水分蒸發法在抗燃油含水量測試中的應用

李 遜，徐浩俊

（國電浙江北侖第一發電有限公司，浙江 寧波 315800）

1 抗燃油含水量檢測中遇到的困難

近年來，隨著電力工業的飛速發展，大容量、高參數機組投建日益增多，抗燃油作為液壓調節系統、給水泵汽輪機、高壓旁路等系統的工作介質得到了廣泛應用，但因其易吸潮而水解的特性會導致油質快速劣化，因此含水量是重要監控指標之一。DL/T 571-2007《電廠用磷酸酯抗燃油運行與維護導則》中規定，正常運行狀態下對抗燃油含水量的檢測周期為1次/月，其測試法為庫侖法（GB/T 7600）。

抗燃油水分測試時常會出現一些異常情況，使測試工作無法順利進行，主要表現在：

（1）滴定池本底電解過程無法結束，儀器無法達到測試前的穩定狀態。新電解液在經過首次抗燃油水分測試并放置4～5天后，重新開機進行電解液本底水分的電解，開始階段電解速率迅速上升至最大值（如CA-06和CA-100水分儀可分別達到 33.8～34.0μg/s 和34.0～34.1μg/s 的最高值），陰極池的鉑網上開始釋放出大量氣泡，然后電解速率緩慢下降，持續2～3 h后，杯內壁上開始掛現水滴狀液體，但無法確認是否即為水滴。

（2）陰、陽極電解液液位出現倒置現象。隨著本底電解過程的進行，陰極液液位漸漸上升，繼而超過陽極液液位，最終會高出約18～23mm，而正常測試過程應保持陰極液液位略低于陽極液液位。

（3）陰極液顏色發生異常變化，同時陰極池有大量的氣體釋放。在電解開始前及剛開始時，用pH1-14的廣范試紙伸入陰極池口，試紙未發生變色（pH值為7）。隨著本底電解過程的進行，可以觀察到陰極液的顏色由透明逐漸轉變為橙色，最終呈現為淺藍色或銅綠色。取下陰極池的干燥管，可以嗅到類似胺類（或氨氣）的氣味，用試紙測試陰極池口釋放出的氣體，pH值在8～9，呈堿性。而測試過絕緣油或潤滑油的電解杯在本底電解過程中，陰極池口聞不到這種氣味，同樣作陰極池口釋放氣體的pH值測試時，結果約為7，呈中性。

（4）電解電流非常大，有顯著的放熱現象。隨著本底電解過程的進行，手摸電解杯壁有明顯的發熱發燙。開機后本體電解持續5～6 h仍無法結束，電解池本底值根本無法降至0.10μg/s以下，儀器無法進入到穩定狀態，也即無法進行油品的測試。

新更換的陰、陽電解液經1次抗燃油含水量測試后（有時僅作了1個油樣的測試，抗燃油的注入總量不超過2～3mL），電解液不會自然分層，無法抽棄廢液。當靜置4～5天后再作第二次測試前的本底電解時，上述異常現象就會重現。單獨更換陰極液或陽極液都不能消除這種現象，只能將陰、陽電解液同時更換。更換新電解液后，觀察到電解液本底電解過程非常快，一般僅需3～4 min就能達到允許測試樣品的穩定狀態，隨后的抗燃油水分測試過程也正常。但這種正常性只是短暫地出現在更換新陰、陽電解液后的首次測定中。

在滴定池密封良好及存放環境溫、濕度符合要求的情況下，可基本排除外界水分大量侵入電解液而導致本底電解水量極高的可能。根據庫侖法的電解原理，從陰極池口釋放出的應該為無色無味的氫氣，為中性氣體，而測試磷酸酯抗燃油時從陰極池口釋放出的是類似氨或胺類物質氣味的堿性氣體。這說明在本底電解過程中進行的電解反應已不同于庫侖法的反應，生成了大量堿性產物。從表象看，這種電解反應過程的特征與電解水的現象比較相似，但實際上儀器所顯示的累計電解的大量“水分”已不是真正意義上的水量。據初步分析，由于抗燃油是一種合成液體，其與電解液混合后就發生了某種化學反應，生成了大量新的化學物質。在進行下次本底電解時，新生成的化學物質參與了電解反應，其特點就是電解電流居高不下，持續時間長，電解終點無法達到。在長時間高電解電流的持續作用下，還極有可能縮短電極壽命。

2 抗燃油水分測試的新方法

2.1 技術要求

用現行庫侖法測試抗燃油含水量是可行的，但鑒于測試中上述現象的存在，只能通過頻繁更換電解液來完成檢測，由此造成電解液的使用壽命大大縮短，檢測耗材消耗量大增。從經濟角度考慮顯然是不現實的，并且還直接導致了儀器日常維護工作量的增大。

