失效水-乙二醇難燃液壓液性能檢測及防治

白 敏 溫 皓

(二重(德陽)重型裝備有限公司，四川618013)

水-乙二醇難燃液壓液作為一種廣泛使用的液壓介質(zhì)，在冶煉、鍛造、煤礦、紡織等領域都被大量使用，雖然它有許多優(yōu)點，但是運行一段時間后外觀就會出現(xiàn)渾濁，用多種方法也難以澄清，補加新的液體也無法恢復到原始透明的狀態(tài)，針對新投入運行的液壓系統(tǒng)，金屬離子對水-乙二醇難燃液壓液的不利影響，以及解決辦法提出了想法。

由于水-乙二醇難燃液壓液主要由水、乙二醇、聚醚及少量的防腐、極壓潤滑等添加劑組成，它與液壓油性質(zhì)完全不同。目前在液壓系統(tǒng)中它的使用量較為巨大，了解它失效后性能指標的變化，對其如何處理或者合理利用，有明顯的經(jīng)濟效益和社會效益，為此對失效水-乙二醇難燃液壓液性能進行了全面檢測研究，對其惡化的原因進行分析，并對如何排放、再生提出了新看法。

1 性能指標檢測

1.1 外觀

公司的幾種高溫設備上使用著幾種不同品牌的水-乙二醇難燃液壓液，這幾種品牌的水-乙二醇難燃液壓液進入不同的液壓系統(tǒng)之前，系統(tǒng)均進行了全面清潔，內(nèi)部清潔度達到NAS7級。選擇三種品牌水-乙二醇難燃液壓液，在使用不同時間后外觀均出現(xiàn)渾濁，但渾濁的程度、顏色有所不同，都隨運行時間延長程度增加。對這幾種運行12個月出現(xiàn)嚴重渾濁樣品，分別采用靜置不少于100 h、過濾、加熱及過濾、添加最高比例達100%的蒸餾水，均無法得到清澈透明的外觀。

難燃液壓液的使用性能包括粘度、粘溫指數(shù)、抗磨性、剪切安定性、防銹抗腐蝕性、泡沫特性、空氣釋放性及傾點等多種理化指標，具體內(nèi)容見ISO 12922:1999《潤滑油，工業(yè)油和相關產(chǎn)品(L級).H族(液壓系統(tǒng)).HFA、HFAS、HFB、HFC、HFDR和HFDU類別規(guī)范》中水-乙二醇難燃液壓液規(guī)格標準。本研究僅對其中使用性能特別重要的粘度和發(fā)生嚴重惡化的指標進行檢測，其檢測情況和結果分述如下：

1.2 粘度指標的檢測

由表1檢測結果看出，三種品牌的水-乙二醇難燃液壓液在使用長達36個月之后，粘度不僅仍在合格范圍內(nèi)，而且變化仍很小，不超過1%，盡管此時外觀已渾濁嚴重，但以液壓油報廢的粘度來衡量，卻仍在合格的范圍內(nèi)，對液壓油來說，當其外觀發(fā)生這種變化時，粘度的變化程度通常都在5%以上，所以不能用傳統(tǒng)的粘度改變量來評判水-乙二醇難燃液壓液還能否繼續(xù)使用。同時，也說明正常運行的液壓系統(tǒng)其密封等元件正常工作不會造成泄漏或者外界水份的混入，加之液壓液中的聚醚粘溫指數(shù)優(yōu)良，因此粘度變化甚微。

表1 三種品牌水-乙二醇難燃液壓液運行不同時間后的粘度

表2 三種品牌水-乙二醇難燃液壓液運行不同時間后的清潔度

表3 三種品牌水-乙二醇難燃液壓液運行不同時間后四球試驗數(shù)據(jù)

1.3 清潔度檢測

對A、B、C三種水-乙二醇難燃液壓液新投入使用時及使用一段時間后取樣測其清洗度，采用的標準為NAS 1638《油品潔凈度分級標準》，儀器為羅素KT-2A顆粒計數(shù)器，采用激光計數(shù)測定樣品中的顆粒物，試驗條件為室溫，樣品在超聲裝置中處理15 min以上，以保證除去樣品中的全部泡沫，每次測定液體體積為5 ml，檢測結果如表2。

由表2檢測結果可知，A、B、C三種水-乙二醇難燃液壓液在系統(tǒng)中運行后均出現(xiàn)大量顆粒物，清潔度從符合系統(tǒng)要求≤7級，到大大超過標準要求，導致介質(zhì)的清潔度嚴重惡化。同時檢測數(shù)據(jù)還表明，其中5 μm～25 μm的顆粒增加值最大，總量也最多。(羅素KT-2A顆粒計數(shù)器能測出的污染最嚴重的樣品的清潔度就是大于12級。)

