焦炉机械采用水-乙二醇液压油的几个问题探讨

梅晓庆

（太原重工股份有限公司技术中心，山西太原030024）

焦炉机械采用水-乙二醇液压油的几个问题探讨

梅晓庆

（太原重工股份有限公司技术中心，山西太原030024）

从焦炉机械实际应用条件出发，简述了水-乙二醇液压油的四个主要特性，然后探讨了焦炉机械液压站及液压系统设计方面的几个问题，对于焦炉机械液压系统的运行和维护提了几点建议。

焦炉机械；水-乙二醇液压油；难燃液压油；密封圈材料

引言

在高温环境下，采用矿物液压油的液压设备，存在因为液压油泄漏引起火灾的危险。因此采用难燃液压油是一种较好的选择。水-乙二醇液压油是一种比较理想的难燃液压油，在矿山机械、冶金轧钢、焦炉机械、煤炭井下设备、火力发电、武器设备等领域的液压系统中得到了广泛应用［1］。

难燃液压介质的品种分类主要有水包油乳化液、水的化学溶液、油包水乳化液、含聚合物水溶液、磷酸酯无水化合物、氟化氢无水合成液等。水-乙二醇液压油（油品代号L-HFC）属于含聚合物水溶液，是由水（35%～55%质量分数）和乙二醇相溶，并加入水溶性稠化剂、抗氧防锈剂、抗磨剂、消泡剂等制成，也可以用丙二醇、二甘醇或其他聚合物代替乙二醇［2］。水-乙二醇液压油的难燃性决定于水含量，含水量低于35%时黏度显著增加，难燃性能大幅度降低。

焦炉炉内炭化室温度超过1 000℃，炉前操作台温度为200℃左右。顶装式炼焦机械的装煤车工作于焦炉顶部，拦焦车工作于焦炉焦侧操作台。焦炉炉顶持续高温，在装煤过程中，装煤车导烟管有约600℃的高温烟气穿过，并且伴有明火。拦焦车导焦栅内要通过约

1 000℃的红焦，集尘罩内将通过约700℃的烟尘。因此，顶装式装煤车、拦焦车采用水乙二醇液压油。对于侧装式炼焦机械，导烟车也是工作于炉顶。侧装式炼焦机械的导烟车、拦焦车也采用水乙二醇液压油。

1　水-乙二醇液压油的主要特性

基于炼焦机械的工作环境，从影响液压系统及液压元件使用功能的角度来看，水-乙二醇液压油的物理化学特性主要有如下4个方面：

1.1黏度

水-乙二醇液压油的粘度跟油液的温度有关，油液温度升高，其黏度降低。例如某46号水-乙二醇液压油在20℃时的运动黏度约80 mm2/s，40℃时约43 mm2/s，50℃时约31 mm2/s。水-乙二醇液压油的黏度跟液压油的含水量有关，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。如果液压油箱工作环境为潮湿环境，水分进入油箱就会改变该水乙二醇液压油的黏度。水-乙二醇液压油的黏度还与所含固体杂质有关，杂质会导致黏度增加，堵塞系统中的液压元件、过滤器等，可能会导致严重的后果。

1.2润滑性能

由于不能在金属表面生成牢固的极压润滑膜，水-乙二醇的润滑性能低于相同黏度的矿物油。润滑性能差对于密封问题影响不明显，但是对于液压泵造成的影响最大，导致液压泵轴承成为整个液压系统的短板。对于滚动轴承支承的齿轮泵和轴向柱塞泵，一般只能按50%额定压力工作。

1.3腐蚀性

水-乙二醇液压油为碱性液体（pH=8～10），合格的水-乙二醇液压油含有抗腐蚀添加剂，对铜、黄铜（青铜除外）不产生腐蚀作用。对于水-乙二醇液压油，不相容的密封材料有环氧树脂、酚醛树脂、聚氨酯橡胶、塑料制品、丁腈胶、氟橡胶、硅橡胶、聚四氟乙烯、尼龙，等。金属材料如镉、镁、铅、锌、铝与水-乙二醇液压油发生化学反应，产生异物污染油液。另外，有机玻璃材料的液位计、醇酸油漆、皮革等均不适用水-乙二醇液压油。