由于抗燃油與庫侖法電解液混合后易發生化學反應，生成干擾樣品測試的其它產物。因此需要尋找一種完全不同測試過程的新方法，即首先要避免抗燃油與電解液的直接接觸，然后再完成對抗燃油中水分的定量測定。經反復論證后認為：帶水分蒸發器的進樣測試技術（以下簡稱為蒸發器進樣測試技術）的流程比較符合抗燃油含水量測試的技術要求。該方法通過蒸發器加熱抗燃油，使其中含有的水分以氣態形式從油中分離溢出并導入滴定池，然后采用庫侖法進行定量測定。由于整個測試過程中電解液與抗燃油不再直接接觸，其測試的樣品僅僅是水分，所以可徹底解決庫侖法測試抗燃油水分過程中存在的上述問題，測試流程如圖1所示。

圖1 蒸發器進樣測試技術的流程簡示

2.2 檢測條件的選擇

由于蒸發器進樣測試法在電力行業的抗燃油含水量檢測領域中尚無應用先例，在大量借鑒該項測試技術在其它領域應用經驗的基礎上，根據抗燃油水分檢測的技術要求，進行了長達近1年的相關摸索性試驗工作，目前已形成了比較可行的測試方法。就試驗采用的874 Oven Sample Processor+831水分儀的流程配置，對其重要測試參數的確定作如下簡要說明：

（1）抗燃油樣品量。采用稱量或體積計量的方式，為方便起見，可直接采用以體積計量的方式。合適的樣品量應以抗燃油的含水量水平作為調整的依據，同時兼顧完成1次測試所需時間不宜過長的原則。經對比測試，0.5～1.0mL的樣品量能獲得比較滿意的檢測結果。通常，對低含水量樣品（如新抗燃油、經濾油處理后的抗燃油）的檢測可用1.0mL的樣品量。對較高含水量樣品（如運行中的抗燃油、油質劣化較嚴重的抗燃油）的檢測可采用0.5mL的樣品量。

（2）載氣的選擇。在氣泵作為動力的情況下，可直接采用測試環境中的空氣作為載氣，但需經除塵干燥處理。若測試對象的含水量較低，為降低環境水分對樣品測試結果的影響，載氣可改為由鋼瓶氣或氣體發生器供氣，如惰性氣體或氮氣等，目的是盡可能降低整個測試系統的背景水分，這在低含水量油品的測試中尤為重要。在數字式載氣流量控制模式下，載氣流量可在10～150mL/min間進行調整。載氣流量過低，會影響進樣效果，并導致完成測試所需的時間延長，加大測試結果的系統誤差。載氣流量高，雖可有效縮短測試所需時間，但可能會出現載氣夾帶油沫進入滴定池的情況。根據抗燃油的特性，經對20，25，30，35，40mL/min載氣流量下的測試結果進行分析對比，目前將此參數調整為約30mL/min。為了使輸氣過程中水蒸汽因冷凝而損失的可能性降到最低，樣品瓶至滴定池的送氣管道采取了全程加熱恒溫的保溫措施，加熱溫度控制在約50℃。

（3）蒸發器加熱爐的爐溫。加熱爐的工作溫度范圍為50～250℃，控溫精度為±3℃，具有程序升溫功能，加熱速率為15℃/min，采用底部及四周均勻加熱方式。加熱爐具有降溫冷卻功能，冷卻速度為9℃/min。提高加熱溫度有利于充分驅盡樣品中的水分及縮短測試時間，但要防止抗燃油因高溫而分解，因為分解產物會對水分測定產生干擾。因此，加熱爐爐溫是影響最終測試結果準確度、縮短測試時間、提高批量樣品檢測效率的關鍵參數之一。經對100，110，120，125，130，135，140，145，150，155，160℃下的不同含水量樣品測試結果的分析對比后，目前將此參數調整為145℃和150℃。

3 結論

從實際使用情況看，應用蒸發器進樣測試技術進行抗燃油含水量的檢測是切實可行的，并且取得了顯著的效益，解決了采用庫侖法測試抗燃油水分工作中遇到的技術難題。此項測試技術在電力行業中屬首次應用，技術特點總結如下：

（1）與電力行業現行的庫侖法相比，采用新測試技術后，由于測試過程只是加熱抗燃油，將其中的水分蒸發后導入滴定池，從技術上完全隔絕了抗燃油與電解液的直接混合，杜絕了兩者發生化學反應的可能性，徹底消除了反應產物對含水量測試過程的嚴重干擾，測定過程真正實現了僅對水的電解，測試環境更加單一，測試條件更加穩定，建立了良好的重現性分析條件，為確保測試結果的準確奠定了理論基礎。由于電解液與被測抗燃油無交叉污染，有效地延長了電解液的使用壽命，顯著降低了檢測成本，具有良好的經濟效益。

（2）采用新測試技術的水分儀具有先進的微機及專業軟件控制操作系統（或功能），儀器的操作、運行控制高度自動化，對測試數據及分析結果的處理更加專業，尤其是實現了對批量樣品的自動檢測功能，提高了測試工作的效率，滿足了當前日益增加的設備用油檢測需求。

[1]DL/T 571-2007電廠用磷酸酯抗燃油運行與維護導則[S].北京：中國電力出版社，2007.

[2]GB 7600-87運行中變壓器油水分含量測定法（庫侖法）[S].北京：中國標準出版社，1987.