焦爐機械采用水-乙二醇液壓油的幾個問題探討

梅曉慶

（太原重工股份有限公司技術中心，山西太原030024）

焦爐機械采用水-乙二醇液壓油的幾個問題探討

梅曉慶

（太原重工股份有限公司技術中心，山西太原030024）

從焦爐機械實際應用條件出發，簡述了水-乙二醇液壓油的四個主要特性，然后探討了焦爐機械液壓站及液壓系統設計方面的幾個問題，對于焦爐機械液壓系統的運行和維護提了幾點建議。

焦爐機械；水-乙二醇液壓油；難燃液壓油；密封圈材料

引言

在高溫環境下，采用礦物液壓油的液壓設備，存在因為液壓油泄漏引起火災的危險。因此采用難燃液壓油是一種較好的選擇。水-乙二醇液壓油是一種比較理想的難燃液壓油，在礦山機械、冶金軋鋼、焦爐機械、煤炭井下設備、火力發電、武器設備等領域的液壓系統中得到了廣泛應用［1］。

難燃液壓介質的品種分類主要有水包油乳化液、水的化學溶液、油包水乳化液、含聚合物水溶液、磷酸酯無水化合物、氟化氫無水合成液等。水-乙二醇液壓油（油品代號L-HFC）屬于含聚合物水溶液，是由水（35%～55%質量分數）和乙二醇相溶，并加入水溶性稠化劑、抗氧防銹劑、抗磨劑、消泡劑等制成，也可以用丙二醇、二甘醇或其他聚合物代替乙二醇［2］。水-乙二醇液壓油的難燃性決定于水含量，含水量低于35%時黏度顯著增加，難燃性能大幅度降低。

焦爐爐內炭化室溫度超過1 000℃，爐前操作臺溫度為200℃左右。頂裝式煉焦機械的裝煤車工作于焦爐頂部，攔焦車工作于焦爐焦側操作臺。焦爐爐頂持續高溫，在裝煤過程中，裝煤車導煙管有約600℃的高溫煙氣穿過，并且伴有明火。攔焦車導焦柵內要通過約

1 000℃的紅焦，集塵罩內將通過約700℃的煙塵。因此，頂裝式裝煤車、攔焦車采用水乙二醇液壓油。對于側裝式煉焦機械，導煙車也是工作于爐頂。側裝式煉焦機械的導煙車、攔焦車也采用水乙二醇液壓油。

1　水-乙二醇液壓油的主要特性

基于煉焦機械的工作環境，從影響液壓系統及液壓元件使用功能的角度來看，水-乙二醇液壓油的物理化學特性主要有如下4個方面：

1.1黏度

水-乙二醇液壓油的粘度跟油液的溫度有關，油液溫度升高，其黏度降低。例如某46號水-乙二醇液壓油在20℃時的運動黏度約80 mm2/s，40℃時約43 mm2/s，50℃時約31 mm2/s。水-乙二醇液壓油的黏度跟液壓油的含水量有關，油液含水量的降低，其黏度增加，反之油液含水量升高，其黏度降低。如果液壓油箱工作環境為潮濕環境，水分進入油箱就會改變該水乙二醇液壓油的黏度。水-乙二醇液壓油的黏度還與所含固體雜質有關，雜質會導致黏度增加，堵塞系統中的液壓元件、過濾器等，可能會導致嚴重的后果。

1.2潤滑性能

由于不能在金屬表面生成牢固的極壓潤滑膜，水-乙二醇的潤滑性能低于相同黏度的礦物油。潤滑性能差對于密封問題影響不明顯，但是對于液壓泵造成的影響最大，導致液壓泵軸承成為整個液壓系統的短板。對于滾動軸承支承的齒輪泵和軸向柱塞泵，一般只能按50%額定壓力工作。

1.3腐蝕性

水-乙二醇液壓油為堿性液體（pH=8～10），合格的水-乙二醇液壓油含有抗腐蝕添加劑，對銅、黃銅（青銅除外）不產生腐蝕作用。對于水-乙二醇液壓油，不相容的密封材料有環氧樹脂、酚醛樹脂、聚氨酯橡膠、塑料制品、丁腈膠、氟橡膠、硅橡膠、聚四氟乙烯、尼龍，等。金屬材料如鎘、鎂、鉛、鋅、鋁與水-乙二醇液壓油發生化學反應，產生異物污染油液。另外，有機玻璃材料的液位計、醇酸油漆、皮革等均不適用水-乙二醇液壓油。

