Poprawnie smarować i diagnozować, czy przedwcześnie remontować?

W ostatnich latach można zaobserwować w przemyśle tendencje do ograniczania kosztów eksploatacji maszyn i urządzeń, przy jednoczesnej poprawie ich niezawodności i dyspozycyjności. Wynika to z czysto ekonomicznego podejścia. Rosnące wymagania rynkowe i konkurencja zmuszają do poszukiwania nowych rozwiązań. Następuje przekładanie tych oczekiwań na dostawców materiałów, urządzeń i usług, zmuszając ich opracowywania nowych racjonalnych ekonomicznie i niezawodnych rozwiązań.

  Z doświadczeń eksploatatorów i użytkowników maszyn i urządzeń oraz własnej praktyki serwisowej wiemy, że problemy związane ze smarowaniem maszyn są bardzo powszechne i występują we wszystkich branżach przemysłowych, niezależnie od wielkości i stopnia złożoności zakładów. 

Niewłaściwe smarowanie jest przyczyną:

• przedwczesnego zużycia elementów maszyn i urządzeń, a nawet awarii;
• nadmiernego zużycia olejów, smarów i części zamiennych,
• pogorszenia niezawodności i dyspozycyjności maszyn,
• nieplanowanych przestojów,
• zanieczyszczenia środowiska i nierzadko poważnych katastrof ekologicznych,
• wzrostu kosztów utrzymania ruchu,
• powstawania strat produkcji,
• obniżenia zysku przedsiębiorstwa i wszelkich konsekwencji z tego wynikających.

Nasuwają się pytania:

• Czy jest skuteczne narzędzie, które pozwoliłoby na kompleksowe rozwiązywanie problemów związanych ze smarowaniem maszyn i urządzeń?
• Czy istnieje prosta zależność pomiędzy efektywnością profilaktyki smarowniczej w prowadzeniu eksploatacji a kosztami utrzymania ruchu?

Tak, pod warunkiem że działania prowadzone będą profesjonalnie i kompleksowo z ciągłym wykorzystaniem wiedzy z zakresu:

• rozwoju technologicznego środków smarnych,
• rozwoju technologicznego urządzeń i systemów smarowania,
• rozwoju metod i urządzeń do pielęgnacji eksploatowanych olejów,
•   rozwoju metod monitorowania i diagnozowania procesów eksploatacji maszyn (analiz olejowych, pomiarów drgań, termowizji i innych badań nieniszczących), co w połączeniu z komputerową obróbką uzyskiwanych danych oraz odpowiednią wiedzą z zakresu zarządzania utrzymaniem ruchu i smarowaniem umożliwi uzyskanie odpowiedniej efektywności smarowania parku maszynowego.

Rozwiązaniem problemu jest wprowadzenie kompleksowego serwisu olejowo-smarowniczego (potocznie serwisu olejowego), będącego częścią tzw. strategii aktywnego (czynnego) utrzymania ruchu (Proactive Maintenance) − większego modelu eksploatacji maszyn i urządzeń zorientowanego na optymalną niezawodność i z założenia eliminującego możliwość wystąpienia poważnych awarii.

Strategie utrzymania ruchu maszyn i urządzeń

W tym miejscu należy przypomnieć, że rozróżnia się następujące systemy (strategie) utrzymania ruchu maszyn i urządzeń:

• System korekcyjny (Curative/Breakdown Maintenance) – naprawa lub wymiana komponentów na skutek awarii urządzenia lub znacznych odchyleń parametrów pracy od zadanych wartości. Inna nazwa: strategia awaryjna.
• System prewencyjny (Preventive Maintenance) – profilaktyka obsługowa, jest to podstawowa strategia UR, która może przybierać cztery różne formy: okresową, resursową, według możliwości dostępu oraz uwarunkowaną stanem zużycia (defektacja); Inna nazwa: strategia prewencyjna.
• System prognostyczny (Predictive Maintenance) – obsługa na podstawie stałych lub okresowych obserwacji oraz pomiarów parametrów pracy krytycznych elementów urządzenia (np. łożysk) i formułowanie prognozy wystąpienia awarii (monitoring objawów nadchodzącej awarii). Inna nazwa: profilaktyka bierna.
• System aktywny (Proactive Maintenance) – monitoring urządzeń pod kątem wykrywania potencjalnych źródeł nieprawidłowości. Inna nazwa: profilaktyka czynna. 

