冶金企业使用水-乙二醇介质液压系统出现的问题的探讨
冶金企业使用水-乙二醇介质液压系统
出现的问题的探讨
宋宗清
(攀钢集团成都钢钒有限公司教培中心,四川 成都 610303)
摘 要:冶金企业液压系统往往在高温区工作,传统的石油型液压油有易燃的缺陷,近十多年在冶金企业液压系统大部分采用水-乙二醇作为工作介质,解决了液压系统的火灾隐患,但水-乙二醇有自身的特性,给解决液压系统的泄漏问题增加了难度,征对使用水-乙二醇作为工作介质的液压系统出现的问题作了原因分析并探讨了应对措施.
关键词:冶金企业；液压系统；水-乙二醇；问题探讨
0 前言
攀成钢是冶金企业，冶金企业有自身的特点，高温区多。液压系统传统上选择介质大部分用石油型液压油，石油型液压油有良好的润滑性，防锈效果、散热效果也有其独到的优点，而且价格适度，对材料的相容性也还不错。但对冶金企业而言，它有一个致命的缺陷 ——易燃。我厂就曾经发生几起液压站油液燃烧事故，造成人身伤害和经济损失。我厂建设六流机大连铸、90T大电炉、180精密轧管厂等几大工程时，为了克服传统石油型液压油易燃的致命缺陷，这几大工程液压系统全部改用美国生产的水-乙二醇介质（ISO代号：L－HFC）。我作为工程指挥部液压技术负责人之一对水-乙二醇的使用作了一些试验，例如将水-乙二醇用喷洒设备洒向刚模铸的钢锭，不出现明显的火焰。自那以后，我厂用水-乙二醇液压系统没发生一次火灾，水-乙二醇介质的采用，大大提高了冶金企业热温区液压系统的安全性。液压系统的泄漏是液压行业的一个老大难问题，泄漏影响着系统工作的可靠性、安全性，造成油液浪费，污染周围环境，增加机器的停工时间，甚至使产品造成污损。因此针对水-乙二醇液压系统有必要作探讨，这对冶金企业液压系统的维护和使用都有现实意义。
1 水-乙二醇介质的成分和特性分析
1.1 水-乙二醇介质的成功分析
水-乙二醇是合成液，基础液乙二醇约占20~40％，水占35~55％，增粘剂10~15％，其余为气液相防锈剂、抗磨剂、消泡剂等。使用温度范围为－18℃~+65℃，其粘度指数为140~160。一般在齿轮泵、叶片泵和柱塞泵中使用时，系统压力在14Mpa以下较合适。通常磨损量比石油型液压介质液压系统高3~4倍。
1.2 水-乙二醇介质的特性如下表（以WG系列为例）
我厂使用的水-乙二醇介质是WG型的。
WG系列水-乙二醇液特性
2 使用水-乙二醇介质液压系统出现问题的几个主要原因分析
2.1 同石油型液压油相比，水-乙二醇的润滑性较差，会增大液压系统的内泄。
许多液压元件在工作时，都存在内部摩擦副，这些摩擦副在高负荷或启动和停车时刻多数处于边界润滑状态，磨损更严重。以先导型溢流阀为例，先导阀阀芯和阀座处于开和关的动态状态，存在摩擦副，主阀芯和阀座处于关闭和溢流的动态状态，也存在摩擦副，而且工作时处于高压状态，磨损更严重，由于水-乙二醇介质润滑性较差，加快了摩擦副之间的磨损，使液压元件超过允许误差，造成液压元件的内泄增大，换向阀、流量阀、油缸等液压元件的内泄因介质润滑性差都是如此。
2.2 水-乙二醇的粘温特性会增大泄漏
水-乙二醇粘度对温度的变化很敏感，温度升高水-乙二醇的粘度会显著下降。冶金企业热区多，水-乙二醇也就常处于运动粘度较底区域，同样的间隙，粘度越低泄漏会大大增加。
2.3 水-乙二醇对许多材料不相容，液压系统会产生内泄漏和外泄漏。
水-乙二醇对许多金属和非常材料都不相容。在这方面我们是吃了苦头的，92年大连铸滑动水口液压站油箱内壁刷了环氧树脂漆，当时认为是可以相容的，为保险起见，调试前油箱先装了水-乙二醇做试验，到了第七天，已有漆皮掉下来，证明该油箱就不能使用，决定除去内壁漆，花了整整一个星期才除去。水-乙二醇介质对密封材料不相容主要表面在两个方面：一是使密封材料溶胀软化；二是使密封材料硬化；其结果都会使密封失效，引起内泄和外泄。
2.4 冶金企业液压系统处于高温环境，造成水-乙二醇中水分的蒸发，会破坏密封件。
由于水-乙二醇介质中水的成分占35~55％，液压系统工作时，介质处于循环运动中，无论油箱、油泵、油管、油缸各环节都会使水分产生蒸发，使水-乙二醇的粘度增大。在相同工作压力下，粘度过高，各部件运动阻力增加，温升快，使密封件处于受力不平衡状态，易使密封件磨损增大、老化、硬化，甚至断裂，造成泄漏。
3 防止和减少使用水-乙二醇介质液压系统出现问题的对策