1.4揮發性

水-乙二醇液壓油在敞開干燥的自然環境中會慢慢的揮發，其中的水分也隨之蒸發，從而影響水乙二醇油液的物理化學性能，嚴重時會導致不能使用。若油箱敞開過久，水-乙二醇液壓油中的氣態添加劑揮發損失，油箱內碳鋼等金屬表面會發生嚴重銹蝕。

2　焦爐機械采用水-乙二醇液壓油的液壓站設計問題探討

由于水-乙二醇液壓油與礦物液壓油具有明顯不同的特性，焦爐機械液壓站及液壓系統設計和選型要通盤考慮匹配相關問題。

2.1液壓泵問題

通常，葉片泵、齒輪泵、柱塞泵都可以用于水-乙二醇液壓油的系統，但是各品牌液壓泵的廠家均建議降壓使用。一般降壓幅度為礦物抗磨油額定壓力的30%，鑒于目前的技術水平，普通葉片泵和齒輪泵采用水乙二醇液壓油的工作壓力最好不高于7 MPa，高壓齒輪泵、高性能葉片泵、柱塞泵最高工作壓力可達到16 MPa。另外，在液壓設計時還需要注意以下幾點：1）增大泵吸油管通徑，改善油泵的吸油面積，一般要比使用相同流量礦物油時的管徑大10%以上。2）降低油泵電機的工作轉速，建議采用6級電動機（50 Hz），同步轉速1 000 r/min。3）合理布局油泵的安裝位置。建議油箱上置，油泵下置或旁置。

2.2元件密封問題

在1.3中已經簡述了與水-乙二醇液壓油相容和不相容的一些材料。在設計中需要考慮的密封問題主要是液壓泵、液壓閥采用合適的密封材料。在水-乙二醇液壓油的液壓系統中，雖然碳鋼鋼管及管路連接件也可以使用，但是實際效果并不是很理想，油液的污染明顯加快，建議鋼管及管路連接件采用耐水-乙二醇腐蝕性較好的不銹鋼材質。這對于延長管路的使用壽命及油液清潔度的控制是有益的。對于油缸及其他元件的橡膠密封材料，目前使用性能較好的是HNBR氫化丁腈橡膠、EPDM三元乙丙橡膠等，可以有限使用NBR丁腈橡膠，不可以采用SI硅橡膠、AU/EU聚氨酯橡膠。FKM氟橡膠是否可用存在爭議［3］。

2.3油箱問題

油箱的有效容積問題。由于水-乙二醇液壓油的消泡性能比礦物液壓油差，建議油箱的有效容積至少為泵每分鐘流量的4倍以上的體積，固定液壓站油箱一般取10倍左右。

油箱的材質及內壁處理問題。目前水-乙二醇液壓油的油箱材質主要有兩類，第一類是采用碳鋼材質。油箱內外壁采用的防銹涂料均為不耐水-乙二醇，此類油箱經過焊接、除銹、磷化、清潔等一般處理后直接使用。這類油箱制造加工工藝簡單，但是往往會在油箱內壁液面附近產生銹蝕。有人說采用環氧樹脂作油箱內壁涂料較好，但實際并不多見。第二類油箱材料是不銹鋼材料，常采用的材料有12Cr12或0Cr18Ni9等。油箱采用全不銹鋼材質可解決腐蝕問題，但是成本比碳鋼材質要高約3倍。

油箱的密封處理問題。煉焦機械開式油箱建議采用除水過濾型的空濾，減少外界空氣中雜質和水分對于液壓油的影響。

油箱內油液的消泡問題。為了便于消除氣泡，建議油箱隔開為兩室，分別為吸油區和回油區，并且采用濾網隔開吸油區和回油區，油箱底部做成斜坡，并且讓油液從吸油區逐漸流向回油區［4］。

2.4過濾器問題

過濾器的選用主要考慮的是濾芯及密封材料與水-乙二醇的相容性，濾芯不可以含有紙質、石棉、鋁等材質。建議管路過濾器的通流量為泵流量的2.5倍以上，回油過濾器的通流量是泵流量的3.5倍以上。

