冷轧机组高压液压系统水分污染分析

郑召举

一、概述

液压油中的水分也会像机械杂质污染一样，可损害液压系统运转的可靠性、准确性和灵活性。即使水的浓度在低达0.01%～0.02%的情况下，也会对液压部件造成腐蚀，并影响液压油的润滑性能，降低液压系统的可靠性和效率，并且增大机械部件的受力和疲劳磨损。济钢冷轧板厂冷轧机组高压液压系统包括AGC压下、CVC窜辊、弯辊、支撑辊平衡四个伺服控制系统。投入生产一年左右，轧机高压液压系统油液开始出现不同程度被水或乳化液等液体污染的情况，给设备正常运行带来很大隐患。

二、冷轧机组高压液压系统水分污染的危害

1.生成极难破坏的乳化液

液压系统内存在的油水乳化液能引起系统工作的各种故障。粘稠的有机物吸附在微小水滴的表面，乳化液生成油垢等沉淀物质，堵塞过滤器、泵和阀等调节设备。

2.加速油液的氧化过程

当液压油中存在水分和无机污染物（金属颗粒）时，金属颗粒将起氧化催化剂作用，会使油液的烃类氧化性加强，特别是有铁、铜、锰等微粒存在下，水与大气中的氧使液压油迅速氧化，生成粘稠状聚合物，即油泥。当使用温度超过65℃，每增加10℃，氧化速度成倍增长，使液压油失效。

3.加剧对阀等液压元件的腐蚀作用

水的存在能使液压油对金属的腐蚀作用加剧，其中包括有色金属（铜、铅）当水存在时，氧化作用加大，增加了油的酸性。同时，在液压油有水的情况下，多数微生物如霉菌和细菌能生活在烃介质内，微生物在油水界面上繁殖极快，微生物的生命活动会产生有机酸和矿物酸、氨、硫、二氧化碳、硫化氢等具有侵蚀性的物质。微生物还可能造成电化学腐蚀，使其对阀等液压元件的腐蚀加剧。

4.降低油液润滑性

水分会降低油液黏度，恶化液压系统耦合零件磨合表面的润滑作用。在液压系统的过热部位，工作液中的水分会蒸发，导致摩擦表面的油膜破坏，润滑作用也被破坏，加速液压元件（泵、阀、液压缸等）的磨损。

三、冷轧机组高压液压系统水分污染原因分析

1.大气中的水蒸气

大气中的水、气通过空气滤清器进入油箱。溶解于液压油内的水和大气中的水之间存在着动态平衡，当液压油同潮湿空气接触之后，这种平衡的出现很快。在典型温度下运行，一般吸水达0.02%～0.03%。当设备停止工作后，水从液压油中凝下来，渐渐在油箱底部形成积水。轧机低压系统和高压系统同属轧机地下油库，工作环境相同，如果是轧机地下油库空气中的水蒸气造成的高压系统液压油乳化，则低压系统也会出现液压油乳化的情况，而低压系统液压油运行至今从未出现过液压油乳化的情况，则可排除大气中的水蒸气造成液压油水分侵入的情况。

2.液压油的存储、运输、抽注过程中水的侵入

在存储、运输、抽注过程中，由于外部条件的变化，或意外事故发生，如雨水的侵入、系统结构的欠缺等，都易使水分侵入油内。而我厂从事液压设备维护的工作人员均经过专业培训，且液压油的存储、运输及抽注过程均严格按照国家关于液压油存储、运输的要求进行，因此，不会出现水分侵入的情况。

3.使用过程中水分的侵入

（1）液压系统循环冷却系统因换热器板片锈蚀、破裂或密封老化破损等原因造成循环冷却水侵入。将换热器拆开检查，所有密封垫片完好无损，同时检查板片的质量，发现板片虽有锈蚀的迹象，但没有出现板片因锈蚀造成缺损的情况。将换热器按照换热器的安装技术规范安装后，进行保压测试：首先关闭换热器，将一侧流室排空，并将此流室的接管断开，在另一流室进行加压，经过20min的试验发现，没有水从缺损处流出，同时20min内的压降在允许范围内，故因换热器的原因导致水分侵入的情况也不成立。

