電石爐液壓系統(tǒng)使用水-乙二醇的改造

劉 凱

（寧夏英力特化工股份有限公司，寧夏 石嘴山 753202）

電石爐通過(guò)液壓系統(tǒng)完成電石爐電極的升降、壓放等操作，是電石爐電極管理中非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。液壓系統(tǒng)常用的液壓介質(zhì)為HL、HM型液壓油，由基礎(chǔ)油復(fù)配多種助劑合成。在電石生產(chǎn)中長(zhǎng)時(shí)間處于高溫狀態(tài)下，接觸火焰、接頭破裂、管道泄漏等突發(fā)事件發(fā)生的情況下，這種傳統(tǒng)的礦物基液壓油易燃的危險(xiǎn)時(shí)刻伴隨在生產(chǎn)過(guò)程，對(duì)設(shè)備及操作人員的生命安全構(gòu)成嚴(yán)重的威脅。

為消除安全隱患，寧夏英力特化工股份有限公司對(duì)現(xiàn)有的4臺(tái)20 000 kVA電石爐進(jìn)行液壓系統(tǒng)改造，將原系統(tǒng)使用的HM型液壓油更換為水-乙二醇液壓液。

1 電石爐液壓系統(tǒng)對(duì)液壓介質(zhì)的要求

液壓油的使用性能包括粘溫性、潤(rùn)滑性（抗磨性）、穩(wěn)定性（包括熱穩(wěn)定性，氧化安定性，防腐蝕性，剪切穩(wěn)定性，抗乳化性，水解安定性，低溫穩(wěn)定性和儲(chǔ)存穩(wěn)定性）、對(duì)密封材料適應(yīng)性、抗泡沫性、空氣釋放性、過(guò)濾性以及抗燃性。

對(duì)于電石爐液壓油除了要滿足標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的理化指標(biāo)外，要結(jié)合當(dāng)?shù)氐氖褂铆h(huán)境和工況。由于液壓油在工作過(guò)程中，溫度變化較大，加之英力特公司地處北方，四季溫差較大。一般在高溫季選用HM46型液壓油，冬季低溫季選用HM68型液壓油。

綜述所述，HM型液壓油除了不具備抗燃性，就是其本身根據(jù)季節(jié)的變化，也要進(jìn)行油品的置換，這個(gè)過(guò)程要必然造成油品的浪費(fèi)。

2 水-乙二醇液壓液的特性

水-乙二醇液壓液是由具有優(yōu)良潤(rùn)滑性的有機(jī)高分子、乙二醇及其他助劑復(fù)配而成，具有優(yōu)異的抗燃性、低凝性、防銹性、氧化安定性和水解安定性。在寒冷的工作環(huán)境下使用，具有良好的低溫流動(dòng)性；在高壓、高溫、接近火源以及有火災(zāi)危險(xiǎn)的環(huán)境下，具有良好的安全防火性能。水-乙二醇抗燃液壓液具有極佳的化學(xué)穩(wěn)定性，凍結(jié)和解凍均不影響其使用性能，在常溫下通風(fēng)陰涼處貯存不會(huì)分層變質(zhì)。

2.1 水-乙二醇的粘度隨溫度的升高而降低。

以粘度等級(jí)46的為例，在20℃時(shí)其運(yùn)動(dòng)粘度為80 mm2/s，40℃時(shí)運(yùn)動(dòng)粘度為40 mm2/s，50℃時(shí)運(yùn)動(dòng)粘度為31 mm2/s。

除此之外，水-乙二醇抗燃液壓液在-40～0℃時(shí)不用加熱可直接啟動(dòng)泵，具有良好的低溫性能，因此適合室外低溫作業(yè)。

2.2 抗燃性

水-乙二醇抗燃液壓液可通過(guò)熱岐管抗燃試驗(yàn)，704℃的熱鋼管上，不產(chǎn)生火焰只霧化。一旦泄漏的液體連續(xù)不斷的流到熔融金屬或其他熱體表面，也不會(huì)立即著火，只是在水分蒸發(fā)完之后，在直接與熱體接觸的面積范圍內(nèi)產(chǎn)生火苗，而且火苗不會(huì)向四周蔓延。

2.3 潤(rùn)滑性

水-乙二醇抗燃液壓液具有良好的潤(rùn)滑性，其試驗(yàn)結(jié)果如下。

（1）Falex試驗(yàn)機(jī)：磨擦系數(shù) 0.08 μ；

（2）四球試驗(yàn)：磨跡 0.50～0.60 mm（1 200 r/min）；

（3）柱塞泵柱塞磨損量：17 mg（21 MPa）。

但是，水-乙二醇對(duì)運(yùn)動(dòng)摩擦的潤(rùn)滑性能稍差，不能在金屬表面生成牢固的極壓潤(rùn)滑膜。這一點(diǎn)對(duì)于流體動(dòng)力潤(rùn)滑摩擦副影響較小，但對(duì)重載的滾動(dòng)軸承影響較大。尤其是滾針軸承，水-乙二醇液壓液在該類軸承中形成的油膜極易破壞，導(dǎo)致軸承碎裂。

2.4 防腐性

水-乙二醇呈強(qiáng)堿性，pH值一般在8～11，但里面增加有液相防銹劑，對(duì)金屬材料、銅或黃銅（青銅除外）不產(chǎn)生腐蝕作用，一般的液壓泵和閥件可直接使用。

適用材料包括聚丙塑料、硅銅塑料、酚醛塑料、尼龍塑料、環(huán)氧塑料、丁腈橡膠、丁酯橡膠、硅橡膠、氟橡膠、苯乙烯塑料、聚氯乙烯塑料、甲基丙烯塑料、經(jīng)陽(yáng)極處理的金屬鋁、銅、黃銅、鐵金屬、鋁合金、環(huán)氧樹脂和酚醛樹脂、各種金屬濾網(wǎng)、聚四氟乙烯橡膠、酚醛樹脂處理的濾紙等。

