失效水-乙二醇难燃液压液性能检测及防治

时间：2024-09-03

白敏温皓

(二重(德阳)重型装备有限公司，四川618013)

水-乙二醇难燃液压液作为一种广泛使用的液压介质，在冶炼、锻造、煤矿、纺织等领域都被大量使用，虽然它有许多优点，但是运行一段时间后外观就会出现浑浊，用多种方法也难以澄清，补加新的液体也无法恢复到原始透明的状态，针对新投入运行的液压系统，金属离子对水-乙二醇难燃液压液的不利影响，以及解决办法提出了想法。

由于水-乙二醇难燃液压液主要由水、乙二醇、聚醚及少量的防腐、极压润滑等添加剂组成，它与液压油性质完全不同。目前在液压系统中它的使用量较为巨大，了解它失效后性能指标的变化，对其如何处理或者合理利用，有明显的经济效益和社会效益，为此对失效水-乙二醇难燃液压液性能进行了全面检测研究，对其恶化的原因进行分析，并对如何排放、再生提出了新看法。

1 性能指标检测

1.1 外观

公司的几种高温设备上使用着几种不同品牌的水-乙二醇难燃液压液，这几种品牌的水-乙二醇难燃液压液进入不同的液压系统之前，系统均进行了全面清洁，内部清洁度达到NAS7级。选择三种品牌水-乙二醇难燃液压液，在使用不同时间后外观均出现浑浊，但浑浊的程度、颜色有所不同，都随运行时间延长程度增加。对这几种运行12个月出现严重浑浊样品，分别采用静置不少于100 h、过滤、加热及过滤、添加最高比例达100%的蒸馏水，均无法得到清澈透明的外观。

难燃液压液的使用性能包括粘度、粘温指数、抗磨性、剪切安定性、防锈抗腐蚀性、泡沫特性、空气释放性及倾点等多种理化指标，具体内容见ISO 12922:1999《润滑油，工业油和相关产品(L级).H族(液压系统).HFA、HFAS、HFB、HFC、HFDR和HFDU类别规范》中水-乙二醇难燃液压液规格标准。本研究仅对其中使用性能特别重要的粘度和发生严重恶化的指标进行检测，其检测情况和结果分述如下：

1.2 粘度指标的检测

由表1检测结果看出，三种品牌的水-乙二醇难燃液压液在使用长达36个月之后，粘度不仅仍在合格范围内，而且变化仍很小，不超过1%，尽管此时外观已浑浊严重，但以液压油报废的粘度来衡量，却仍在合格的范围内，对液压油来说，当其外观发生这种变化时，粘度的变化程度通常都在5%以上，所以不能用传统的粘度改变量来评判水-乙二醇难燃液压液还能否继续使用。同时，也说明正常运行的液压系统其密封等元件正常工作不会造成泄漏或者外界水份的混入，加之液压液中的聚醚粘温指数优良，因此粘度变化甚微。

表1 三种品牌水-乙二醇难燃液压液运行不同时间后的粘度

表2 三种品牌水-乙二醇难燃液压液运行不同时间后的清洁度

表3 三种品牌水-乙二醇难燃液压液运行不同时间后四球试验数据

1.3 清洁度检测

对A、B、C三种水-乙二醇难燃液压液新投入使用时及使用一段时间后取样测其清洗度，采用的标准为NAS 1638《油品洁净度分级标准》，仪器为罗素KT-2A颗粒计数器，采用激光计数测定样品中的颗粒物，试验条件为室温，样品在超声装置中处理15 min以上，以保证除去样品中的全部泡沫，每次测定液体体积为5 ml，检测结果如表2。

由表2检测结果可知，A、B、C三种水-乙二醇难燃液压液在系统中运行后均出现大量颗粒物，清洁度从符合系统要求≤7级，到大大超过标准要求，导致介质的清洁度严重恶化。同时检测数据还表明，其中5 μm～25 μm的颗粒增加值最大，总量也最多。(罗素KT-2A颗粒计数器能测出的污染最严重的样品的清洁度就是大于12级。)

1.4 四球试验

四球机试验是目前评定润滑材料性能较为简便的试验方法，具有评定时间短，成本低，试验数据稳定的倾向性。用MRS-10P四球机进行了相应的试验，测定其长磨直径(润滑膜抗磨性能)，以观察运行后出现浑浊现象的水-乙二醇难燃液压液的抗磨性与原始水-乙二醇难燃液压液的抗磨性的变化情况。

检测样品仍为使用的A、B、C三种水-乙二醇难燃液压液，分别在它们新投入使用时及使用一段时间后取样进行四球试验，四球实验条件为：钢球材质为GCr15，直径12.7 mm，硬度为59～61HRC，室温，主轴转速1200 rmin，负荷294 N，试验时间30 min。所用钢球为标准钢球(AISI-52100)，用读数显微镜(精度±0.01 mm)测量3个下试球的磨斑直径，取平均值作为磨斑直径测定值[1]，实验结果的磨斑直径数值见表3。

表3中四球机长磨实验磨斑直径在使用6个月以后的样品中测试时，由于样品的消泡性差，样品四球试验测量中混入气泡，气泡在介质系统内循环，不仅使系统压力降低、润滑条件恶化,还会产生异常噪声和振动。此外，气泡还会减少介质与对摩擦付的隔离面积，在运动摩擦产生的高温和负荷作用下，加速介质的氧化、变质，使其抗磨性能更差。