 Nowoczesne praktyki utrzymania ruchu będą wymagać coraz doskonalszych metod diagnozowania stanu urządzeń, a analizy olejowe powinny stać się podstawowym narzędziem w rękach pracowników utrzymania ruchu.

Integracja różnych metod diagnostycznych

Profilaktyka czynna będzie efektywna, gdy szybko i tanio zostaną pozyskane informacje o pojawieniu się procesów zużycia elementów maszyn, zdiagnozowane zostaną przyczyny oraz przeprowadzone skuteczne działania zapobiegawcze.

W praktyce analiza drganiowa i monitoring oleju są dwiema podstawowymi metodami nadzoru maszyn wirujących i tłokowych. Analizy olejowe i monitoring drgań nawzajem się uzupełniają, jednakże osobno nie stanowią pełnej informacji o stanie maszyny. Obie metody pozwalają na wykrycie źródeł potencjalnych uszkodzeń, które, jeżeli nie zostaną usunięte, mogą doprowadzić do awarii. Ponadto obie dostarczą informacji o uszkodzeniu, przyczynie i tempie postępowania, sugerując tym samym podjęcie odpowiednich działań korygujących.

W przeważającej części zakładów przemysłowych w Polsce istnieją bariery organizacyjne uniemożliwiające wykorzystanie informacji pozyskiwanych z różnych źródeł diagnostycznych (tzn. brak lub nikła współpraca służb diagnostyki cieplno-mechanicznej z diagnostami olejowymi oraz ze służbami ruchowymi i remontowymi).

Przyczyn tych problemów można doszukiwać się w błędach popełnianych podczas tworzenia strategii utrzymania ruchu (UR), która powinna zawiera ć następujące etapy:

• Opracowanie optymalnych technicznie i ekonomicznie programów UR, indywidualnie dla poszczególnych systemów technicznych i obiektów majątkowych.
• Pozyskanie zasobów dla realizacji tych programów (specjaliści, narzędzia, usługi obce).
• Wdrożenie rozwiązań systemowych dla celów zarządzania procesami UR (procedury post ępowania, rozwiązania informatyczne, systemy rozliczeń zleceń konserwacyjno- -remontowych).

W aspekcie diagnostyki olejowej w przemyśle wciąż występuje konserwatywne podejście do problemu. Ci ężar nadzoru nad eksploatacją środków smarnych przerzucony jest najczęściej na laboratoria chemiczne, nieposiadające odpowiednich kompetencji w zakresie diagnostyki, natomiast służby diagnostyczne lub/i s łużby zarządzające smarowaniem oraz eksploatacją nie mają kompetencji z zakresu własności środków smarnych. Konsekwencją takiej organizacji działania jest słaba integracja wiedzy dotyczącej stanu urządzeń w zakładzie (mocno rozproszona), a w ślad za tym, niejasna odpowiedzialność za wskaźniki i koszty eksploatacji.

Wytypowanie urządzeń do objęcia nadzorem smarowniczym

Istotnym aspektem pozostaje kwestia wyboru urządzeń do objęcia nadzorem. Brak danych nt. kosztów smarowania i związanych z nim problemów powoduje, że użytkownicy intuicyjnie lub z przyzwyczajenia skupiają się tylko na ewidentnie ważnych urządzeniach, zapominając o innych (które w eksploatacji mogą generować również wysokie koszty utrzymania ruchu). Np. wg GE Bently Nevada wiele systemów analiz olejowych w energetyce skupia się tylko na monitoringu urządzeń krytycznych (turbogeneratory), które i bez nich są zazwyczaj dobrze monitorowane. To oznacza, że większość urządzeń (nawet 90%) nie jest prawid łowo nadzorowanych [5].

W chwili obecnej towarzystwa ubezpieczeniowe ubezpieczające majątek produkcyjny coraz częściej uzależniają wysokość składek ubezpieczeniowych od udokumentowania poprawnego prowadzenia diagnostyki olejowej dla maszyn i urządzeń produkcyjnych/wytwórczych. Zjawisko to b ędzie się z czasem pogłębiać, wymuszając na eksploatujących pozyskiwanie właściwych danych z monitoringu oleju.

