Naftový olej je vynikajúci mazivo, preto sa systémy, ktoré ho používajú ako prostriedok na prenos energie, môžu tešiť dlhej a spoľahlivej životnosti. V mnohých systémoch a aplikáciách však má naftový olej jednu významnú nevýhodu: pod tlakom môže uniknúť cez netesnosti a vytvoriť rozprašovaný olej (olejový sprej). Tento sprej sa stal príčinou mnohých priemyselných požiarov.

Pri bežnom používaní naftového oleja je riziko vzniku požiaru nie veľmi vysoké – pretože minerálny olej sa pri izbovej teplote ľahko nezapaľuje a má schopnosť uhasiť plameň podobnú zápalky z dreva. Ak však vysokotlakové potrubia vykazujú malé netesnosti, olej sa vystrekuje vo forme jemného spreja. Sprej je vysokej horľavosti zmes, ktorú je veľmi ľahké zapáliť – takýto typ netesnosti možno považovať za palivový vstrekovač.

V priemyselných prostrediach s rizikom požiaru je prvou starosťou bezpečnosť zamestnancov a schopnosť udržať výrobu bez náhodných požiarov. Ak prostredie môže vytvárať náhodné zdroje zapálenia, je potrebné používať hydraulické kvapaliny odolné voči požiaru. Používanie takýchto kvapalín zvyšuje prevádzkové náklady (požiarovo odolné kvapaliny sú drahšie ako minerálne oleje) a skracuje životnosť komponentov.

Účelom tejto kapitoly je identifikovať požiarovo odolné hydraulické kvapaliny bežne používané v hydraulických systémoch, diskutovať niektoré problémy s ich používaním a poskytnúť pokyny pre údržbu.

Určenie odolnosti voči požiaru

Požiarovo odolné kvapaliny nie sú nehorľavé – ako ich názov napovedá, je len ťažké ich zapáliť. Ak sa požiarovo odolná kvapalina zohreje na dostatočne vysokú teplotu, nakoniec sa zapáli.

Odolnosť konkrétnej kvapaliny voči ohňu sa určuje tromi technickými meraniami: teplotou vzplanutia, teplotou vznietenia a teplotou samozápalu. Referenčnou kvapalinou v nasledujúcich troch popisoch skúšok je hydraulický olej na báze ropy.

Bod zapaliteľnosti

Teplota vzplanutia kvapaliny je teplota, do ktorej ju treba zohriať, aby z jej povrchu uvoľnila dostatok pár, ktoré sa vznietia pri priložení plameňa. Pri hydraulickom oleji na báze ropy sa pri zohriati na 350–450 °F (176,6–232,2 °C) uvoľní dostatok pár na vznietenie pri priložení plameňa. Po odstránení plameňa však horenie ustane.

Teplota vznietenia

Teplota vznietenia je teplota, do ktorej musí byť olej zohriaty tak, aby po odstránení skúšobného plameňa pokračoval v horení. Nad touto teplotou sa z povrchu oleja uvoľní dostatok pár, ktoré sa po vznietení samy udržia v horení aj po odstránení zdroja plameňa.

Teplota samozápalu

Teplota samozápalu (AIT) je teplota, pri ktorej sa olej zapaľuje samovoľne bez vonkajšieho plameňa alebo iskry. Pri petrochemickom hydraulickom oleji dochádza k samovoľnému zápalu, ak sa zohreje na 500–700 °F (260–371 °C).

Kvapaliny klasifikované ako nehorľavé majú vyšší bod vzplanutia, bod horenia a teplotu samozápalu v porovnaní s petrochemickými olejmi.

Typy nehorľavých hydraulických kvapalín

Nehorľavé hydraulické kvapaliny možno rozdeliť do dvoch hlavných kategórií: na báze vody a syntetické.

Hydraulické kvapaliny na báze vody

Prvým hydraulickým pracovným prostredím bola voda. Voda má niektoré nedostatky (najmä v oblasti mazania), avšak je nehorľavá, preto pri prvej potrebe odolnosti voči požiaru stačilo jednoducho prejsť späť na vodu. Avšak keďže je potrebné určité mazanie, olej a voda sa emulgovali spolu.

