Petroleum-baseret olie er en fremragende smøremiddel, så systemer, der bruger den som energioverførselsmedium, kan forvente en lang og pålidelig levetid. Dog har petroleum-baseret olie én betydelig ulempe i mange systemer og applikationer: Under tryk kan olien sprøjte ud gennem utætheder og danne en tåge (oliesprøjt). Denne tåge er blevet årsag til mange industrielle brande.

Når vi normalt bruger petroleum-baseret olie, er brandrisikoen ikke særlig høj – fordi mineralolie ikke antænder let ved stuetemperatur og har en flammeslukkende evne, der minder om en trætændstik. Men når højtryksledninger udvikler små utætheder, sprøjter olien ud som en fin tåge. Tåge er en meget brandfarlig blanding, der kan antændes meget let – denne type utæthed kan betragtes som en brændstofindsprøjtning.

I industrielle miljøer med brandrisiko er den første bekymring sikkerheden for arbejdstagerne og evnen til at opretholde produktionen uden utilsigtede brande. Hvis miljøet kan frembringe utilsigtede antændelseskilder, er der behov for brandsikre hydraulikvæsker. Anvendelsen af sådanne væsker øger driftsomkostningerne (brandsikre væsker er dyrere end mineralolie) og reducerer komponenternes levetid.

Formålet med dette kapitel er at identificere de brandsikre hydraulikvæsker, der almindeligvis anvendes i hydrauliske systemer, diskutere nogle problemer forbundet med deres anvendelse samt give vedligeholdelsesvejledninger.

Bestemmelse af brandsikkerhed

Brandsikre væsker er ikke ildfaste – som navnet antyder, er de blot svære at antænde. Hvis en brandsikker væske opvarmes til en tilstrækkelig høj temperatur, vil den til sidst antænde.

Brandhærdigheden af en bestemt væske bestemmes ud fra tre tekniske målinger: flashpunkt, brandpunkt og selvantændelsestemperatur. Referencevæsken i de følgende tre testbeskrivelser er petroleumsbaseret hydraulikolie.

Flammepunkt

Flashpunktet for en væske er den temperatur, hvortil den skal opvarmes, før den frigiver tilstrækkeligt meget damp fra overfladen til at antænde, hvis der anvendes en flamme. For petroleumsbaseret hydraulikolie frigives der tilstrækkeligt meget damp til at antænde, hvis den opvarmes til 350–450 °F (176,6–232,2 °C). Når flammen derefter fjernes, slukkes antændelsen dog igen.

Brandpunkt

Brandpunktet er den temperatur, hvortil olien skal opvarmes, så den fortsætter med at brænde, efter at testflammen er fjernet. Over denne temperatur frigives der tilstrækkeligt meget damp fra oliens overflade til, at olien, når den først er antændt, fortsætter med at brænde selvstændigt, selv efter at flammekilden er fjernet.

Selvændelses temperatur

Selvtændingstemperaturen (AIT) er den temperatur, hvor olien antænder af sig selv uden ekstern flamme eller gnist. For petroleumbaseret hydraulikolie antænder den spontant, hvis den opvarmes til 500–700 °F (260–371 °C).

Væsker, der er klassificeret som brandsikre, har højere flashpunkter, brandpunkter og selvtændingstemperaturer end petroleumbaserede olie.

Typer af brandsikre hydraulikvæsker

Brandsikre væsker kan opdeles i to store kategorier: vandbaserede og syntetiske.

Vandbaserede hydraulikvæsker

Den første hydrauliske arbejdsvæske var vand. Vand har nogle ulemper (især ved smøring), men det er ikke-antændeligt, så den oprindelige fremgangsmåde, når brandsikkerhed krævedes, var simpelthen at skifte tilbage til vand. Men da der kræves en vis smøring, blev olie og vand emulgeret sammen.

Vand-i-olie-emulsion (W/O-emulsion)

Dette er en vandbaseret brandhæmmende væske, der består af vand og olie. Det er ikke en opløsning – olie og vand opløser sig ikke i hinanden. I denne væske er olien fordelt i ekstremt fine dråber ved hjælp af en kemisk emulgator og jævnt fordelt i hele vandbæreren, hvilket forbedrer dens smøreegenskaber. Når denne væske kommer i kontakt med en flamme, omdannes vandet til damp og slukker ilden.