1.4挥发性

水-乙二醇液压油在敞开干燥的自然环境中会慢慢的挥发，其中的水分也随之蒸发，从而影响水乙二醇油液的物理化学性能，严重时会导致不能使用。若油箱敞开过久，水-乙二醇液压油中的气态添加剂挥发损失，油箱内碳钢等金属表面会发生严重锈蚀。

2　焦炉机械采用水-乙二醇液压油的液压站设计问题探讨

由于水-乙二醇液压油与矿物液压油具有明显不同的特性，焦炉机械液压站及液压系统设计和选型要通盘考虑匹配相关问题。

2.1液压泵问题

通常，叶片泵、齿轮泵、柱塞泵都可以用于水-乙二醇液压油的系统，但是各品牌液压泵的厂家均建议降压使用。一般降压幅度为矿物抗磨油额定压力的30%，鉴于目前的技术水平，普通叶片泵和齿轮泵采用水乙二醇液压油的工作压力最好不高于7 MPa，高压齿轮泵、高性能叶片泵、柱塞泵最高工作压力可达到16 MPa。另外，在液压设计时还需要注意以下几点：1）增大泵吸油管通径，改善油泵的吸油面积，一般要比使用相同流量矿物油时的管径大10%以上。2）降低油泵电机的工作转速，建议采用6级电动机（50 Hz），同步转速1 000 r/min。3）合理布局油泵的安装位置。建议油箱上置，油泵下置或旁置。

2.2元件密封问题

在1.3中已经简述了与水-乙二醇液压油相容和不相容的一些材料。在设计中需要考虑的密封问题主要是液压泵、液压阀采用合适的密封材料。在水-乙二醇液压油的液压系统中，虽然碳钢钢管及管路连接件也可以使用，但是实际效果并不是很理想，油液的污染明显加快，建议钢管及管路连接件采用耐水-乙二醇腐蚀性较好的不锈钢材质。这对于延长管路的使用寿命及油液清洁度的控制是有益的。对于油缸及其他元件的橡胶密封材料，目前使用性能较好的是HNBR氢化丁腈橡胶、EPDM三元乙丙橡胶等，可以有限使用NBR丁腈橡胶，不可以采用SI硅橡胶、AU/EU聚氨酯橡胶。FKM氟橡胶是否可用存在争议［3］。

2.3油箱问题

油箱的有效容积问题。由于水-乙二醇液压油的消泡性能比矿物液压油差，建议油箱的有效容积至少为泵每分钟流量的4倍以上的体积，固定液压站油箱一般取10倍左右。

油箱的材质及内壁处理问题。目前水-乙二醇液压油的油箱材质主要有两类，第一类是采用碳钢材质。油箱内外壁采用的防锈涂料均为不耐水-乙二醇，此类油箱经过焊接、除锈、磷化、清洁等一般处理后直接使用。这类油箱制造加工工艺简单，但是往往会在油箱内壁液面附近产生锈蚀。有人说采用环氧树脂作油箱内壁涂料较好，但实际并不多见。第二类油箱材料是不锈钢材料，常采用的材料有12Cr12或0Cr18Ni9等。油箱采用全不锈钢材质可解决腐蚀问题，但是成本比碳钢材质要高约3倍。

油箱的密封处理问题。炼焦机械开式油箱建议采用除水过滤型的空滤，减少外界空气中杂质和水分对于液压油的影响。

油箱内油液的消泡问题。为了便于消除气泡，建议油箱隔开为两室，分别为吸油区和回油区，并且采用滤网隔开吸油区和回油区，油箱底部做成斜坡，并且让油液从吸油区逐渐流向回油区［4］。