1.4 四球試驗

四球機試驗是目前評定潤滑材料性能較為簡便的試驗方法，具有評定時間短，成本低，試驗數(shù)據(jù)穩(wěn)定的傾向性。用MRS-10P四球機進行了相應的試驗，測定其長磨直徑(潤滑膜抗磨性能)，以觀察運行后出現(xiàn)渾濁現(xiàn)象的水-乙二醇難燃液壓液的抗磨性與原始水-乙二醇難燃液壓液的抗磨性的變化情況。

檢測樣品仍為使用的A、B、C三種水-乙二醇難燃液壓液，分別在它們新投入使用時及使用一段時間后取樣進行四球試驗，四球實驗條件為：鋼球材質(zhì)為GCr15，直徑12.7 mm，硬度為59～61HRC，室溫，主軸轉速1200 rmin，負荷294 N，試驗時間30 min。所用鋼球為標準鋼球(AISI-52100)，用讀數(shù)顯微鏡(精度±0.01 mm)測量3個下試球的磨斑直徑，取平均值作為磨斑直徑測定值[1]，實驗結果的磨斑直徑數(shù)值見表3。

表3中四球機長磨實驗磨斑直徑在使用6個月以后的樣品中測試時，由于樣品的消泡性差，樣品四球試驗測量中混入氣泡，氣泡在介質(zhì)系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)，不僅使系統(tǒng)壓力降低、潤滑條件惡化,還會產(chǎn)生異常噪聲和振動。此外，氣泡還會減少介質(zhì)與對摩擦付的隔離面積，在運動摩擦產(chǎn)生的高溫和負荷作用下，加速介質(zhì)的氧化、變質(zhì)，使其抗磨性能更差。

1.5 防銹及腐蝕試驗

水-乙二醇液體中含有大量的水，所以需加入防腐劑和防銹劑，防止設備發(fā)生腐蝕，而且介質(zhì)在系統(tǒng)中要接觸管道及各種液壓元件，也需要有良好的防銹及抗腐蝕性能。為此，對A、B、C三種水-乙二醇難燃液壓液，分別在新投入使用時及使用一段時間后取樣進行液相銹蝕及特定的腐蝕試驗，試驗結果見表4。

表4 三種品牌水-乙二醇難燃液壓液運行不同時間后防銹及腐蝕試驗

表5 三種品牌水-乙二醇難燃液壓液運行不同時間后消泡性檢測結果

上述試驗說明，運行36個月以后嚴重渾濁的液壓液無論液相銹還是腐蝕試驗均不合格。這主要是液壓液中所防銹劑、氣相緩蝕劑均消耗殆盡，無法提供有效的緩蝕保護，所以液相銹蝕的試棒、腐蝕試驗的鋼片、銅片均出現(xiàn)不合格的現(xiàn)象。

1.6 泡沫特性試驗

由表5可見，樣品運行12個月后，起泡傾向和泡沫穩(wěn)定性均大大超過GBT 12579中規(guī)定的數(shù)據(jù)30010，因此不合格。

2 指標變化原因的分析研究及對策

2.1 液壓液中顆粒物增多的原因

(1)首先從組成看，水-乙二醇難燃液壓液中含有的潤滑、極壓劑均為羧基、胺及堿金屬鹽類，它們均有表面活性劑的作用，能夠對進入系統(tǒng)的灰塵、油污進行分散，使其成為粒徑很小的顆粒。所以，運行一段時間的液壓液中有很多分散顆粒，對清潔度檢測數(shù)據(jù)表明，現(xiàn)以一個運行36個月的A樣品為例，在5 ml液體中，其中小于5 μm的顆粒數(shù)達29129個，5 μm～15 μm的顆粒數(shù)為5479個，15 μm～25 μm的顆粒數(shù)為709個，25 μm～50 μm的顆粒數(shù)為33個，沒有大于50 μm的顆粒，因此金屬鹽對灰塵、油污的分散是造成水-乙二醇難燃液壓液中顆粒物增多的一個重要原因。

(2)其次，水-乙二醇液壓液是高水基工作液，通常水含量達40%以上，極易產(chǎn)生微生物，引起試壓液變質(zhì)劣化，降低潤滑性，這是三種樣品運行一段時間后清潔度下降的又一主要原因。對微生物影響，在有明顯異味的液壓液中，觀察到系統(tǒng)中被液壓液淹沒和未被淹沒的表面有不同的銹蝕狀況，說明它們的液相和氣相抗銹蝕性能下降，這兩部分都出現(xiàn)了不同程度的銹蝕。管路中過濾器的濾芯表面也有若干膠狀附著物，正是由于產(chǎn)生了惡化難燃液壓液的防銹和防腐蝕性能[3]。所以水-乙二醇液壓液變質(zhì)生成的微生物引起系統(tǒng)腐蝕，應是系統(tǒng)出現(xiàn)銹蝕的重要原因。