Emulzia voda-v-oleji (W/O emulzia)

Toto je požiarovzdorná kvapalina na vodnej báze, ktorá sa skladá z vody a oleja. Nie je to roztok – olej a voda sa navzájom nerozpúšťajú. V tejto kvapaline je olej chemickým emulgátorom rozptýlený do extrémne jemných kvapôčok a rovnomerne rozdelený po celej vodnej nosnej fáze, čo zlepšuje jej mazacie vlastnosti. Keď táto kvapalina príde do styku s plameňom, voda sa premení na paru a uhasí oheň.

Táto dvojfázová voda/olejová kvapalina sa nazýva emulzia. Počas obdobia, keď sa tento typ kvapaliny široko používal, bol typický pomer 60 % vody ku 40 % oleja, pričom voda tvorila hlavnú fázu a olej rozptýlené kvapôčky.

Kvapalina s vysokým obsahom vody (HFA)

Toto je požiarovzdorná kvapalina, v ktorej je voda hlavnou zložkou. V súčasnosti sa tento typ kvapaliny v hydraulických systémoch používa len zriedka, okrem systémov, kde dochádza kvôli úniku k veľkým stratám pracovnej kvapaliny — systémy, ktoré ju používajú, obetujú skrátenú životnosť komponentov výhodou z nižších nákladov, pretože je relatívne lacná (voda tvorí aspoň 90 % obsahu).

Emulzia s obsahom oleja 1–10 % sa nazýva vodná bázová kvapalina s vysokým obsahom vody (roztok oleja vo vode). Ak niekto uvádza, že jeho systém používa „5 % roztok oleja“, znamená to 95 % vody a 5 % oleja, teda chemické pomerové zloženie 95:5.

Emulzia olej vo vode (HFB)

Moderné vodno-olejové emulzie používané v hydraulických systémoch sú mliečne bielé kvapaliny pozostávajúce z 60 % oleja a 40 % vody — pomer je opačný ako u staršieho typu HFA (60 % vody ku 40 % oleja). Keďže hlavnou zložkou tejto kvapaliny je olej a voda tvorí disperznú fázu, má emulzia HFB lepšie mazacie vlastnosti než HFA, avšak jej požiarovzdornosť je mierne znížená.

viskozita vodno-olejových emulzií

Rovnako ako u ropy je viskozita dôležitou vlastnosťou vodno-olejových emulzií. Keďže kvapalina HFA obsahuje aspoň 90 % vody, jej viskozita je v podstate rovnaká ako viskozita vody – čo ju robí relatívne zlým mazivom.

Na druhej strane, hoci emulzia HFB pozostáva približne zo 60 % oleja, to neznamená, že jej viskozita sa rovná viskozite základného oleja. V dôsledku strihového účinku medzi dvoma fázami vykazuje emulzia HFB nižšiu viskozitu, než by sa očakávalo. Aby sa zabezpečilo dostatočné mazanie komponentov systému, používaná emulzia HFB by mala mať vyššiu viskozitu než ropa bežne používaná v danom systéme. Napríklad ak systém používa ropy s viskozitou 150 SUS (32 cSt) pri 100 °F (37,7 °C), emulzia HFB by mala mať viskozitu 375 SUS (80,9 cSt) pri 100 °F (37,7 °C).

Keď pracovná kvapalina prechádza hydraulickým čerpadlom a systémom, zoskupovací účinok medzi dvoma fázami spôsobuje pokles viskozity emulzie HFB. Aby boli komponenty dostatočne mazané, mala by viskozita emulzie HFB byť vyššia ako viskozita bežného petrolejového oleja pre daný systém.

Problémy s emulziami olej vo vode

Ukladanie požiarovzdorných kvapalín na báze vody v nádrži môže spôsobiť problémy. Pre emulziu HFB sú hlavnými problémami oddelenie fáz a rast baktérií.

