷這些差異變化的幅度是否嚴重，更要緊的是要決定是否需將原使用中的油品排掉並更換新油，或者建議採取某些修正的動作。

我們要再次強調這裡所提到的檢驗分析所得到的數值，或甚至是一般大多數的產品資料上的數值規範是用以為參考指引的，不應該視之為絕對的限制數值，更不可能因其中一項特性的結果而作為最終判定的依據，因為各項特性或多或少都是互有依存的關係。例如，某一油樣檢驗結果黏度偏高，這通常會連帶著較高的不溶分數值，但是不溶分的數值如果仍然維持在較低或正常的數值，則油樣的高黏度可能是來自不正確黏度油品的補充所導致，或者是其他的污染如水分污染的結果。而各不同引擎型式的差異是另一個考量的因素。


使用適當的設備正確取樣
舉個例子來說，滑油受到某種程度的污染對於大型船舶引擎而言，可能無任何負面的影響，但類似的污染對於小型的高速柴油引擎則全然無法承受。不同製造廠家的引擎，其運轉的狀況或要求的條件也可能有所不同。

最後更需要能明確的了解到，除了少數個案有極為明顯的異常者之外，一般而言不太可能從單一的油樣檢驗分析當中，找出許多有效的結論來。過去常碰到客戶要求我們從僅有的檢驗報告來作為各類型責任的依歸。有些具規模的廠家會要求單一的數據，以建立統一的不合用標準，客戶們所持的理由是想要有一套單純且固定的作業準則，讓這些對油品不甚熟悉的人員都能依照作業準則行事。這個看似簡單的小事情，其實是個極為艱鉅的挑戰，因為要從油樣檢驗分析的結果來得到恰當的解讀，需要有一連串的定期檢驗分析來建立起合理的趨勢結果。

再次強調，在這篇技術文件裡頭所談到的規格限制等各項數值僅為參考指引之用，而非一成不變的嚴格規則。因為這些規格限制是根據不同廠牌型式的引擎所得到的參考值，這些引擎有大有小，設計條件及要求各有千秋。況且各廠家對於引擎效能和滑油特性的相互關係，其觀點和期待差異可能很大。更何況引擎設備製造廠家，通常並不願意針對使用中的滑油發佈所謂的適用參考值。其中所謂的”大”引擎是以船舶用的中速筒型柴油引擎而言，其汽缸的直徑常常是將近一英呎的大型設備。

比重
（下期續）