1.5 防锈及腐蚀试验

水-乙二醇液体中含有大量的水，所以需加入防腐剂和防锈剂，防止设备发生腐蚀，而且介质在系统中要接触管道及各种液压元件，也需要有良好的防锈及抗腐蚀性能。为此，对A、B、C三种水-乙二醇难燃液压液，分别在新投入使用时及使用一段时间后取样进行液相锈蚀及特定的腐蚀试验，试验结果见表4。

表4 三种品牌水-乙二醇难燃液压液运行不同时间后防锈及腐蚀试验

表5 三种品牌水-乙二醇难燃液压液运行不同时间后消泡性检测结果

上述试验说明，运行36个月以后严重浑浊的液压液无论液相锈还是腐蚀试验均不合格。这主要是液压液中所防锈剂、气相缓蚀剂均消耗殆尽，无法提供有效的缓蚀保护，所以液相锈蚀的试棒、腐蚀试验的钢片、铜片均出现不合格的现象。

1.6 泡沫特性试验

由表5可见，样品运行12个月后，起泡倾向和泡沫稳定性均大大超过GBT 12579中规定的数据30010，因此不合格。

2 指标变化原因的分析研究及对策

2.1 液压液中颗粒物增多的原因

(1)首先从组成看，水-乙二醇难燃液压液中含有的润滑、极压剂均为羧基、胺及碱金属盐类，它们均有表面活性剂的作用，能够对进入系统的灰尘、油污进行分散，使其成为粒径很小的颗粒。所以，运行一段时间的液压液中有很多分散颗粒，对清洁度检测数据表明，现以一个运行36个月的A样品为例，在5 ml液体中，其中小于5 μm的颗粒数达29129个，5 μm～15 μm的颗粒数为5479个，15 μm～25 μm的颗粒数为709个，25 μm～50 μm的颗粒数为33个，没有大于50 μm的颗粒，因此金属盐对灰尘、油污的分散是造成水-乙二醇难燃液压液中颗粒物增多的一个重要原因。

(2)其次，水-乙二醇液压液是高水基工作液，通常水含量达40%以上，极易产生微生物，引起试压液变质劣化，降低润滑性，这是三种样品运行一段时间后清洁度下降的又一主要原因。对微生物影响，在有明显异味的液压液中，观察到系统中被液压液淹没和未被淹没的表面有不同的锈蚀状况，说明它们的液相和气相抗锈蚀性能下降，这两部分都出现了不同程度的锈蚀。管路中过滤器的滤芯表面也有若干胶状附着物，正是由于产生了恶化难燃液压液的防锈和防腐蚀性能[3]。所以水-乙二醇液压液变质生成的微生物引起系统腐蚀，应是系统出现锈蚀的重要原因。

(3)系统运行过程中介质温度升高，光线、系统中的金属材料，如铁、铜等，使水-乙二醇液压液中的乙二醇易于氧化生成醛或酸性物质，聚醚发生游离基氧化反应，使长链变成短链，生成不同碳原子数的酮、醛、酸及聚合物，这是液压液清洁度检测中的颗粒物增多的又一主要来源，是通过污染物的红外光谱分析证实的。

2.2 延长液压液寿命的措施

上述灰尘分散及各种反应，使水-乙二醇液压液的润滑、防锈性能降低；另外，系统产生的气蚀、噪声、振动、压力变化和工作不稳定，还会使介质的抗泡性能降低，使泵的容积效率降低，油膜抗极压性能下降，润滑性进一步降低。通常系统温度应控制在30～50℃。从上面的分析可知，延长液压液寿命的重要措施有：

(1)选择高性能的空气滤清器尽可能减少灰尘的侵入。

(2)根据通常经验，当液压液贮槽内的液温超过45℃时，应该使用回液管线上的换热器进行降温。

(3)混有气泡的介质在系统内循环，不仅使系统压力降低、润滑条件恶化，还会产生噪声和振动。此外，气泡还会增加介质与空气接触面积，在高温和高压下，加速介质氧化变质[4]。因此定期检测液压液的抗泡性，适量添加抗泡剂，保证空气从液压中尽快逸出，是去除介质中气泡的有效手段。

(4)对液压系统加装多级过滤装置，并使用最小孔径1 μm～3 μm的滤芯及时进行循环过滤，根据过滤器压力指示情况，检查并更换过滤器的滤芯，定期检测其清洁度，保证清洁度在NAS7级以内，这样一方面避免灰尘、油污分散到液压液中，另一方面也避免液压液中功能性材料的无谓消耗。同时，定期对液压液粘度、抗磨、防锈、防腐、泡沫等性能进行检测，针对其变化联系生产厂家及时进行调整，以延长其使用寿命。

(5)建议生产厂家在配方中增加防腐杀菌成分，或者用户在水-乙二醇液压液投入使用时即加入防腐杀菌剂，这类产品有很多，如异噻唑啉酮类等，加入量通常为5×10-6～10×10-6，如此即可有效避免微生物的危害，延长水-乙二醇液压液的使用寿命。

过去，曾认为水-乙二醇液压液绿色环保，可以直接排入环境中。但由于水-乙二醇液压液中含有大量的乙二醇、聚醚及各类抗磨、防锈等添加剂，根据目前国家的环保要求，不得直接排入环境之中，只能交给有资质的单位处理，否则将造成严重的环境事故。