(3)系統(tǒng)運行過程中介質(zhì)溫度升高，光線、系統(tǒng)中的金屬材料，如鐵、銅等，使水-乙二醇液壓液中的乙二醇易于氧化生成醛或酸性物質(zhì)，聚醚發(fā)生游離基氧化反應，使長鏈變成短鏈，生成不同碳原子數(shù)的酮、醛、酸及聚合物，這是液壓液清潔度檢測中的顆粒物增多的又一主要來源，是通過污染物的紅外光譜分析證實的。

2.2 延長液壓液壽命的措施

上述灰塵分散及各種反應，使水-乙二醇液壓液的潤滑、防銹性能降低；另外，系統(tǒng)產(chǎn)生的氣蝕、噪聲、振動、壓力變化和工作不穩(wěn)定，還會使介質(zhì)的抗泡性能降低，使泵的容積效率降低，油膜抗極壓性能下降，潤滑性進一步降低。通常系統(tǒng)溫度應控制在30～50℃。從上面的分析可知，延長液壓液壽命的重要措施有：

(1)選擇高性能的空氣濾清器盡可能減少灰塵的侵入。

(2)根據(jù)通常經(jīng)驗，當液壓液貯槽內(nèi)的液溫超過45℃時，應該使用回液管線上的換熱器進行降溫。

(3)混有氣泡的介質(zhì)在系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)，不僅使系統(tǒng)壓力降低、潤滑條件惡化，還會產(chǎn)生噪聲和振動。此外，氣泡還會增加介質(zhì)與空氣接觸面積，在高溫和高壓下，加速介質(zhì)氧化變質(zhì)[4]。因此定期檢測液壓液的抗泡性，適量添加抗泡劑，保證空氣從液壓中盡快逸出，是去除介質(zhì)中氣泡的有效手段。

(4)對液壓系統(tǒng)加裝多級過濾裝置，并使用最小孔徑1 μm～3 μm的濾芯及時進行循環(huán)過濾，根據(jù)過濾器壓力指示情況，檢查并更換過濾器的濾芯，定期檢測其清潔度，保證清潔度在NAS7級以內(nèi)，這樣一方面避免灰塵、油污分散到液壓液中，另一方面也避免液壓液中功能性材料的無謂消耗。同時，定期對液壓液粘度、抗磨、防銹、防腐、泡沫等性能進行檢測，針對其變化聯(lián)系生產(chǎn)廠家及時進行調(diào)整，以延長其使用壽命。

(5)建議生產(chǎn)廠家在配方中增加防腐殺菌成分，或者用戶在水-乙二醇液壓液投入使用時即加入防腐殺菌劑，這類產(chǎn)品有很多，如異噻唑啉酮類等，加入量通常為5×10-6～10×10-6，如此即可有效避免微生物的危害，延長水-乙二醇液壓液的使用壽命。

過去，曾認為水-乙二醇液壓液綠色環(huán)保，可以直接排入環(huán)境中。但由于水-乙二醇液壓液中含有大量的乙二醇、聚醚及各類抗磨、防銹等添加劑，根據(jù)目前國家的環(huán)保要求，不得直接排入環(huán)境之中，只能交給有資質(zhì)的單位處理，否則將造成嚴重的環(huán)境事故。

3 結語

(1)使用的幾種水-乙二醇樣品外觀渾濁后，采用多種方法均無法得到清澈透明的外觀，對包括粘度、防銹抗腐蝕性、抗磨性、清潔度、泡沫特性等多種指標檢測，結果表明雖然多個指標不合格，但不能以通常的粘度變化來判斷液壓液是否還能繼續(xù)使用。

(2)水-乙二醇難燃液壓液中含有的金屬、胺類鹽是造成灰塵、油污分散的主要原因，而其中的大量水分又是造成微生物生長的主要原因，系統(tǒng)運行過程中生成不同碳原子數(shù)的酮、醛、酸及聚合物，這是液壓液清潔度檢測顆粒物的主要來源，為污染物的紅外光譜分析所證實。

(3)控制溫度，使用高性能的空氣濾清器，盡可能減少灰塵的侵入，同時對在用的水-乙二醇難燃液壓液的清潔度等指標進行定期檢測，加裝過濾裝置，使用防腐殺菌劑等手段將有效延長水-乙二醇難燃液壓液的使用壽命，另外報疲的水-乙二醇難燃液壓液不得直接排入環(huán)境之中。