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液压油的净化再生

   液压设备大都以矿物油为工作介质来传递动力或进行控制。为了确保液压设备的正常工作和液压元件的使用寿命,液压油使用一段时间后,由于污染杂质的侵入和部分成分的氧化变质,不能继续使用,都必须更换新油。不少企业把换下来的液压油进行过滤,除去水分、空气、杂质和油泥等,然后,降低等级,用于次要用途。废油中有害杂质(包括变质物)的总含量通常在1%~25%围内,其余99%~75%是好成分。只要采取适当的工艺方法,将其净化再生处理,质量是能够达到新油标准的。

  废液压油的回收再生,不仅是为了节省宝贵的石油资源,同时还为了防止对环境的污染。因为未被收集和再生利用的废液压油无论是洒、漏、扔、埋,最后都会流入江、河、湖、海或地下水中,污染水源。即使将废油作为燃料烧掉,所产生的黑烟也会污染大气。因此,对废油的回收处理,成为人们所关注的问题。对废液压油中的固体颗粒杂质,通常是可以通过连续不断的过滤滤掉,但过滤往往不能除去水分和空气,只能用专门的设备才能除去。

  一、除去水分

  液压油中的水分以三种状态存在,游离状态、悬浮状态和溶解状态。游离状态的水分可作为沉淀物出现,悬浮状态的水分使液压油成为乳化液,溶解于油中的水分值随温度而变化。在常温下溶解约0.003%~0.006%即使含有0.05%~0.1%,油液也是透明的,用肉眼看不出来。当水分含有率超过0.1%,油液就开始变成白浊状,此时就应更换新油。

  除去油中水分可采用沉降、离心分离、过滤分离、白土处理及真空蒸馏等方法。最简单的方法是使用一个沉淀罐,使水分和杂质在静止状态下慢慢沉入罐底,然后用浮动吸入管从上部将油吸出。这种方法需要占用大量的沉淀罐和足够的沉淀时间。下面仅介绍近年来出现的比较新的几种方法。

  1.用吸水性冻胶

  此法是用一种少孔质的纤维作为吸水剂,它具有吸3~4倍自重的能力,效果为老的过滤法的数十倍,其装置如图1所示。液压油在脱水槽和盛油容器间进行循环时,水被吸水元件所吸收。吸水后吸水元件膨胀,直至使油路堵塞,脱水槽内压力升高时,再更换新的脱水元件,连续进行脱水处理。

图1 吸水远见布置图
图1 吸水远见布置图

  吸水元件是一个外径为180mm,内径为30mm,高为150mm的圆筒形件,一个元件的吸水饱和量为1.5L,其处理液压油量与油中水分含有率成反比。用此方法降低油中水分含有率,必须进行反复除水处理。但用本方法要达到水分含有率在0.01%下是十分困难的。

  2.用过滤分离器

  游离水在油中的沉降速度与油液的粘度、比重、水滴的大小和油液本身的运动状况有关。如果能将液压油中高度分散的悬浮水通过一种合适的材料,使微小水滴聚结成直径大的游离水,然后在适当的流动状态下,使水滴很快沉降,油水分离,聚结原理就是根据这个道理来实现的。其工艺流程主要是使液压油在层流条件下,通过两级元件来完成油水的分离。

  第一级叫聚结滤芯。它是由纸质滤芯组成的过滤层和纤维直径、密度不同的多层密集的破乳聚结层组成。在层流时,油流首先流过过滤层,将固体杂质滤掉。然后,再流过密度较大的超细纤维层,油流带着向前流动的微小水滴,被密集的纤维截住。当微小水滴接近纤维时,微滴与纤维之间的油膜,由于置换作用和粘性阻力的影响而变薄,直至达到临界厚度时,油膜被破坏,使微小水滴吸附于纤维之上为止。由于选用的纤维是亲水性的,微滴与纤维分子的吸力比油与纤维分子间的吸力大,油被水置换。被吸附的水滴仍留在纤维上,而纤维以类似方式吸附其它水滴,并与原来的水滴聚结,使纤维粘满水。上述过程不断产生,直到纤维上吸附的水达到饱和状态,此时再碰到水,就会破坏这种平衡,油液的阻力使水膜变薄,使聚结的水脱附。