Oddelenie fáz

Emulzie HFB nie sú navrhnuté na prevádzku za nízkych teplôt. Pri teplote 32 °F (0 °C) sa začínajú tvoriť ľadové kryštály; pri približne –10 °F (–23,3 °C) sa emulzia úplne zamrzne. Cykly zmrazovania a rozmrazovania spôsobujú oddelenie dvoch fáz: pri teplote tuhnutia vody (32 °F / 0 °C) sa niektoré vodné kvapky v emulzii zmrznú na ľadové kryštály. Keď sa systém zohreje a ľad sa roztaví, emulzia sa nemusí nutne znovu vytvoriť – v tomto stave kvapalina robí komponenty viac náchylnými na koróziu a už nie je vhodným mazivom.

Opakované cykly zmrazovania a rozmrazovania spôsobujú trvalé oddelenie vodnej a olejovej fázy. Po ich oddelení je veľmi ťažké, ak nie nemožné, znovu dosiahnuť emulzovaný stav oboch fáz a odolnosť voči horeniu sa stáva vážnym problémom.

Kontrola oddelenia fáz

Vizuálna kontrola sa používa na skontrolovanie, či sa emulzia rozdelila na fázy. V nádrži je ťažké zistiť, či sa dve fázy oddelili – odoberiete vzorku oleja, nalejete ju do fľaše s širokým hrdlom a necháte ju chvíľu stáť. Vo fľaši uvidíte voľnú vodu usadiť sa na dne.

Ak máte podozrenie, že rozdelenie na fázy je závažné, kontaktujte dodávateľa kvapaliny – môže odporučiť výmenu kvapaliny.

Rast baktérií

Pri vhodných teplotných podmienkach sa v emulzii HFB môžu množiť baktérie. Veľké množstvo baktérií môže upchať otvory regulačných ventilov alebo filtračné prvky – všetky tieto účinky spôsobia, že systém bude neprehľadný a bude fungovať nesprávne.

Mnohé emulzie HFB obsahujú bakteriostatické prísady, ktoré toto zabraňujú.

Kontrola rastu baktérií

Rast baktérií v emulzii HFB možno zistiť vizuálne aj pomocou zápachu. Ak sa v kvapaline baktérie rozmnožili, vstupný filter vyzerá tak, akoby bol pokrytý lepkavým slizom, a kvapalina vydáva odporný zápach.

Ak je v emulzii prítomný rast baktérií, kvapalina sa pravdepodobne bude musieť vymeniť.

Voda-glykol (HFC)

Voda-glykol je ďalší typ požiarovzdorného prostredia na báze vody. Skladá sa z vody a glykolu (etylén glykolu) a jeho chemická štruktúra je veľmi podobná automobilovému mrazuvzdornému prostriedku.

Voda-glykol je zvyčajne červená alebo ružová. Zvyčajne obsahuje 60 % glykolu a 40 % vody, pričom na zvýšenie viskozity sa pridávajú chemické zhrubčovacie prísady. Keďže glykol sa v skutočnosti rozpúšťa vo vode, táto kvapalina je jednofázová – na rozdiel od emulzií neobsahuje pod mikroskopom oddelené kvapôčky vody a glykolu. Voda-glykol dobre funguje pri nízkych teplotách.

Porovnanie emulzie HFB a vody-glykolu

Pri porovnaní emulzie HFB a vody-glykolu zisťujeme:

1. Stabilita emulzie HFB je horšia ako stabilita roztoku vody-glykolu.
2. Stabilná emulzia HFB má lepšie mazacie vlastnosti.
3. Emulzia HFB je lacnejšia.
4. Voda-glykol má lepšiu požiarovzdornosť.
5. Voda-glykol funguje lepšie pri nízkych teplotách.

Problémy s hydraulickými kvapalinami na báze vody

Použitie požiarozodolnej kvapaliny na báze vody v hydraulickom rezervoári spôsobuje niektoré problémy. Dva hlavné problémy pre emulziu HFB sú znížená životnosť komponentov a odparovanie vody.