Denne tofasede vand/olie-væske kaldes en emulsion. I den periode, hvor denne type væske blev bredt anvendt, var det typiske forhold 60 % vand til 40 % olie, hvor vand udgjorde den dominerende fase og olie de fordeltede dråber.

Vandbaseret væske med højt vandindhold (HFA)

Dette er en brandhæmmende væske, hvori vand er den primære komponent. I dag bruges denne type sjældent i hydrauliske systemer, bortset fra systemer, hvor store mængder arbejdsfluid går tabt på grund af utætheder. Systemer, der anvender denne væske, ofrer en forkortet levetid for komponenterne for at opnå en vis økonomisk fordel, da væsken er relativt billig (vand udgør mindst 90 % af indholdet).

En emulsion med 1–10 % olieindhold kaldes en højvandsbaseret væske (olie-i-vand-løsning). Hvis nogen angiver, at deres system bruger "5 % opløsning af olie", betyder det 95 % vand og 5 % olie, eller en kemisk koncentration på 95:5.

Olie-i-vand-emulsion (HFB)

Moderne vand/olie-emulsioner, der anvendes i hydrauliske systemer, er mælkehvide væsker bestående af 60 % olie og 40 % vand — forholdet er omvendt i forhold til den tidligere HFA-type (60 % vand til 40 % olie). Da olie er den primære komponent i denne væske, mens vand udgør den dispergerede fase, har HFB-emulsionen bedre smøreegenskaber end HFA, men dens brandhæmmende egenskaber er let reduceret.

viskositet af vand/olie-emulsioner

Ligesom petroleumsoel er viskositet en vigtig egenskab ved vand/olie-emulsioner. Da HFA-væsken indeholder mindst 90 % vand, svarer dens viskositet i væsentlig grad til vands viskositet — hvilket gør den til en relativt dårlig smøremiddel.

På den anden side betyder det, at HFB-emulsionen består af ca. 60 % olie, ikke, at dens viskositet svarer til viskositeten af dens basisolie. På grund af skærevirkningen mellem de to faser viser HFB-emulsionen en lavere viskositet end forventet. For at sikre tilstrækkelig smøring af systemkomponenterne skal den anvendte HFB-emulsion have en højere viskositet end den petroleumsoel, der normalt anvendes i systemet. For eksempel, hvis et system anvender petroleumsoel med en viskositet på 150 SUS (32 cSt) ved 100 °F (37,7 °C), skal HFB-emulsionen have en viskositet på 375 SUS (80,9 cSt) ved 100 °F (37,7 °C).

Når arbejdsvæsken passerer gennem hydraulikpumpen og systemet, forårsager skære-effekten mellem de to faser, at HFB-emulsionen viser et fald i viskositet. For at sikre, at komponenterne er tilstrækkeligt smurt, skal viskositeten af HFB-emulsionen være højere end viskositeten af den almindelige petroleumsoel for det pågældende system.

Problemer med olie-i-vand-emulsioner

Opbevaring af vandbaserede brandhæmmende væsker i en beholder kan give problemer. For HFB-emulsionen er de to primære problemer faseadskillelse og bakterievækst.

Faseadskillelse

HFB-emulsioner er ikke beregnet til drift ved lave temperaturer. Ved 32 °F (0 °C) begynder is at danne sig; ved ca. -10 °F (-23,3 °C) fryser emulsionen fuldstændigt. Frostsmedtø-kredsløb forårsager adskillelse af de to faser: ved vands frysepunkt (32 °F / 0 °C) stivner nogle af vanddråberne i emulsionen til iskrystaller. Når systemet opvarmes og isen smelter, genopretter emulsionen ikke nødvendigvis sig selv – på dette tidspunkt gør væsken komponenterne mere udsatte for rust og er ikke længere en god smøremiddel.

Gentagne frostsmedtø-kredsløb forårsager permanent adskillelse af vand- og oliefaserne. Når de først er adskilt, er det meget svært – hvis ikke umuligt – at få de to faser tilbage i en emulgeret tilstand, og brandmodstandsdygtigheden bliver en alvorlig bekymring.