2.4过滤器问题

过滤器的选用主要考虑的是滤芯及密封材料与水-乙二醇的相容性，滤芯不可以含有纸质、石棉、铝等材质。建议管路过滤器的通流量为泵流量的2.5倍以上，回油过滤器的通流量是泵流量的3.5倍以上。

2.5油液的温度控制

水-乙二醇液压油的使用界限温度是-20～+85℃，建议油箱油温不超过50℃。虽然水-乙二醇液压油的导热性能比矿物液压油好，但是由于油箱的散热能力有限，通常要加大冷却器的制冷功率。水-乙二醇液压油采用电加热器加热时，会使油液中的高分子添加剂变质，建议加热器的功率密度不大于0.7 W/cm2。

3　焦炉机械采用水-乙二醇液压油的液压系统的使用和维护

焦炉机械采用水-乙二醇液压油的液压系统在运行、维护过程中应注意如下几点:

3.1油液的添加、更换

向油箱添加水-乙二醇液压油时，很有必要采用水乙二醇液压油专用的滤油小车从油桶中抽取液压油，过滤后再注入油箱中。如果要将矿物液压油更换为水-乙二醇液压油，更换步骤如下：首先，彻底放空原油箱、各液压件及管道里的所有油液；其次，配比足够的软水或蒸馏水稀释的水-乙二醇液压油，采用稀释液彻底冲洗油箱、元件，循环冲洗回路2～4 h；第三，更换过滤器滤芯及密封圈，清理油箱中的其他杂质；第四，采用专用的滤油小车注入新的水-乙二醇液压油。另外，还有一点需要注意，即使都是水-乙二醇液压油，不同品牌或不同厂家的产品，在化学成分、物理性能等方面均存在差异，因此，在更换液压油时也需要彻底放空原液压油，冲洗干净，再注入新油。

3.2黏度检测

焦炉机械液压站油箱内的水-乙二醇液压油要定期检测黏度，以确保各液压元件处于最佳润滑状态。在运行初期，需要经常检测，每个月甚至每周检测一次，以后可季度检测一次。如发现黏度高于原指标的20%，应及时添加软水或去离子水。如发现黏度低于原指标，很可能是空气中的水进入了液压油箱或管路引起的需要及时采取措施，防患于未然［5］。

3.3油液的温度

合理设置温度继电器的温度控制点，确保油温在理想的15～50℃温度范围内。低于10℃时，可以启动加热器，加热至15℃后停止加热；当油液温度高于50℃，建议启动油冷却器，当油温控制到45℃时，停止油冷却器。

3.4油液清洁度的检测

液压系统运行过程中需要及时关注过滤器的报警信号，滤芯堵塞报警后要及时更换新滤芯。日常维护时目测油液的颜色、成分是否正常，每格三个月检测一次油液的清洁度度等指标是否合格。

4　结论

虽然水-乙二醇液压油的使用性能还不能与矿物液压油相媲美，但是它无毒、价格适中、使用寿命长，不失为一种实用的难燃液压液压油。在有明火、高温环境下，顶装式炼焦机械装煤车、拦焦车以及侧装式炼焦机械导烟车、拦焦车，选择水-乙二醇液压油，并且正确地维护和保养，液压系统也可以长期可靠地工作。

［1］雷天觉.新编液压工程手册［M］.北京:北京理工大学出版社，1998.

［2］付平，常德功.密封设计手册［M］.北京：化学工业出版社，2010.

［3］汪德涛，林亨耀.设备润滑手册［M］.北京：机械工业出版社，2009.

［4］龚烈航.液压系统污染控制［M］.北京:国防工业出版社，2010.

［5］中冶焦耐工程技术有限公司.现代焦化生产技术手册［M］.北京:冶金工业出版社，2010.

（编辑：刘楠）

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

梅晓庆（1981—），安徽宿州人，在读工程硕士，工程师，主要从事液压、润滑与气动系统的设计与研究工作。