Mazanie kvapalinou na báze vody

Keďže požiarozodolné kvapaliny na báze vody obsahujú veľký podiel vody, aby dosiahli požiarozodolnosť, ich mazacie vlastnosti sú výrazne nižšie ako u minerálneho oleja – ide o nevyhnutný nedostatok.

Aj keď obsahujú prísady na zlepšenie mazania a prísady zvyšujúce olejitosť, stále skracujú životnosť komponentov v prevádzke. V dôsledku tohto nepriaznivého účinku sa požiarozodolné kvapaliny na báze vody všeobecne nepoužívajú v systémoch pracujúcich pri tlaku vyššom ako 1 800 psi (124 bar).

Z medzi kvapalinou HFA, emulziou HFB a vodou-glykolom má stabilná emulzia HFB najlepšie mazacie vlastnosti, nasleduje voda-glykol a potom HFA.

Tabuľka 4-1: Relatívne faktory zníženia mazania pre požiarnovzdorné kvapaliny na báze vody voči petrolejovému oleju. Vyšší faktor znamená väčšie opotrebovanie komponentov.

Tavenie vody

Mnoho výrobcov kvapalín odporúča, aby maximálna prevádzková teplota hydraulických kvapalín na báze vody nepresahovala 140 °F (60 °C) a ideálne by mala byť udržiavaná pod 120 °F (49 °C). Nad 140 °F (60 °C) môže dôjsť k nadmernej výpare vody.

Keď sa voda z kvapaliny na báze vody vyparuje, nastane niekoľko nežiaducich javov. Vodná para unikajúca z kvapaliny sa kondenzuje na nechránených povrchoch železných komponentov a spôsobuje koróziu. Po určitej dobe sa korózia odlupuje a stáva sa zdrojom kontaminácie v celom systéme.

Kvapaliny na báze vody zvyčajne obsahujú inhibítory korózie, avšak akýkoľvek nechránený kovový povrch, ktorý nie je ponorený do kvapaliny, je napadnutý parou vznikajúcou pri vyparovani.

Požiarová odolnosť vodných kvapalín závisí od obsahu vody, preto odparovanie vody zníži požiarovú odolnosť. Odparovanie tiež ovplyvňuje viskozitu – pri vodno-glykolových kvapalinách strata vody zvyšuje viskozitu; pri emulzii HFB strata vody zníži viskozitu a môže spôsobiť nestabilitu emulzie. Aby sa udržala optimálna požiarová odolnosť a vhodná viskozita, musí sa obsah vody vo vodných požiarovo odolných kvapalinách pravidelne kontrolovať a udržiavať v úzkom rozmedzí koncentrácie.

Obrázok 4-11: Odparovanie vody z vodných kvapalín. Odparovanie zníži požiarovú odolnosť, zmení viskozitu a umožní kondenzáciu pary na kovových povrchoch, čo môže spôsobiť koróziu.

Syntetická požiarovo odolná hydraulická kvapalina (HFDR)

Syntetická požiarovo odolná hydraulická kvapalina je umelo vyrobený olej, ktorý sa vyznačuje vysokou požiarovou odolnosťou, pričom jeho mazacie vlastnosti sú podobné mazacím vlastnostiam ropy. Najčastejšie používanou syntetickou požiarovo odolnou kvapalinou je fosfátový ester.

Poznámka: Syntetická požiarovzdorná kvapalina sa nesmie miešať s kremíkovými pryskami, kremičitanovými estermi, estermi dvojsýtnych kyselín, estermi polyolov, polyétermi ani inými syntetickými kvapalinami. Tieto syntetické zlúčeniny môžu mať špecifické vlastnosti potrebné pre určité aplikácie, avšak vo všeobecnosti sa nepovažujú za požiarovzdorné.