Tjek for faseadskillelse

Visuel inspektion bruges til at kontrollere, om emulsionen har undergået faseadskillelse. Det er svært at afgøre i beholderen, om de to faser er adskilt — tag en prøve af olien, hæld den i en flaske med bred mund og lad den stå et stykke tid. Eventuelt frit vand vil synes at bundfælde på bunden af flasken.

Hvis du mistænker, at faseadskillelsen er alvorlig, skal du kontakte din væskeleverandør — de kan anbefale udskiftning af væsken.

Bakterievekst

Under passende temperaturforhold kan bakterier vokse i HFB-emulsionen. Et stort antal bakterier kan blokere strømningsreguleringsventilens åbninger og filterelementer — alle disse effekter gør systemet upålideligt og forårsager fejl i dets funktion.

Mange HFB-emulsioner indeholder bakteriostatiske tilsætningsstoffer for at forhindre dette.

Kontrol for bakterievækst

Bakterievækst i HFB-emulsionen kan påvises visuelt og ved lugt. Hvis bakterierne er vokset i væsken, ser indløbsfilteret ud, som om det er dækket af en tyk slimlag, og væsken udsender en ubehagelig lugt.

Hvis bakterievækst er til stede i emulsionen, vil væsken sandsynligvis skulle udskiftes.

Vand-glykol (HFC)

Vand-glykol er en anden type vandbaseret brandhæmmende væske. Den består af vand og glykol (ethylenglykol), og dens kemiske struktur er meget lignende bilkøleveksler.

Vand-glykol er normalt rød eller lyserød i farven. Den indeholder typisk 60 % glykol og 40 % vand samt kemiske tykkere midler for at øge viskositeten. Da glykol faktisk opløses i vand, er denne væske enfaset – i modsætning til emulsioner indeholder den ikke adskilte vand- og glykoldråber, når den undersøges under et mikroskop. Vand-glykol fungerer godt ved lave temperaturer.

Sammenligning af HFB-emulsion og vand-glykol

Når vi sammenligner HFB-emulsion og vand-glykol, finder vi følgende:

1. Stabiliteten af HFB-emulsion er dårligere end stabiliteten af vand-glykolopløsning.
2. En stabil HFB-emulsion har bedre smøringsegenskaber.
3. HFB-emulsion er billigere.
4. Vand-glykol har bedre brandhæmning.
5. Vand-glykol fungerer bedre ved lave temperaturer.

Problemer med vandbaserede hydraulikvæsker

Anvendelse af vandbaseret brandhæmmende væske i et hydraulikreservoir skaber nogle problemer. To hovedproblemer for HFB-emulsionen er reduceret komponentlevetid og fordampning af vand.

Smøring med vandbaseret væske

Da vandbaserede brandhæmmende væsker indeholder en stor andel vand for at opnå brandhæmmende egenskaber, er deres smøreevne langt lavere end petroleumsoolie — dette er en indbygget ulempe.

Selvom der tilsættes smøreforbedrende additiver og olieagtige additiver, reducerer de stadig komponentlevetiden under brug. På grund af denne ugunstige virkning anvendes vandbaserede brandhæmmende væsker generelt ikke i systemer, der opererer over 1.800 psi (124 bar).

Blandt HFA-væske, HFB-emulsion og vand-glykol har den stabile HFB-emulsion den bedste smøreevne; efterfulgt af vand-glykol og derefter HFA.

Tabel 4-1: Relativ smøringssænkningsfaktorer for vandbaserede brandhæmmende væsker i forhold til petroleumsole. En højere faktor betyder mere slid på komponenter.

Vand fordampning

Mange væskeproducenter anbefaler, at den maksimale driftstemperatur for vandbaserede hydraulikvæsker bør være 140 °F (60 °C) og helst holdes under 120 °F (49 °C). Over 140 °F (60 °C) kan der ske overdreven fordampning af vand.

Når vand fordamper fra den vandbaserede væske, sker der flere uønskede ting. Vanddamp, der forlader væsken, kondenserer på ubeskyttede jernkomponents overflader og forårsager rust. Efter en tid flager rusten af og bliver en forurening kilde i hele systemet.

Vandbaserede væsker indeholder generelt rustinhibitorer, men enhver ubeskyttet metaloverflade, der ikke er nedsænket i væsken, vil blive angrebet af dampen fra fordampningen.

