荧光示踪检漏技术在轧钢液压系统的应用

周志强，李晓栓，胡华杰，黄 波

（1.宁波宝新不锈钢有限公司，浙江宁波 315800；2.南京科润工业介质股份有限公司，江苏南京 211106）

0 引言

轧钢是指将金属坯料经单道次或多道次压延轧制成所需成品的生产过程。随着生产设备自动化程度、控制精度和生产效率的提高，液压技术的应用越来越广泛，并且液压系统越来越大型化。

目前轧钢设备液压系统具备如下特点[1-4]：①泵站集中，控制阀和执行机构点多且分散；②高精度控制阀（伺服阀等）多，执行机构速度快、动作频繁；③压力高、流量大、连续作业。这导致轧钢设备液压系统结构复杂，增大了故障和泄漏的概率。液压油泄漏不仅浪费能源和污染环境，增加生产成本，而且还会导致设备非计划性停机甚至影响加工产品的质量，造成更大损失。因此，液压系统的泄漏和维护一直是行业难题。

以不锈钢冷轧机组为例，由于大量使用矿物润滑油作为工艺润滑油，液压系统持续或长时间泄漏，导致大量液压油与工艺润滑油混在一起，影响工艺润滑油的性能。液压设备处于工作状态时难以快速识别外泄漏点，通常需要停用工艺介质情况下或利用停机检修时间窗口来逐项检查液压系统，大大增加停机检修时间、作业难度，影响生产线的生产效率。

控制液压系统泄漏是一个复杂的工程，需要由多个环节配合完成，如选择优质的液压油、选择合适密封材料及改进不合理的密封结构、控制合适的油温、加强日常维护等工作[5]。即使通过多种手段降低了液压系统的泄漏，但是仍然需要快速快发识别液压系统外泄漏点。目前液压系统泄漏检测方法有目视法、肥皂水泡沫法、滑石粉检测法、离子探测器检测、压缩空气检测法、荧光渗漏检测法等。樊勋、邓琥等人采用LS-55 型荧光分光光度计对磷酸酯类型的液压油进行荧光检测，实现对飞机液压油泄漏的实时、在线、现场测量[6-7]。张玉峰等人利用紫外光和CCD等硬件集成了系统，采购图像进行分析，判断是否存在漏液现象。但是该方法严重依赖设备系统，在轧钢现场使用存在不便，而且工艺润滑油的喷溅也会影响系统的工作。

为了解决以上问题，有必要增加液压油与工艺矿物润滑油的辨识度，简单、快速地识别出泄漏的液压油，从极为复杂设备当中锁定漏油部位，并及时处理漏点。王玉春等人利用荧光示踪检漏技术对柴油机进行泄漏点检查[8]，在紫外光的作用下，快速识别泄漏点，提供工作效率。本文主要在液压油中引入荧光示踪检漏物质，以快速识别液压系统的泄漏点。

1 荧光示踪技术[8]

1.1 荧光示踪检漏技术特点

荧光是指分子或材料经过特定波长（激发光一般为紫外线或X 射线等）照射，电子由基态跃迁至激发态，当电子由激发态返回基态时，向外界释放能量，该能量一般以光的形式释放。荧光的波长比入射光的波长稍微长一些。荧光示踪检漏技术的特点为，将液压油的物理化学特征，转化成光学特征，最大限度利用人眼对光线的敏感特征，应用于液压系统的快速检漏。技术与樊勋、邓琥、张玉峰的荧光检测[6-7]不同点在于荧光示踪检测技术增强了液压油的荧光效应，减少了对光源以及检测设备的依赖。

荧光示踪检漏技术需要具备如下条件：含荧光材料的液压油、激发光源、荧光增强眼镜等。激发光源需要在荧光材料的激发光要求范围内，这样才能产生较强的荧光。受到车间光线等因素影响，佩戴专用的荧光增强眼镜可以更好观察到泄漏点。液压系统维护人员使用特定的紫外灯在巡逻过程中就可以快速发现泄漏点，避免液压油持续逸出。

由于荧光示踪检漏技术是利用荧光材料的荧光特性，快速观察液压油泄漏点。如果液压油的泄漏点不在人眼无法观察到的部位，则是无法被发现。此外，泄漏后含荧光材料的液压油仍然会残留在泄漏点附近，影响下次观察。因此，每次泄漏后需要彻底擦掉所泄漏的液压油。