聚结滤芯破乳聚结过程
图2 聚结滤芯破乳聚结过程

  从超细纤维层脱附的水滴,随着油流进入纤维直径略粗,密度略小的定长纤维层,在此以同样的方式进行聚结,直至形成直径更大的水滴,并向纤维层的下游流去。

  从聚结滤芯形成的水滴,在层流条件下,由于受重力作用,大部分沉淀下来。但实际上由于形成水滴的大小的不同,为了使小水滴不被油流带走,在滤芯的下游装有一个第二级分离网,该分离网由涂有聚四氟乙烯的不锈钢细筛网制成,它是用来疏水的。由于表面张力的作用,使油流能顺畅地通过,而水分被阻挡而下沉。

聚结滤芯(第一级) 分离网(第二级)
图3 聚结滤芯(第一级) 分离网(第二级)

  由此可见,聚结原理实质上就是使废液压油先通过一级滤芯,在那里利用纤维的亲水性进行破乳聚结,使不易沉淀和分离的悬浮水聚结成易于沉淀和分离的游离水,并在层流条件下沉降下来。而在流动的过程中,没有被沉降的水,可再经过疏水的第二级分离网,以达到油水分离的目的。

  3.用吸附剂

  油中水分含有率低于0.01%,大都属于溶解水,可采用吸附孔径为10^以下的特殊吸附剂,并作成直径为5mm的薄片装于圆筒中,当油流流过时,水分被分离出来。此法与白土处理法不同,吸附剂做成一定形状,且不需用特殊炉子处理,也不用与压力过滤器配合使用。对一般液压油不必采用此种方法,但对绝缘油、冷冻机油规定含水率在0.002%下时,采用此法效果较好。

  4.真空蒸留

  真空蒸馏是通过扩散分离过程来除去液压油中水分。

真空蒸馏净化再生设备原理图
图4 真空蒸馏净化再生设备原理图

  污染的废液压油先通过每平方英时100目的粗滤油器后,经输入泵进入加热器,使油温升高达65℃左右,从加热器出来的油通过绝对过滤精度为3um的精滤油器,以清除固体污染颗粒杂质。在精滤油器上装有压差指示器和信号发生器,当精滤油器上的颗粒杂质积累到一定程度时,滤油器的前后压力差超过规定值,压差开关将压力讯号转变成电讯号,灯光报警。同时关闭净油设备,此时操作者更换新滤油器。经过精滤油器滤过的液压油流入液气分离器(真空箱),分离器内保持9500Pa的真空度,此压力比水的蒸发压力还低。干净的经过加热的油从上端进入液气分离器,向下通过一种特别设计的填料,这种填料表面积大,且能优先为油液浸湿,使油液聚结。这样空气、液压油和真空间能有最大的接触面,将液压油分散成薄薄的油膜,附着在填料上,填料将油聚结,水分和空气由于处于真空状态,迅速挥发。分离出来的水沸腾,水蒸汽向上通过油层进入气冷式冷凝器冷凝成水,流入凝液收集箱。当收集箱内充满水等液体时,高液位开关开启,显示灯发出信号,并自动停机,直至将凝液收集箱中的水通过排水阀放掉为止。对于其它不凝气休,则用真空泵抽走,其真空泵气体排出量为70L/min。净化后的液压油污染度等级达NAS7一9级,聚积在液气分离器底部,由输出泵排出。

  此种净化设备的自动化程度高,可通过仪表或灯光显示监控设备的工作状况。操作方便,劳动强度低。可广泛用于处理粘度小于200cst、闪点高于120℃和含水量低于10%机械油、切削油、淬火油及汽轮机油等。

  以上几种净化方法既不改变液压油的原有品质,保留了油中的主要添加剂,又能有良好的净化效果,使净化后的液压油达到新油标准。这些方法除可在废油加工厂采用外,还可直接在不停机的情况下,对液压设备的液压油进行循环处理,且时间少,见效快。这在自动化的生产线上,效果十分显著,这完全适合现代化大规模生产的要求。

  二、除去空气

  溶解于液压油中的空气,取决于油的种类、工作压力和油温。在常温常压下,空气在油中的溶解度为9%右,且随着压力的增加而增大,随着温度的升高,空气从油中逸出。

非加热式真空过滤流程图
图5 非加热式真空过滤流程图

  对空气的分离,采用真空过滤法较好,不仅可以除去油中溶解的游离空气,同时还可除去固体杂质颗粒、游离水和溶解水分等。真空过滤有加热式和非加热式两种。因考虑到油液的碳化、火灾的危险及能量的消耗等原因,一般采用非加热式为好。为防止液压油起泡,真空度不得过大,一般以0.68MPa左右为宜。

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