Brandmodstandsdygtigheden af vandbaserede væsker afhænger af vandindholdet, så fordampning af vand reducerer brandmodstandsdygtigheden. Fordampning påvirker også viskositeten – i vand-glykol stiger viskositeten ved tab af vand; i HFB-emulsion falder viskositeten ved vandtab og kan gøre emulsionen ustabil. For at opretholde optimal brandmodstandsdygtighed og passende viskositet skal vandindholdet i vandbaserede brandhæmmende væsker kontrolleres regelmæssigt og holdes inden for et snævert koncentrationsområde.

Figur 4-11: Vandfordampning fra vandbaserede væsker. Fordampning reducerer brandmodstandsdygtigheden, ændrer viskositeten og tillader damp at kondensere på metaloverflader og forårsage rust.

Syntetisk brandhæmmende hydraulikvæske (HFDR)

Syntetisk brandhæmmende hydraulikvæske er en kunstigt fremstillet olie, der er kendt for sin høje brandmodstandsdygtighed, mens dens smøreegenskaber er tæt på dem for petroleumsole. Den mest almindeligt anvendte syntetiske brandhæmmende væske er fosfatester.

Bemærk: Syntetisk ildhæmmende væske må ikke blandes med silikoneresiner, silikat-estere, dibasiske syreestere, polyol-estere, polyethere eller andre syntetiske væsker. Disse syntetiske forbindelser kan have specifikke egenskaber, der er nødvendige for bestemte anvendelser, men de betragtes generelt ikke som ildhæmmende.

Fosfatester-væske fungerer godt ved højt tryk og har fremragende ildhæmmende egenskaber, men den er dyr. I højtrykssystemer med krav til ildhæmmende egenskaber kan en blanding af fosfatester og petroleumsoolie anvendes på grund af fosfatesters pris. Denne blanding har den smøring, som systemet kræver, men dens ildhæmmende egenskaber er ikke lige så gode som ved ren fosfatester.

Sammenligning af vandbaserede og syntetiske ildhæmmende væsker

Når man sammenligner vandbaserede og syntetiske ildhæmmende væsker:

6. Syntetiske væsker har bedre smøreegenskaber og kan operere ved højere tryk.
7. Syntetiske væsker er dyrere.
8. Syntetiske væsker har bedre ildhæmmende egenskaber.
9. Fosfatesterfluid har en antændelsespunkt på ca. 455 °F (235 °C), et brandpunkt på ca. 665 °F (352 °C) og en selvantændelsestemperatur på ca. 1.150 °F (621 °C).

Vandbaserede væsker udviser ikke brandmodstand gennem antændelsespunkt og brandpunkt – fordi disse væsker indeholder vand. Selvantændelsestemperaturen for vand-glykol er ca. 1.100 °F (593 °C); for HFB-emulsionen er selvantændelsestemperaturen ca. 825 °F (440,6 °C).

Figur 4-14: Fire typer brandhæmmende væsker og deres opbevaringsdrummer. Fra venstre: syntetisk (fosfatester), fosfatester-olieblanding, HFB-emulsion og vand-glykol.

Problemer med brandhæmmende hydraulikvæsker

Anvendelse af brandhæmmende væsker i hydrauliske systemer giver visse problemer, herunder: kompatibilitet med tætninger og beskyttelsesbelægninger, skumdannelse og luftbinding samt sedimentation.

Kompatibilitet af brandhæmmende væsker

Det mest almindelige materiale til dynamiske tætninger i petroleumsolesystemer er nitrilkautschuk (Buna-N). Dette materiale er også kompatibelt med HFB-emulsion og vand-glykol. Når et system skifter fra petroleumsole til HFB-emulsion eller vand-glykol, behøver de eksisterende tætninger af nitrilkautschuk ikke udskiftes. Hvis der derimod skiftes til en syntetisk væske som f.eks. fosfatesters, er udskiftning af tætninger påkrævet.

Når der skiftes fra petroleumsole til en vandbaseret hydraulikvæske, kan der opstå problemer med beskyttelsesbelægninger. Hvis indersiden af beholderen er beskyttet med en belægning eller maling, der er kompatibel med petroleumsole, kan den vandbaserede væske opløse disse belægninger.