Efektywne smarowanie

Kompleksowy serwis olejowy jest zespołem działań techniczno-organizacyjnych zapewniających najbardziej optymalne warunki smarowania maszyn i urządzeń przy możliwie najniższych kosztach tych działań. Jest nierozłączną częścią systemu eksploatacji maszyn i urządzeń zorientowanego na niezawodność. Nale ży zawsze pamiętać o odniesieniu kosztów utrzymania ruchu do planowanych do osiągnięcia korzyści.

Najcz ęściej spotykane problemy (i przyczyny źródłowe) związane z nieodpowiednim smarowaniem w zakładach to [4]:

• rozproszona odpowiedzialność za smarowanie maszyn i urządzeń (nie ma jednej osoby/komórki organizacyjnej odpowiedzialnej za smarowanie całego parku maszynowego zakładu),
• źle zdefiniowane/zidenty fikowane wymagania urządzeń co do smarowania,
• zbyt wiele różnych środków smarnych w użyciu,
• źle zaplanowane działania smarownicze,
• brak zapisów z wykonanych czynności,
• brak nadzoru nad czystością olejów i układów olejowych,
• źle zaprojektowane (dobrane) lub niska jakość środków smarnych w użyciu,
• niezidentyfikowane inne problemy techniczne w urządzeniach,
• wykonywanie zadań smarowniczych przez niewykwalifikowany personel,
• źle wyszkolony (niekompetentny) personel,
• brak reakcji na informacje uzyskane od personelu obsługi smarowniczej,
• nierozwijanie (aktualizacja) programu smarowniczego.

Efektywny program smarowniczy obejmuje:

• zarządzanie gospodarką smarowniczą całego parku maszynowego przedsiębiorstwa,
• sporządzanie i aktualizowanie instrukcji eksploatacji w zakresie smarowania maszyn i urządzeń,   szkolenie pracowników zajmujących się eksploatacją i utrzymaniem ruchu maszyn i urządzeń,
• dobór środków smarnych,
• dostawę i magazynowanie środków smarnych i materiałów pomocniczych,
• wymianę i uzupełnianie olejów i smarów,
• czyszczenie i płukanie układów olejowych i systemów smarowania maszyn i urządzeń,
• pielęgnację olejów w eksploatacji,
• monitorowanie olejów w eksploatacji i diagnozowanie stanu technicznego maszyn i urządzeń w oparciu o wyniki badań olejów i zarządzanie wynikami badań,
• definiowanie i planowanie działań zaradczych i naprawczych,
• realizację zaplanowanych działań zaradczych i naprawczych,
• gospodarkę olejami przepracowanymi i innymi odpadami związanymi ze smarowaniem.

Monitoring oleju w eksploatacji

Olej w maszynie może być najlepszym i najtańszym źródłem informacji o jej stanie technicznym, pod warunkiem że będzie systematycznie badany (monitorowany) pod kątem obecności i rodzaju cząstek zużyciowych, czystości i dynamiki zmian określonych parametrów fizykochemicznych. Poprawnie zaplanowany i realizowany program analiz i diagnostyki olejowej pozwala na maksymalne wydłużenie funkcjonalności urządzeń oraz ich niezawodności, przy jednoczesnym obniżeniu kosztów utrzymania ruchu (monitoring zanieczyszczeń zawartych w oleju oraz produktów zużycia podzespołów pozwala na wykrycie zużycia, zanim nastąpi poważna awaria i kosztowny postój urządzenia).

Znajomość olejów stosowanych w urządzeniach i ich ograniczeń w eksploatacji pozwoli na poprawną, długoletnią eksploatację urządzeń (ale i samych olejów).

Istotą analiz oleju jest obserwacja zmian parametrów oleju w czasie (trendów zmian), z uwzględnieniem założonych limitów granicznych dla poszczególnych parametrów.

Jakie powinny być limity poszczególnych parametrów monitorowanych w oleju?

Odpowiedź nie jest jednoznaczna ze względu na indywidualność każdego układu olej – maszyna.

Wyznaczane są one z jednej strony przez producentów oleju oraz przez niektórych producentów urządzeń jako poziomy krytyczne (oraz popularnie stosowane wytyczne organizacji branżowych lub normatywnych, a z drugiej strony wynikają z analizy trendów zmian tych parametrów w czasie.