3.1 适当降低液压元件的压力级别使用，采用耐磨型材料制造液压元件中的摩擦副可减少磨损，防止因水-乙二醇润滑性差产生的内泄。
3.1.1 可降低液压元件额定压力级别约30％使用，在六流机大连铸精炼炉主液压站当时设计采用的是额定压力15Mpa柱塞泵，与系统设计压力一致，在调试期间三台泵都先后出现了干摩擦现象，产生剧烈震动噪声，油压立即建不起来。分析是因水-乙二醇润滑性差造成的，后我们采用了上海启东液压泵厂生产的额定压力20Mpa柱塞泵，到现在运用效果良好。这就证明，适当降低液压元件压力级别使用，对控制液压元件的磨损是有作用的。
3.1.2 采用耐磨损、抗高温材料制造液压元件内部摩擦副
很多液压元件的内部都存在摩擦副，由于水-乙二醇的润滑性差，摩擦副当处于高负荷状态时，会产生大量热量，甚至出现干摩擦，使材料磨损量增加，间隙增大，泄漏量大增，缩短液压元件的寿命，这就要求使用水-乙二醇介质的液压元件在制造摩擦副时，选用耐磨、抗高温的材料。例如铜合金就是很好的材料。
3.2 冷却器选择水冷式中的多管式或波纹板式。应选用热交换量Q大、传热系数K大、散热面积A大的冷却器，可克服粘温特性引起的泄漏。
同石油型液压油相比，由于水-乙二醇的成分中含35~55％的水分，最高使用温度低很多，石油型液压油最高使用温度可达110℃。而
水-乙二醇的最高使用温度仅达到66℃。我厂是冶金系统工作环境温度高，更对液压系统的介质温度控制增加了难度。由冷却器的传热方程可知：Q＝KA△tm Q-热交换量（W）,K-供热系数[W／(m2·℃)],A-冷却器换热面积（m2），△tm-冷热流体的平均
对数温差（℃）。这种措施对温度控制效果是理想的。除此之外，对液压站的房间通风、降低室内温度也很重要，可使油箱起到自然散热效果，保持水-乙二醇的正常使用粘度。
3.3 水-乙二醇对材料的相容性十分苛刻，应严格按照相容性表选用材料，用新材料时，必须严格试验，确定与水-乙二醇是否相容方可采用，选用密封件时，必须用质量较好的密封件。目前市场上由于密封件单件利润少，因此许多有实力的公司不生产密封件，与威格士、力士乐公司比，我国液压界应高度重视密封件的质量问题。由于生产现场密封件数量大、品种多，容易出现混淆现象，这对水-乙二醇液压系统的密封很不利，建议把石油型液压系统密封件与水-乙二醇液压系统密封件分开存放。
3.4 定期检测水-乙二醇中的水成分。保证水-乙二醇的恰当粘度，可改善液压系统密封件受力状态，对减少泄漏大有好处。
水-乙二醇是合成液，水占35~55％，定期添加蒸馏水，保证水-乙二醇成分的恰当百分比含量很重要，我厂在这点上还做得不够，凭经验办事，甚至不检测、不添加蒸馏水现象存在，应想办法解决。建议添加检测设备，备用蒸馏水。
3.5 液压系统站外配管实行绕开热区，地沟液压管实行无接头安装对水-乙二醇的液压系统泄漏大有好处。
3.5.1 冶金企业虽然热区多，但还是有许多冷区，即使执行机构在热区，传输管道可绕开热区走冷区，只是最后碰头才到达热区，这对保持介质的正常粘度有利，而且密封件不容易老化、软化、硬化，增加了密封件的可靠性，延长了寿命，对防止液压系统的泄漏有作用。六流连铸机大包升降液压系统，外部配管设计时走二冷段边到达大包是走热区，经过分析，完全可走电控室边冷区绕行，于是我修改了图纸，效果很好，而且维修也方便很多。
3.5.1 液压管走地沟有节约空间，防止碰撞等很多好处，但地沟液压管的外泄漏却有隐蔽性，外泄漏现象时有发生，造成液压系统不能保持油压，大量介质浪费，损失惨重，经过观察分析，液压管地沟内可用氩弧焊直接焊接，不用管接头、活接，这可避免地沟液压管产生外泄漏。安装90T大电炉时经过反复论证，提出了地沟液压管无接头安装方案，当时担心一旦液压管被堵塞，维修更换困难，经过近8年使用至今没出现此现象，对提高液压系统的稳定性、可靠性，避免浪费介质都起到了十分好的效果。
4 结束语
4.1 水-乙二醇介质的抗燃性解决了冶金企业液压系统的火灾隐患。
4.2 水-乙二醇介质已在高压、中压、低压系统中大量采用，效果良好。
4.3 研究分析使用水-乙二醇介质的液压系统的泄漏防范措施，可提高企业的劳动生产率，提高企业的竞争力。
5 参考文献
1、雷天觉 《液压工程手册》
2、丁树模 《液压传动》
冶金企业使用水-乙二醇介质液压系统出现的问题的探讨.doc