Vand-glykol og nogle kemiske koncentrater er inkompatible med bestemte metaller. De kan korrodere zink, cadmium, magnesium og nogle aluminiumlegeringer og danne klæbrigt slagger, der blokerer ventiltårne og filtre og kan forårsage fastlåsning af ventilskafter. Derfor anbefales det, at komponenter, der indeholder disse metaller eller er overfladebehandlet med disse metaller, ikke anvendes sammen med vand-glykol. Sådanne komponenter kan omfatte elektropladerede rør, zink- eller cadmium-overfladebehandlede filterskærme, rørfittings og reservoirtilbehør.

Det almindelige nitrilkautsykgummi, der bruges som dynamiske tætninger i petroleumsolesystemer, accepteres ikke af fosfatestere eller blandinger af fosfatestere – disse væsker kræver fluorogummi (Viton), epoxybaseret gummi eller andre kompatible tætningsmaterialer.

Syntetisk ildhæmmende væske kan opløse maling og lak, der er kompatible med petroleumsole, men den korroderer ikke de almindelige metaller i et hydraulisk system.

Skum og luftbinding i ildhæmmende væsker

I forhold til petroleumsoL er vandbaserede og syntetiske brandhæmmende væsker mere tilbøjelige til at fastholde luft og skumme. Når arbejdsvæsken returnerer til reservoiret, kræver den brandhæmmende væske længere tid i reservoiret for at frigøre alle de samlede luftbobler.

Derfor bør systemer, der anvender brandhæmmende væsker, have et større reservoir end systemer, der anvender petroleumsoL.

afsætning i brandhæmmende væsker

Når brandhæmmende væske returnerer til reservoiret, fastholder den i højere grad flydende forureninger end petroleumsoL. Væsken bør tillade, at eventuelle forureninger af passende størrelse synker til bunden af reservoiret, men i brandhæmmende væsker synker forureninger ikke lige så let.

Derfor bør det første, der overvejes, når et system anvender brandhæmmende hydraulikvæske, være at indføre effektive væskefiltreringsforanstaltninger, og magnetfiltre bør ikke overses.

Vedligeholdelsesvejledninger

Opbevaring

Opbevaring af brandhæmmende hydraulikvæske er i princippet den samme som for petroleumsoL — tromlerne skal opbevares på deres side, så vand ikke samler sig øverst og trænger ind.

For HFB-emulsionen gælder der en yderligere opbevaringskrav: Da gentagne frysning-og-optøningscyklusser påvirker dens stabilitet, skal den omhyggeligt beskyttes mod frysning under opbevaring.

Overførsel af væske fra tromle til reservoir

Overførsel af væske fra opbevaringstromler til reservoir er et andet vigtigt trin. Før tromlens prop fjernes, skal tromlens låg rengøres, og al udstyr og værktøjer, der er nødvendige til overførselsprocessen, skal forberedes: fleksibel slange, overførselspumpe, tragt, reservoirpåfyldningsfilter samt operatørens hænder. Kontroller, at mærkenavnet og viskositeten for væsken i tromlen er korrekte.

Hvis der bruges en overførselspumpe til at transportere den brandhæmmende væske, skal man sikre sig, at der ikke er rester af en anden væsketype i pumpen, og at pumpens materialer og tilslutninger er kompatible med væsken.

Efter at der er fyldt brandhæmmende væske i beholderen, skal den vedligeholdes og overvåges med de specificerede intervaller. Olievandring omfatter: efterfyldning til minimumsniveauet, håndtering af utætheder og udskiftning af filterelementer.

Vandbaseret hydraulikvæske skal regelmæssigt kontrolleres for vandindhold — koncentrationen skal holdes inden for et meget snævert interval; ellers påvirkes viskositeten og brandhæmningen.

Det anbefales generelt ikke at tilsætte vand til en HFB-emulsion, da dette kræver en genemulgeringsproces. Det er almindeligt at tilsætte vand til en vand-glykol-løsning, men dette bør ikke udføres ved simpelthen at føre en havevandslange ind i beholderen. Efterfyldningsvand må ikke indeholde mineralaflejringer, der ville forurene systemet. Destilleret eller deioniseret vand er velegnet til vand-glykol-løsninger; mængden, der skal tilsættes, skal bestemmes ud fra laboratorieanalyse af olieprøven.

* HFA bruges sjældent i højtrykssystemer på grund af meget dårlig smøring; trykgrænsen er mere en praktisk end en teknisk begrænsning.