（2）轧机传动轴抱紧液压缸夹紧单元防尘密封损坏，造成乳化液进入夹紧单元后通过泄漏油管侵入系统。轧机在轧制过程中会有大量的乳化液喷射到轧机传动轴抱紧液压缸夹紧单元处，而在SMS的原始设计中错误的将夹紧单元的通气口接到高压系统的泄漏油管上，如果夹紧单元的防尘密封损坏，轧制过程中的乳化液就会通过已经损坏的防尘密封进入到夹紧单元的弹簧腔，之后就可能通过泄漏油管侵入到系统中，从而造成系统液压油的乳化。为此，首先将轧机的八个夹紧单元的防尘密封全部更换，同时将接到夹紧单元通气口的泄漏油管去掉，并在夹紧单元的通气口处接通气管路，防止乳化液进入夹紧单元。

通过采取以上措施，经过一段时间的观察发现，油液乳化的现象得到一定缓解，但是，在轧机经过五天左右（原来3～4天）的时间仍出现了乳化现象。这说明该问题是引起油液乳化一个原因，但不是主要原因。

（3）轧机支撑辊平衡缸有杆腔防尘密封损坏，导致乳化液进入平衡缸的有杆腔从而造成乳化液的侵入。如果是乳化液从平衡缸进入到系统中，必须同时具备两个条件：一是支撑辊平衡缸活塞杆的防尘密封圈损坏，轧制时喷射到支撑辊平衡缸周围的乳化液能透过损坏的防尘密封。二是在轧机轧制时，支撑辊平衡缸的有杆腔内没有压力，透过损坏防尘密封的乳化液能进一步透过平衡缸活塞杆的单向密封，进入支撑辊平衡缸的有杆腔内。

经查阅SMS提供的电气资料及支撑辊平衡系统液压控制原理图，当轧机处于轧制状态时，平衡缸有杆腔压力为零，乳化液完全有可能进入到平衡缸的有杆腔内，此时进入到有杆腔的乳化液无法通过支撑辊平衡缸活塞杆的单向密封，当在轧机换辊或校核时，有杆腔内6MPa的压力会随着支撑辊平衡缸的上下动作将有杆腔内的乳化液排入到系统中，久而久之，系统中的乳化液含量越来越高，从而造成液压油的乳化。这便是导致液压系统水分污染的主要原因。更换所有支撑辊平衡缸活塞杆的防尘密封，通过近半年来的观察，再也没有液压油侵入水的故障发生。

四、控制措施

（1）充分利用PMS设备点检系统，专业点检人员对系统液位、油温、压力变化进行跟踪检测，及时掌握液压系统液位的波动变化情况。

（2）控制工作过程中油温变化。液压油油温的升高会加速液压油的氧化变质，从而增加金属磨损，并使油封变形和老化，造成液压系统的内外泄漏和污染。系统在运行中应保持油液温度在 30～50℃。

（3）建立油品检测体系，定期对液压系统油液进行取样检测化验工作，每一季度对油液进行污染度、含水量及其他性能指标进行检测化验，及时掌握油液油品的状况，确保液压系统油液处于最佳工作状态。

（4）定时开启高压液压系统脱水车，每15天开启一次，每次运行时间2h，以保证系统内油液含水量在控制范围之内。

（5）加强对执行元件防尘密封点检，并定期更换。重点加强传动轴抱紧液压缸夹紧单元防尘密封及支撑辊平衡缸活塞杆防尘密封的点检，并根据系统的运行情况，确定传动轴抱紧液压缸夹紧单元防尘密封每年更换一次，支撑辊平衡缸活塞杆防尘密封8～10个月更换一次。

（6）为改变平衡缸防尘密封损坏频繁的局面，决定在支撑辊平衡缸的透盖加密封盖板，防止防尘密封损坏后乳化液进入到支撑辊平衡缸内。

通过采取控制措施，冷轧机组高压系统的液压油再也没有因进水或乳化液导致油液乳化的情况，不但可降低液压油的消耗，还减少了滤芯的更换频率。