不適用材料包括普通工業(yè)油漆、鋁、鎘、鋅、鎂、皮革、軟木、石棉、天然橡膠、一般濾紙、聚氨脂橡膠及有機(jī)玻璃等。

2.5 揮發(fā)性

水-乙二醇在敞開的環(huán)境中會(huì)慢慢揮發(fā)，尤其是其水溶液會(huì)蒸發(fā)，而粘度對(duì)水的變化比較敏感，與水的含量成反比。也可吸收空氣中的水分或其他氣體成分，導(dǎo)致其性質(zhì)改變。

3 水-乙二醇液壓液和HM型液壓油對(duì)比

以粘度等級(jí)46為例，通過(guò)與液壓油相關(guān)參數(shù)的比較，全面了解水-乙二醇的特性和獨(dú)特的方面，才能發(fā)揮其優(yōu)點(diǎn)，更好的服務(wù)于生產(chǎn)。水-乙二醇與LHM型液壓油主要參數(shù)對(duì)比見表1。

表1 水-乙二醇與L-HM型液壓油主要參數(shù)對(duì)比

基于水-乙二醇的特點(diǎn)，進(jìn)行有針對(duì)性的改造，可完全進(jìn)行液壓介質(zhì)替換。

4 改造內(nèi)容

（1）液壓油箱的改造。將原Q235材質(zhì)油箱變更為0Cr18Ni9材質(zhì)的；因水-乙二醇消泡性能稍差，油箱體積較原來(lái)的增加3倍，并采取全封閉的結(jié)構(gòu)。在油箱側(cè)面增加檢修檢查窗，便于檢修、清潔油箱里長(zhǎng)時(shí)間沉淀的顆粒。

（2）液壓缸密封件的選擇。密封件選用丁腈橡膠材質(zhì)，硬度達(dá)到75HB以上。

（3）油泵的選型。水-乙二醇的潤(rùn)滑性能較差，尤其對(duì)滾動(dòng)軸承影響較大。將原葉片泵替換為柱塞泵作為動(dòng)力輸出設(shè)備，低轉(zhuǎn)速下脈動(dòng)小、噪音低，有利延長(zhǎng)油泵的壽命。同時(shí)，選用6級(jí)電機(jī)（960 r/min）相匹配。

（4）過(guò)濾器、管道等液壓附件表面常為冷鍍鋅處理的，改用表面采用磷化處理的附件；并在油泵的進(jìn)出油安裝過(guò)濾器，系統(tǒng)的回油管道選配雙筒高精度過(guò)濾器；在油箱內(nèi)安裝3 kW電加熱裝置，外側(cè)安裝水冷卻器，為達(dá)到溫度的精準(zhǔn)控制，系統(tǒng)裝備自動(dòng)控制溫度系統(tǒng)。

（5）選用不含有機(jī)玻璃材料的測(cè)量?jī)x器、儀表。

5 水-乙二醇液壓液改造及使用注意事項(xiàng)

5.1 系統(tǒng)的清洗

需將系統(tǒng)內(nèi)的礦物油全部排凈，包括油管箱、管道、油泵、油缸、儲(chǔ)能器、濾油器等。系統(tǒng)的清洗用稀釋（一兩倍的軟水或蒸餾水）后的水-乙二醇液壓液進(jìn)行，用低壓力、大流量對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行2～4 h循環(huán)，然后將清洗液排凈。清洗液排凈后，打開過(guò)濾器清洗，油箱內(nèi)用面粉團(tuán)沾去雜物和油污。

5.2 定期粘度檢測(cè)

水-乙二醇液壓液的粘度要定期檢測(cè)，以保證系統(tǒng)處于最佳潤(rùn)滑狀態(tài)。在運(yùn)行初期，每個(gè)月甚至每周檢測(cè)一次，以后每半年檢測(cè)一次。一旦發(fā)現(xiàn)粘度高于原指標(biāo)的20%，原因可能是介質(zhì)中的水分蒸發(fā)，那么就應(yīng)及時(shí)添加軟水或去離子水。而如果發(fā)現(xiàn)粘度低于原指標(biāo)，原因可能是外面的水進(jìn)入了系統(tǒng)，常見的情況是冷卻器內(nèi)部漏水，應(yīng)迅速查明原因，及時(shí)處理。

5.3 pH值檢測(cè)

水-乙二醇液壓液具有較穩(wěn)定的化學(xué)特性，pH值一般控制在8.5～10.5，正常使用時(shí)pH值不會(huì)發(fā)生明顯變化。如果pH值低于8時(shí)，應(yīng)及時(shí)添加新液或?qū)Ｓ锰砑觿┥踔粮鼡Q新液。如果高于10.5，往往是介質(zhì)受了污染，要查明原因并及時(shí)更換。

6 結(jié)語(yǔ)

4臺(tái)20 000 kVA電石爐于2013年改造完成并投入使用，完全能夠滿足生產(chǎn)使用，系統(tǒng)運(yùn)行安全、穩(wěn)定。通過(guò)本次液壓介質(zhì)替換，對(duì)今后油品替換和改造積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

（1）液壓油品種的選擇，必須針對(duì)系統(tǒng)、環(huán)境選擇一個(gè)適宜的粘度，使系統(tǒng)在容積效率和機(jī)械效率間求最佳平衡。

（2）液壓油選用中經(jīng)濟(jì)性的分析是不可缺少的，但是所選的油種、質(zhì)量、維護(hù)與再生等問(wèn)題，尤其是安全性必須作為重點(diǎn)考量。