2.5油液的溫度控制

水-乙二醇液壓油的使用界限溫度是-20～+85℃，建議油箱油溫不超過50℃。雖然水-乙二醇液壓油的導熱性能比礦物液壓油好，但是由于油箱的散熱能力有限，通常要加大冷卻器的制冷功率。水-乙二醇液壓油采用電加熱器加熱時，會使油液中的高分子添加劑變質，建議加熱器的功率密度不大于0.7 W/cm2。

3　焦爐機械采用水-乙二醇液壓油的液壓系統的使用和維護

焦爐機械采用水-乙二醇液壓油的液壓系統在運行、維護過程中應注意如下幾點:

3.1油液的添加、更換

向油箱添加水-乙二醇液壓油時，很有必要采用水乙二醇液壓油專用的濾油小車從油桶中抽取液壓油，過濾后再注入油箱中。如果要將礦物液壓油更換為水-乙二醇液壓油，更換步驟如下：首先，徹底放空原油箱、各液壓件及管道里的所有油液；其次，配比足夠的軟水或蒸餾水稀釋的水-乙二醇液壓油，采用稀釋液徹底沖洗油箱、元件，循環沖洗回路2～4 h；第三，更換過濾器濾芯及密封圈，清理油箱中的其他雜質；第四，采用專用的濾油小車注入新的水-乙二醇液壓油。另外，還有一點需要注意，即使都是水-乙二醇液壓油，不同品牌或不同廠家的產品，在化學成分、物理性能等方面均存在差異，因此，在更換液壓油時也需要徹底放空原液壓油，沖洗干凈，再注入新油。

3.2黏度檢測

焦爐機械液壓站油箱內的水-乙二醇液壓油要定期檢測黏度，以確保各液壓元件處于最佳潤滑狀態。在運行初期，需要經常檢測，每個月甚至每周檢測一次，以后可季度檢測一次。如發現黏度高于原指標的20%，應及時添加軟水或去離子水。如發現黏度低于原指標，很可能是空氣中的水進入了液壓油箱或管路引起的需要及時采取措施，防患于未然［5］。

3.3油液的溫度

合理設置溫度繼電器的溫度控制點，確保油溫在理想的15～50℃溫度范圍內。低于10℃時，可以啟動加熱器，加熱至15℃后停止加熱；當油液溫度高于50℃，建議啟動油冷卻器，當油溫控制到45℃時，停止油冷卻器。

3.4油液清潔度的檢測

液壓系統運行過程中需要及時關注過濾器的報警信號，濾芯堵塞報警后要及時更換新濾芯。日常維護時目測油液的顏色、成分是否正常，每格三個月檢測一次油液的清潔度度等指標是否合格。

4　結論

雖然水-乙二醇液壓油的使用性能還不能與礦物液壓油相媲美，但是它無毒、價格適中、使用壽命長，不失為一種實用的難燃液壓液壓油。在有明火、高溫環境下，頂裝式煉焦機械裝煤車、攔焦車以及側裝式煉焦機械導煙車、攔焦車，選擇水-乙二醇液壓油，并且正確地維護和保養，液壓系統也可以長期可靠地工作。

［1］雷天覺.新編液壓工程手冊［M］.北京:北京理工大學出版社，1998.

［2］付平，常德功.密封設計手冊［M］.北京：化學工業出版社，2010.

［3］汪德濤，林亨耀.設備潤滑手冊［M］.北京：機械工業出版社，2009.

［4］龔烈航.液壓系統污染控制［M］.北京:國防工業出版社，2010.

［5］中冶焦耐工程技術有限公司.現代焦化生產技術手冊［M］.北京:冶金工業出版社，2010.

（編輯：劉楠）

Exploration Several Problems about Water-glycol Hydraulic Oil of Coke Oven Machine

Mei Xiaoqing
（Technique center，Taiyuan Heavy Industry Co.，Ltd.，Taiyuan Shanxi 030024）

The article describes the characteristics of the water-glycol hydraulic oil from four aspects and the article following explore serval problems about design issue of the of coke oven machine hydraulic station and hydraulic system，provided some suggestions for using and maintenance of coke oven machine water-glycol oil hydraulic system.

coke oven machine；water-glycol hydraulic oil；fire resistant hydraulic oil；sealing ring material

TH136

A

2095-0748（2015）21-0040-03

10.16525/j.cnki.14-1362/n.2015.21.18

2015-10-10

梅曉慶（1981—），安徽宿州人，在讀工程碩士，工程師，主要從事液壓、潤滑與氣動系統的設計與研究工作。