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高炉炉前设备液压系统污染控制
时间:2017年03月18日来源:本站原创作者:admin点击:
摘要:高炉炉前设备液压系统运行环境恶劣,故障率高。究其原因,是由于液压系统的油液受污染,进而引发故障。通过对污染源头的分析,采取有效措施控制,保证系统污染度受控,降低设备故障率。

前言
    目前,国内外大中型高炉炉前设备的传动和执行机构普遍采用液压技术,设备的自动化控制也是借助液压系统来实现,如液压泥炮和液压开铁口机。我公司高炉炉前设备-泥炮和开铁口机均采用全液压系统驱动控制。由于炉前设备运行环境恶劣,高温、高粉尘,炉前设备故障率居高不下,严重影响高炉稳定顺行,导致备件消耗量大,设备运行成本高。

    根据故障统计分析,炉前设备机械故障半数以上是由液压系统故障引发,而引发液压系统故障的原因又有约 80~90%来自油液污染。由于油液污染控制不利,导致泵阀磨损、阀芯粘附,油液黏度变化、酸值上升等,进而造成部件金属表面精度降级,造成设备故障频发,严重影响生产运营。

污染源及其危害
    液压油液是液压系统中传递能量的工作介质,同时还兼有润滑、防锈、密封和冷却等功能。我公司炉前设备液压系统使用的液压油:L-HM46,是由深度的矿物油加入抗氧、防锈、抗磨和抗泡等添加剂调和而成,具有良好的防锈性。而且在抗磨性能方面更为突出,在中高压条件下能使摩擦面具有油膜强度,减低磨损。

    污染物是指混杂在液压系统的油液中对系统和原件有害的各种物质和能量。其存在严重破坏油液的清洁度,破坏系统稳定。油液的清洁度是保证液压油各种优越性能的关键。设备运行中导致清洁度降低,油品污染的主要原因:非固体颗粒污染、固体颗粒污染和能量形式的污染三个方面。

非固体颗粒污染
    水、空气、微生物、化学物及其以其他能量形式存在于油液中的污染物,统称为非固体颗粒污染物。在实际运行系统中以水和空气污染占主体,危害面相对较广。

    水分存在于液压油中,即是有害物质,其对液压系统大危害是具有腐蚀性,损坏液压元件的金属表面。另外,水还会加速油液的氧化,并会与液压油中的一些添加剂产生粘性胶着物质,造成阀芯粘滞、卡阻,阻尼孔堵塞,也会使过滤器的滤芯堵塞。液压系统中的存在水分越多对液压系统的危害越大。

    空气存在于液压系统中也是十分有害的。常见的存在于液压油中的形式有悬浮、溶解和游离三种。其危害表现为使元件表面局部产生气蚀,同时伴有噪声发生,还会加速元件金属表面的氧化。由于液压油中混有空气,液压油的体积模量会减小,液压系统的刚性就会减小,功率损失大,降低效率。

固体颗粒污染
    如金属颗粒、纤维碎屑、氧化物、漆皮、油泥、杂质等,以固体颗粒形式混悬在油液中的,统称为固体颗粒污染。固体颗粒污染物是液压系统油液中常见、主要的污染物。

    油液中固体颗粒污染物会引起各种形式磨损。当固体颗粒进入元件运动副间隙中间,会对元件表面产生切削磨损和疲劳磨损。高速液流中的固体颗粒对元件表面的冲击引起冲蚀磨损。固体颗粒污染物对液压系统的危害十分严重,轻则导致设备动作缓慢、动作失灵等故障,严重则会造成设备误动作,引发重大设备事故,甚至会危及人身安保。

能量形式污染
    液压系统内以能量形式存在的,如化学能、热能、辐射、磁场、静电等,对系统产生影响的污染统称能量形式污染。其危害主要表现,例如热能导致液压油黏度降低,长期高温会使液压油变质,氧化产生树枝状颗粒、元素硫和羧酸等,遇水产生酸性物质,强烈腐蚀元件表面和破坏密封装置的密封件。静电和磁场力的吸附作用可使阀芯或滤网等表面吸附颗粒、粘性物,造成元件阻滞或卡死。

污染控制
    上文所述的 3 类污染问题普遍存在于液压系统中,高炉冶炼系统由于环境温度高、粉尘大等因素影响,其危害性表现更为明显,影响更为突出。而污染控制的基本目的,是通过污染控制措施使系统污染度控制在关键元件的污染耐受度范围以内,以保证液压系统的工作可靠性和元件的使用寿命。这也正是我们迫切需要和致力追求的。

    高炉炉前液压系统由泵站、阀台、中间配管、执行元件及辅助元件等组成。系统中的污染物来源是多方面的,就其污染侵入方式又可以分为:内部固有的、外界侵入的和内部生成的。为了有效控制污染,要采取措施从各方面控制污染源。

非固体颗粒污染的控制
    炉前设备液压系统的非固体颗粒污染主要表现为:水污染和空气污染。

水污染的控制
    水污染对液压系统的危害很大,对于炉前液压系统,造成水污染的主要原因是外部侵入的,如补充新油过程中意外进入、外部执行元件渗入、热交换器泄露侵入、油箱呼吸孔处的冷凝水等。

    案例:2015 年 8 月,**公司**号高炉炉前设备液压系统的液压油箱(容积:1500L),检查发现液压油液浑浊,油液呈混悬、乳白状。在清洗油箱、换油时,油箱和管路内的油液排空后,板式热交换器进出油口处又发现有水滴出。

    经检查分析发现存在多处问题:新油油桶储存处厂房漏水,油桶盖上方积满水;进行补油作业后补油工具未取出、油桶未密封;清洗油箱时发现空气滤清器处有较多冷凝水;热交换器散热片间密封胶垫破损等。