Interpretacja analiz olejowych powinna się opierać raczej na obserwacjach trendów zmian własności. Porównując wyniki badań z ostatniej próbki z poprzednimi, można zaobserwować, które parametry się zmieniły i określić ich dynamikę zmian. Reasumując:

• trendy obrazują dynamikę zmian badanych parametrów w czasie,
• analiza trendów pozwala na aktywne reagowanie na podstawie uzyskanych informacji lub na przygotowanie się do przyszłych zdarzeń,
• obserwacja trendów pozwala na podejmowanie uzasadnionych decyzji,
• trendy rozpatrywane są zarówno dla pojedynczych parametrów, jak i dla grup parametrów, które pozwolą potwierdzać przypuszczenia i postawić diagnozę).

Najważniejszą (ale i najtrudniejszą) umiejętnością w prowadzeniu diagnostyki olejów jest zdolność wiązania faktów eksploatacyjnych i korelacji wyników analiz. Do tego potrzebna jest znajomość środków smarnych i smarowanych urządzeń. 

Pięć podstawowych praw czynnego utrzymania ruchu gwarantujących sukces w praktyce smarowania:

• Utrzymuj urządzenie w prawidłowej kondycji (poprawnie wykonane remonty i montaż, wyczyszczone układy olejowe),
• Stosuj właściwy środek smarny.
• Utrzymuj smarowane elementy urządzenia w czystości.
• Dbaj, by olej smarujący (roboczy) był suchy (bez wody).
• Staraj się, by olej i smarowane elementy miały niską temperaturę.

Uzyskanie potwierdzenia powyższych stanów wymaga zastosowania wielu technik, jednakże w praktyce, kategorie testów wykonywanych w monitoringu olejów w eksploatacji dzielą się na:

Określające zużycie elementów:

• zawartość pierwiastków metali ze zużycia elementów,
• całkowita zawartość cząstek zużyciowych ferromagnetycznych (PQindex),
• ferrografia analityczna;

Określające zanieczyszczenia w oleju:

• klasa czystości oleju,
• ilość (i ewentualnie postać) cząstek stałych,
• zawartość pierwiastków z zanieczyszczeń,
• zawartość wody,
• zawartość innych substancji zanieczyszczających (np. sadzy, glikolu, paliwa, gazów rozpuszczonych).

Określające stan oleju:

• stopień zużycia /zestarzenia/ (zawartość produktów starzenia),
• rezerwę oksydacyjną,
• własności reologiczne,
• własności palenia,
• własności związane z napowietrzaniem oleju (skłonność do pienienia i zdolność wydzielania powietrza),
• skłonność do emulgowania,
• inne, specyficzne dla aplikacji.

Najczęstszym błędem popełnianym przez użytkowników jest skupianie się na wolno zmiennych w eksploatacji parametrach fi zykochemicznych samego oleju, zamiast na parametrach związanych z zanieczyszczeniami i zużyciem elementów.

Z kolei badanie czystości oleju nie może ograniczać się jedynie do określenia klasy czystości oleju, ale do szczegółowej kontroli zanieczyszczeń, a przede wszystkim wykrytych metali i ich związków w zakresie:

• składu chemicznego,
• postaci,
• wielkości i ilości cząsteczek,
• czy są produktami zużycia elementów maszyn,
• skąd pochodzą,
• kiedy powstały lub kiedy się przedostały,
• jaka jest dynamika przyrostu,
• czy powstają z powodu pogorszenia własności oleju, a jeżeli nie, to z jakie go powodu powstają,
• czy powodują pogorszenie własności oleju,
• czy powodują dalsze zużycie elementów maszyn itp.

Systematyczna kontrola obecności wody i pozostałych zanieczyszczeń w olejach eksploatowanych w urządzeniach umożliwia wykrywanie początków zużycia smarowanych elementów i jest sygnałem o możliwych zmianach własności fizykochemicznych oleju. Monitorowanie produktów zużycia i zanieczyszczeń w eksploatowanych olejach jest podstawą pełnego monitorowania olejów i diagnozowania stanu technicznego maszyn i urządzeń, lecz niestety jest nadal niedoceniane lub wręcz niewykonywane w większości polskich zakładów.