Fosfátový ester funguje dobre pri vysokom tlaku a má vynikajúcu požiarovzdornosť, avšak je drahý. V systémoch s vysokým tlakom, kde sa vyžaduje požiarovzdornosť, sa kvôli nákladom na fosfátový ester môže použiť zmes fosfátového esteru a ropy. Táto zmes poskytuje potrebné mazanie pre systém, avšak jej požiarovzdornosť nie je taká dobrá ako u čistého fosfátového esteru.

Porovnanie vodných a syntetických požiarovzdorných kvapalín

Pri porovnávaní vodných a syntetických požiarovzdorných kvapalín:

6. Syntetické kvapaliny majú lepšie mazanie a môžu prevádzkovať pri vyššom tlaku.
7. Syntetické kvapaliny sú drahšie.
8. Syntetické kvapaliny majú lepšiu požiarovzdornosť.
9. Fosfátový ester má teplotu vzplanutia približne 455 °F (235 °C), teplotu horenia približne 665 °F (352 °C) a teplotu samozápalu približne 1 150 °F (621 °C).

Vodné kvapaliny nevykazujú požiarovú odolnosť cez teplotu vzplanutia a teplotu horenia – pretože tieto kvapaliny obsahujú vodu. Teplota samozápalu vodno-glykolvého roztoku je približne 1 100 °F (593 °C); pre emulziu HFB je teplota samozápalu približne 825 °F (440,6 °C).

Obrázok 4-14 Štyri typy požiarovo odolných kvapalín a ich nádoby na skladovanie. Zľava: syntetická (fosfátový ester), zmes fosfátového esteru a oleja, emulzia HFB a vodno-glyklový roztok.

Problémy s požiarovo odolnými hydraulickými kvapalinami

Používanie požiarovo odolných kvapalín v hydraulických systémoch spôsobuje určité problémy, vrátane kompatibility so tesniacimi materiálmi a ochrannými povlakmi, tvorby peny a zadržiavania vzduchu, ako aj usadzovania.

Kompatibilita požiarovo odolných kvapalín

Najčastejším materiálom pre dynamické tesnenia v systémoch s petrolejom je akrylonitril-butadiénový kaučuk (Buna-N). Tento materiál je kompatibilný aj s emulziou HFB a vodno-glykolyovou kvapalinou. Ak sa systém prepne z petroleja na emulziu HFB alebo vodno-glykolyovú kvapalinu, existujúce tesnenia z akrylonitril-butadiénového kaučuku nemusia byť vymenené. Avšak pri prepnutí na syntetickú kvapalinu, napríklad fosfátový ester, je výmena tesnení nevyhnutná.

Pri prepnutí z petroleja na hydraulickú kvapalinu na báze vody môžu vzniknúť problémy s ochrannými povlakmi. Ak je vnútorná plocha nádrže chránená povlakom alebo farbou kompatibilnou s petrolejom, kvapalina na báze vody tieto povlaky môže rozpustiť.

Voda-glykol a niektoré chemické koncentráty sú neslučiteľné s určitými kovmi. Môžu spôsobiť koróziu zinku, kadmia, horčíka a niektorých zliatin hliníka, pričom vzniká lepiaca škvára, ktorá upcháva otvory ventilov a filtre a môže spôsobiť zaseknutie vretena ventilu. Preto sa odporúča nepoužívať komponenty obsahujúce tieto kovy alebo pozinkované, pokryté kadmiumom alebo inak povlakové týmito kovmi spolu s vodou-glykolom. Takéto komponenty môžu zahŕňať elektrolyticky pozinkované rúry, filtračné mriežky pozinkované alebo pokryté kadmiumom, rúrové spojky a príslušenstvo pre nádrže.

Bežný materiál tesniacich krúžkov z akrylonitril-butadiénového kaučuku (NBR), ktorý sa používa pre dynamické tesnenia v systémoch s petrolejom, nie je vhodný pre fosfátové estery ani ich zmesi – tieto kvapaliny vyžadujú fluoroelastomér (Viton), epoxidový kaučuk alebo iné kompatibilné tesniace materiály.