管控措施:
    (1)新油品储存在干燥、抗晒、防雨、防火的油品库中,防止因为油桶密封老化导致水分进入新油。
    (2)新油桶开封后,首先目测油液外观,是否清晰透明,一旦发现浑浊、变色、乳化等不正常现象,不得使用。
    (3)未一次性使用完的油液要密封保存,拧紧油桶密封盖。
    (4)补新油要使用合格精度的滤油机,每次使用完毕,要将补油管路两端密封,并分别安装好防护套(长 2 米),保持清洁干燥。
    (5)每次实施补新油作业后,油箱补油口要密封好。
    (6)定期开展热交换器压力检验和密封性检验。
    (7)油箱呼吸孔使用带干燥器(阻水滤材)的空气滤清器,定期更换干燥剂。

空气污染的控制
    空气污染是在液压系统所有污染中容易被忽略的,但是其危害也是相当严重的。尤其在中高压液压系统中,一旦油液中混入大量空气,不仅仅影响设备精度,而且对泵、阀、管路、执行元件的气蚀非常严重。
管控措施:

    (1)合理设计油箱:油箱容积充足,吸油、回油、补油口要在低液面以下,斜 45°面向箱壁;吸油与补油、回油口在油箱隔板两侧布置等。
    (2)吸油口要设置粗过滤器或滤网,以去除气泡。
    (3)更换较大容积执行元件后,如油缸等,要先进行排气后在正式投用。

固体颗粒污染的控制
    固体颗粒污染物是液压系统中常见的、主要的污染物,也是对系统危害很大的。高炉生产过程中会产生大量烟尘,液压系统的运行环境恶劣。固体颗粒污染物侵入液压系统的机率大、途径多,要多环节严格控制。

新油的过滤
    一般认为,新采购的、未经使用的新油应该是清洁的、无杂质的。然而,通过实际检验发现,未经过过滤净化的新油的污染度是超过规定要求的。通过对国内外的油品进行取样分析发现,现场桶装新油的污染度等级一般为 NAS10~14 级,已经超过液压系统普遍要求的污染度。
    因此,对于污染度不符合标准的新油,在使用前要经过过滤净化。在对油箱补充油液时,根据系统运行精度要求,选用不同过滤精度(一般为 5~10μm)的滤油机进行补油作业,以保证油箱系统油液的清洁度。

维修作业的管控
    对于炉前设备液压系统而言,引发固体颗粒污染的主要原因是外部侵入式。因为炉前设备运行环境恶劣,易耗件尤重,如开铁口机的高压金属软管。而维修作业不规范、不标准,对系统清洁度不重视更是污染严重的直接诱因。

控制措施:
    (1)液压元件存放在密闭、洁净环境空间内,在使用前不得开封,避免污染物进入;尤其是易耗元件如液压软管、密封胶圈等,要做到有效防尘。
    (2)元件上机前进行检查,发现杂质、纤维、加工碎屑等明显可视颗粒要使用过滤过的洗油清洗干净。
    (3)元件安装环境要保持清洁,密封面、配合面等清洗干净。
    (4)确保作业工具洁净、无尘。
    (5)作业人员要长期坚持遵守液压系统作业规程,养成良好的作业习惯。

泵站的管理
    高炉炉前设备液压系统泵站设置在出铁场平台下的液压站内,集中布置。泵站油箱是所有污染物集中的位置,无论是系统固有的、外部侵入的,还是系统自动生成的污染物,都会随着油液的循环流动经过油箱。因此,泵站也是过滤装置设置的好位置,对污染控制作用非常显著。

控制措施:
    (1)泵站油箱要保持清洁、密闭,防止外部灰尘侵入。
    (2)循环过滤装置定期检查,过滤器进出口压力设置报警值,并接入控制系统。
    (3)定期更换各部滤芯,更换滤芯时,滤筒内残余油液排除干净。
    (4)每月使用真空磁力滤油机对系统油液进行外部强制循环过滤,去除泵阀磨损碎屑及其他颗粒杂质。
    (5)每 6 个月清洗油箱,去除底部及箱壁沉积油泥、纤维、铜粉、金属颗粒等污染物。

能量形式污染的控制
    炉前设备液压系统的能量形式污染主要是化学能污染和热能污染。
    化学能污染以腐蚀性为主,油液中的残存的少量活性氯化物、硫化物以及低分子溶性有机酸等对系统中金属表面的腐蚀,使精密配合面间隙变大,导致泄露增加,当出现麻坑时会严重削弱元件强度,产生腐蚀碎屑等污染油液。另外,高炉炉前设备布置在出铁场出铁主沟两侧,长期受到铁水高温热辐射作用,造成管炉内油液温度相当高,设备运行时高温油液循环回油箱,造成热污染。而且,热污染又会诱使化学污染加剧。

控制措施:
    (1)高温区管网设置强制冷却设施,如喷淋水冷却。
    (2)泵站设置循环冷却系统,采用板式热交换冷却器,冷却系统与油箱温度进行自动连锁控制。
    (3)在液压油中添加抗腐化添加剂以增强液压元件和油液的抗腐化性能。

结论
    以前,对于高炉炉前设备液压系统的污染控制主要致力于固体颗粒污染物的控制,而忽略了水、空气等非金属颗粒污染物和能量形式污染的控制。而如今,通过对炉前液压系统的污染物及污染形式的具体分析,开展多方面的污染控制措施,保证了液压油液清洁度,降低了炉前设备故障率,为高炉生产稳定提供有力保障,同时也为炉前设备的现代化管理做出了贡献。
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