Zdefiniowanie najlepszych działań

Przed rozpoczęciem prac nad wdrożeniem serwisu olejowego należy dokonać audytu smarowniczego. Celem audytu jest określenie stanu obecnego, który wyznaczy punkt inicjujący następne działania i określi ich kierunek. Taka analiza sytuacji powinna być wykonana przez specjalistów posiadających konkretną wiedzę w dziedzinie inżynierii smarowania i diagnostyki oraz duże doświadczenie w zakresie eksploatacji maszyn i urządzeń.

Kształtowanie najlepszych praktyk

Przeprowadzenie szkoleń jest istotnym składnikiem prac nad wdrożeniem odpowiednich rozwiązań do zarządzania gospodarką smarowniczą. Podnoszenie świadomości służb eksploatacyjnych ma również na celu kompleksowe podejście do środków smarnych na każdym etapie ich użytkowania (transport, magazynowanie, dystrybucja, napełnianie i uzupełnianie, zagospodarowanie zużytych, a także pielęgnacja i monitoring w eksploatacji). Zrozumienie ważności zagadnienia i podjęcie decyzji o wprowadzeniu szkoleń ułatwi inwestorowi planowanie i osiągnięcie zamierzonych celów.

Wdrażanie najlepszych rozwiązań

Proces usprawniania i porządkowania gospodarki olejowej zakładu powinien być starannie zaplanowany i przygotowany. Obserwujemy, że coraz częściej dokonuje się w przemyśle kosztownych modernizacji i inwestycji w zakresie systemów do filtracji olejów, magazynów środków smarnych, urządzeń pomiarowo-badawczych, instalacji do przesyłu olejów itp. Inwestuje się także w bardzo drogie zintegrowane systemy do zarządzania przedsiębiorstwami.

Nie zawsze te inwestycje przynoszą oczekiwane efekty, gdyż dość często nie są zbieżne z potrzebami i organizacją przedsiębiorstwa. Często podejmowane są w oparciu o niewystarczającą wiedzę własnych służb, pod wpływem nierzetelnych informacji udzielonych przez dostawców, którym zależy na własnym biznesie.

Modernizacja systemów utrzymania ruchu, w tym smarowania maszyn i urządzeń, jest nieodzowna, bo przynosi wymierne efekty ze względu na eliminowanie awarii, wydłużenie żywotności i poprawy dyspozycyjności parku maszynowego, ale powinna być dokonana w sposób kompleksowy, tak jak to czynią firmy z krajów przodujących w gospodarce. Środki finansowe, które zwykle są wydawane na usunięcie skutków awarii i części zamienne, powinny być przeznaczone na aktywną profilaktykę i przynosić wymierne zyski dla przedsiębiorstwa.

UR

Bibliografia:

^{[1] Materiały własne Ecol sp. z o.o.}

^{[2] J.Fitch, NORIA Corp., „Defining and Executing Excellence in Lubrication”; tłum. i grafika Ecol sp. z o.o.}

^{[3] ASTM D4378-97 (Standard Practice fir In-service Monitoring of Mineral Turbine Oils for Steam and Gas Turbines)}

^{[4] Plant Engineering Magazine, May 16, 1974}

^{[5] James B. Hannon, ExxonMobil Corporation, „Performance evaluation of new and in-service turbine oils”. Practicing Oil Analysis Magazine, March}

Kazimierz Majka jest współzałożycielem i prezesem zarządu Ecol sp. z o.o. z Rybnika, od ponad 30 lat zajmuje się problematyką gospodarki smarowniczej w przemyśle. Współtworzył i rozwijał wiele przedsięwzięć z dziedziny kompleksowego serwisu olejowo-smarowniczego przedsiębiorstw, hydrodynamicznego czyszczenia układów olejowych i wszelkich instalacji przemysłowych, systemów do zarządzania smarowaniem i utrzymaniem ruchu.

Wojciech Majka jest dyrektorem marketingu i rozwoju Ecol sp. z o.o., zajmuje się szeroko rozumianą inżynierią smarowania, rozwijając usługi serwisu olejowego dla przemysłu. Jest konsultantem w zakresie diagnostyki olejowej, smarowania i utrzymania ruchu.

Autor:

Kazimierz Majka, Wojciech Majka