Syntetická požiarovzdorná kvapalina môže rozpúšťať farby a lakmi kompatibilné s petrolejom, avšak nekoroduje bežné kovy v hydraulickom systéme.

Pena a zachytávanie vzduchu v požiarovzdorných kvapalinách

Vo vzťahu k petrolovému oleju sú vodné a syntetické požiarovzdorné kvapaliny viac náchylné na zachytávanie vzduchu a penu. Po návrate pracovnej kvapaliny do nádrže potrebuje požiarovzdorná kvapalina v nádrži dlhší čas na uvoľnenie všetkých nahromadených bublín vzduchu.

Preto by mali systémy používajúce požiarovzdorné kvapaliny mať väčšiu nádrž ako systémy používajúce petrolový olej.

usadzovanie v požiarovzdorných kvapalinách

Keď sa požiarovzdorná kvapalina vracia do nádrže, v porovnaní s petrolovým olejom ľahšie zachytáva plávajúce nečistoty. Kvapalina by mala umožniť usadenie sa akýchkoľvek vhodne veľkých nečistôt na dno nádrže, avšak v požiarovzdorných kvapalinách sa nečistoty usadzujú ťažšie.

Preto pri použití hydraulických požiarovzdorných kvapalín je prvou vecou, ktorú treba zohľadniť, zavedenie účinných opatrení na filtrovanie kvapaliny, pričom nesmieme podceniť použitie magnetických filtrov.

Pokyny pre údržbu

Uskładnenie

Ukladanie požiarovzdorného hydraulického oleja je v podstate rovnaké ako u ropaoleja – sudy sa mali ukladať na boku, aby sa na vrchu nezhromažďovala voda a nevnikala dovnútra.

Pre emulziu HFB platí ďalšia požiadavka na ukladanie: keďže opakované cykly zamrzania a rozmrazovania ovplyvňujú jej stabilitu, počas ukladania je potrebné starostlivo zabrániť jej zamrznutiu.

Prečerpávanie kvapaliny zo sudu do nádrže

Prečerpávanie kvapaliny zo skladovacích sudov do nádrže je ďalším dôležitým krokom. Pred odstránením zátky suda očistite viečko suda a pripravte všetok potrebný príslušenstvo a nástroje na prečerpávanie: flexibilný had, prečerpadlo, lievik, filter na plnenie nádrže a ruky obsluhy. Skontrolujte, či je na sude správne označenie značky a viskozita kvapaliny.

Ak sa na prepravu požiarovzdornej kvapaliny používa prečerpadlo, uistite sa, že v ňom nie je žiadna zvyšková kvapalina iného typu a že materiály prečerpadla a jeho príslušenstvo sú so zadanou kvapalinou kompatibilné.

Po naplnení nádrže požiarovzdornou kvapalinou je potrebné ju udržiavať a monitorovať v stanovených intervaloch. Údržba oleja zahŕňa: dopĺňanie do minimálnej úrovne, odstraňovanie únikov a výmenu filtračných prvkov.

Vodnú hydraulickú kvapalinu je potrebné pravidelne kontrolovať na obsah vody – koncentrácia musí byť udržiavaná v veľmi úzkom rozmedzí; inak sa ovplyvní viskozita a požiarovzdornosť.

Všeobecne sa nedporúča pridávať vodu do emulzie HFB, pretože to vyžaduje proces znovu-emulgovania. Pridávanie vody do vodno-glykolovej zmesi je bežné, avšak nesmie sa robiť jednoducho tak, že sa do nádrže zapojí záhradná hadica. Doplňovacia voda nesmie obsahovať minerálne usadeniny, ktoré by kontaminovali systém. Do vodno-glykolových zmesí je vhodná destilovaná alebo deionizovaná voda; množstvo pridaného množstva vody by malo byť určené laboratórnou analýzou vzorky kvapaliny.

* HFA sa vysokotlakových systémov takmer nepoužíva kvôli veľmi zlej mazivosti; limit tlaku je skôr praktický než technický.