1.2 液压系统中荧光示踪检漏材料选择

荧光示踪检漏材料已经广泛应用于内燃机检漏过程[8]，但是在液压系统中尚无应用案例。在液压系统，荧光示踪检漏材料应该可以被常规的激发光源激发，并且产生的荧光应该容易被眼睛识别。另外，荧光示踪材料不会对液压油产生负面影响。

激发光源最好选择紫外线，因为紫外线发生器可以在设备现场便捷移动，并且对人危害最小。在光线明亮的条件下，人眼对于波长555 nm 附近的黄色光最灵敏，在暗视觉条件下对波长510 nm 附近的绿光比较敏感。一般液压系统所在的车间光线比较暗，因此荧光示踪材料最好为紫外线激发，产生黄色或黄绿色的荧光。

2 荧光示踪材料对液压油性能影响

根据液压系统中荧光示踪检漏材料选择原则，筛选多种荧光示踪材料，最终选择一种可以产生黄绿色荧光的材料，加入液压油后评价荧光示踪材料对液压油的影响。

通过比较两种液压油的外观、高温存储外观、40 ℃运动黏度、酸值、旋转氧弹、泡沫特性、铜片腐蚀、磨斑直径、过滤性以及密封适应性指数等方面，评价液压油是否发生变化。加入荧光示踪材料后，液压油的外观由原来的微黄色变成荧光绿，这是由于荧光示踪材料外观导致的。荧光示踪材料对液压油的高温存储外观、黏度、酸值、旋转氧弹、泡沫特性、铜片腐蚀、磨斑直径、过滤性以及密封适应性指数等无明显影响，也就是荧光示踪材料加入至液压油中，对液压油的使用性能、使用寿命方面几乎无影响（表1）。含荧光示踪材料液压油滴漏在金属表面与无灰高压抗磨液压油外观一致，肉眼无法观察区别；但是在波长365 nm 紫外激发光照射下，发出明显的黄绿色荧光。经过实验室评估，该荧光示踪检漏材料对液压油性能无影响，并且在紫外光的照射下产生黄绿色荧光，易于被识别。

表1 无灰高压抗磨液压油中加入荧光示踪材料前后对比

3 荧光示踪检漏技术在不锈钢轧机应用

含荧光示踪检漏材料的液压油应用到某不锈钢厂可逆式冷轧机组，该轧机为上下十二辊结构，用来生产高端不锈钢冷轧板材料，机体内液压设备极为复杂，使用纯轧制油为工艺润滑油。

经过18 个月的长期跟踪和调研，配合专用的荧光检测手电照射，可快速发现液压系统泄漏点，节约80%以上设备漏点查找时间；没有因为液压系统泄漏导致的非计划设备停机；设备用油量减少50%以上。同时对设备中油品的变化情况进行跟踪，具体结果见表2。

表2 含荧光示踪检漏材料的液压油槽油情况

含荧光示踪检漏材料的液压油使用18 个月后，外观无明显变化，黏度升高2.1%，酸值升高至0.55 mgKOH/g，泡沫出现轻微升高，过滤性逐渐变差。含荧光示踪检漏材料的液压油在不锈钢轧机上使用18 个月，各项指标仍然满足YB/T 4629—2017《冶金设备用液压油换油指南L-HM 液压油》可接受范围。因此，含荧光示踪检漏材料可以在液压油中使用，并且使用过程中对液压油影响非常小。

4 结论

将荧光示踪材料加入至液压油中，通过评估发现荧光示踪材料对液压的性能影响非常小；在轧机上使用含荧光示踪检漏材料的液压油，可快速识别轧机的液压系统的泄漏点，不仅提高了设备维护效率，而且减少液压油使用量和非计划设备停机时间。经过长时间跟踪，含荧光示踪材料的液压油槽油变化符合YB/T 4629—2017 冶金设备用液压油换油指南L-HM 液压油的要求。在常规液压油中增加荧光示踪材料，可以实现液压系统的快速检漏；随着对荧光示踪材料的认识加深和应用推广，将荧光技术与光电技术结合，将会实现自动判断液压系统泄漏点。