油液常用的脫水方法淺析

陸天柱　吳家平

【摘 要】水分對油品的理化性質有著很大的影響。例如加速油品的氧化、乳化，降低油品的黏度等。工業上常用的脫水方法有重力分離法、離心分離法、電場分離法、吸附分離法、吸附分離法、真空脫水法。本文對常用的脫水方法分析其原理、適用場合、除去水分的類型。

【關鍵詞】真空脫水；脫水方法；影響因素

0.引言

水在油液中主要有三種存在形式：游離水、乳化水、溶解水。油品中的水分來源于很多方面。原油在開采后期通常使用注水的方法，從而導致開采出來的水分含量較多；除此之外，油品在存儲的過程中，由于直接與大氣接觸，從而導致大氣中的水分溶解到油品中。水分對油液的理化性質有著很大的影響[1]。水分能促使油的氧化變質、加快油品的乳化，降低油品的黏度，從而影響油品的性能。當溫度達0℃，油品中的水分會結成冰，可能導致設備中油路堵塞，從而影響正常的機械工作。

1.油液常用的脫水方法研究

1.1重力分離法

重力分離法的原理是利用油和水間的密度差且互不相溶的性質，經自然沉降來達到油和水的分離目的。然而這種方法一般只去除油液中的游離水，主要的作用場合是剛開采出來的原油，因為原油中的含水量較高，而對于油液中的乳化水和溶解水此方法難于去除。

假設油液中水滴為球形且形狀保持不變，那么水滴在重力場的作用，其下沉速度可用斯托克斯公式來表示：

由式（1-1）發現，水滴在重力場的作用下，下降速度主要受到水滴直徑、水和油液的密度差、油液的動力粘度因素的影響。下降速度與水滴的直徑、水和油的密度差成正比，與油液的動力粘度成反比。即增加水滴的直徑、油水密度差，降低油液的動力粘度，使得水滴的下降速度增加，下降速度的增加即可提高脫水的效率。

1.2離心分離法

離心分離法的原理是指利用油與水的密度不同且互不相容的性質，在離心力的作用下，水與油所受到的離心力不一樣，從而實現油水的分離。

假設水滴呈球形且在運動過程中不變形，那么水滴在離心力的作用下，其離心速度u2可以表示為：

由式（1-2）可以發現，水滴的離心速度與水滴的直徑、油水的密度差、離心機的轉速和離心半徑成正比，與油液的動力粘度能反比。增加水滴直徑、油水密度差、離心機的轉速和離心半徑，減少油液的動力粘度可以提高油水分離速度。離心分離法的效果較重力離心法有一定的提高，但是此方法需要消耗能量，主要除去油液中大部分的游離水和少量的乳化水[2]。

1.3電場分離法

電場分離法是指油液在靜電場的作用下實現靜電破乳，從而使水滴在重力或離心力作用下聚結，最終達到油水分離的目的。靜電脫水分離技術主要脫除水中的乳化水和游離水，對于剛開采出來的乳狀原油應用比較廣泛。雖然經過處理的油液的含水量有所降低，但是仍不能滿足機械系統對油液含水量的要求。施加在原油的靜電場主要有靜電場、交流電場、脈沖電場。

在油液中通入直流電場中，其中水滴動態過程。一段時間后，水滴極化成偶極電子。不同電級的小水滴互相靠近，形成較大水滴，較大水滴又與周圍的水滴形成更大的水滴。水滴是不斷的增大，當達到沉降的尺寸后，自然沉降，從而達到油水分離。但對于一些微米級的水滴聚結速度比較慢。直流電脫水主要通過偶極聚結實現沉淀。

對于黏度較大的油液，聚結時阻力比較大，所以很難使用直流電進行聚結，而使用交流電脫水可以對黏度較大的油液進行脫水。其脫水的微觀機理主要是偶極聚結和震蕩聚結。由于交流電場中方向是不斷變化的，故小水滴分布混亂。小水滴混亂的分布可以增加其相互碰撞的機會，有利于水滴的聚結、變大、沉降、最終達到分離的目的。但是交流電脫水對于乳化膜較厚的細小水滴作用效果不理想[3]。

脈沖電場脫水法基于交流電場和直流電場基礎上發展起來的。在脈沖電場中，小水滴被極化，在電場力的作用下發生吸附、聚結形成水鏈。水鏈過長可能導致電極間放電甚至短路；水鏈過短會使水滴重量過輕，從而不能達到理想的分離效果。水鏈的形成與油液中的含水量、破乳劑含量、及脈沖電場的幅值、頻率、占空比等有關系。

1.4真空分離法

真空分離法是原理是相同溫度下油和水的飽和蒸氣壓相差很大，采取一些方法使油液表面上方維持一定的真空度，此時油液中的水分將以蒸發或沸騰的方式迅速生成水蒸氣，而油液幾乎不發生汽化，汽化生成的水蒸氣不斷被真空泵抽走，從而達到高效快速脫水的目的。

式中：ω為液體的蒸發速率，k為玻爾茲曼常數，Tw為液體的溫度，mo為液體分子的質量，α1為表面蒸發系數，Aw為蒸發表面積，Pw、P1w為分別為液體在溫度為Tw時飽和蒸汽壓和液面上的實際蒸汽壓力。

從液體的蒸發速率公式中，可以看出在溫度等其他條件不變的情況下，若增大真空度，也就是油液中水分的飽和蒸汽壓和實際蒸汽壓差變大（油的飽和蒸汽壓隨溫度的變化不大，故可以忽略），由式（1-2）可以知道飽和蒸汽壓和實際蒸汽壓的差值變大可以提高油液中水分的蒸發速度。

1.5聚結分離法

聚結分離法，利用聚結材料的親水性，使細小的水滴在其表面聚結形成較大的水滴，在重力和油液流動的沖擊作用下，粒徑增大的水滴脫離聚結材料表面而下沉。經過聚結處理后的油液，其添加劑含量及原始性質基本不會發生改變。

聚結分離的過程包括三個階段：預過濾、聚結和分離。預過濾階段是用孔徑較大的濾材去除固體顆粒以優化聚結的效果，延長聚結濾芯的壽命。這一過程多使用在聚結分離之前。聚結階段的機制是微小的水滴粘附在聚結濾芯的纖維介質上，液流推動小水滴聚在纖維的交叉點聚結形成更大的水滴。分離階段是指聚結后形成大大水滴隨著油液流向用憎水材料做的篩網，油可以穿過篩網，大水滴被篩網阻擋并沉降到聚結器的底部。

2.總結

綜上論述，不難發現油液脫水的方法各有各的優點和適用場合，不同的場合應選用最佳的油液脫水方法，真空脫水法最具競爭力，因為該方法的不僅能夠去除油液中的游離水和乳化水，還能去除其他方法不能去除的溶解水，該方法主要用于那些對水分要求高的油液，能夠使油液中的水分含量達到最小值。對于不同的場合，根據油品對水分的不同的要求，選取不同的方法進行脫水。 [科]

【參考文獻】

[1]李延朝，程素萍.潤滑油聚結脫水技術[J].液壓與氣動，2003，（3）：41-42.

[2]王宏.油品聚結與真空脫水的試驗性研究[D].北京化工大學碩士學位論文，2012.

[3]朱岳麟，黃欣，熊常健等.航空油品高頻/高壓電脫水微觀機理[J].2005，36（4）：19-21.