油品中水污染检测：自由水和总水检测方案(近红外光谱仪)

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利用红外技术进行油中水污染检测（下）：自由水和总水 使用FIuidScan分析仪进行水校准可精确测定大量涡轮机油样品中低至1ppm的水污染情况。该分析为传统的Karl Fisher（KF）库仑滴定 （ASTM D6304）提供了备选方案。 涡轮机油通常配制成具有高的热稳定性，抗氧化性和优异的水分离性。专门用于燃气轮机或 蒸汽轮机的润滑油设计有特定的添加剂配方，但 也有许多油可以与所有不同类型的涡轮机一起工 作。 燃气轮机具有形成油泥和清漆的趋势，而蒸汽轮机可能经历氧化，起泡和淤泥。 但是，所有 涡轮机系统的关注都是水污染。在涡轮机油中定 期和可靠的水测量是对涡轮机成功操作的重要部 分。严重的水污染会导致油粘度的变化，加速氧 化添加剂的损耗，以及降低轴承寿命。 涡轮制造商通常建议警告报警限值为500〜1000 ppm。 用于油中的水检测的最普遍的方法是通过 卡尔费休（KF）库仑滴定（ASTM D6304）。 该滴定方法有其固有的缺陷，因为其需要危险试 剂，仔细的样品制备，昂贵的设备，并且每次分 析至少需要好几分钟。但是，Karl Fischer由技 术人员执行水的分析时，可以产生高精度和可重 复的结果，并且是用于水测定的其他分析技术的 比较方法，另外，水不必完全溶解在油中。 FIuidScan便携式分析仪可以通过红外吸收 光谱基线的提升来检测油中存在的水滴的光散 射。 图1显示了使用高水含量的水污染的涡轮机 油样品的几种FIuidScan光谱 图1：用于监测发电厂真空脱水过程的受水严重污染 的用过的涡轮机油的FIuidScan光谱 由油包水混合物引起的光散射的程度实际上 取决于存在的水的浓度，但是它也受水如何在油 中分布的强烈影响：油中离散的水滴的数量和尺 寸（图2）。 图2：由于不同的水滴，用过的涡轮机油中的光散射 的图示。谱A是在均化后立即分析的具有29,000ppm 水污染物的用过的涡轮机油。谱B是在均化后立即分 析的具有9,500ppm水污染的用过的涡轮机油。谱C 是与A（29,000ppm）中相同的样品，但在均化后允 许静置45分钟。浓度和水滴尺寸的变化在基线升高 程度中是显而易见的。 因此，具有代表性的均匀取样是重要的。由 于待测设备内部湍流运动，油和水将是均匀的， 可以在采样点使用便携式仪器，如FIuidScan， 用于即时的结果。如果，将油样运输到指定的油 分析场所或实验室期间，样品可能沉降，水将最 终分离（图3）。在水完全与油分离后，难以获 得水含量的精确测量。 图3：当从发电厂装运后接收的，使用过的Chevron GST 32的样品 FluidScan提供了一种新的工业油水含量校 准方法，这种校准所依赖的原理是由油中水滴 存在而导致的光散射。方法是用主流品牌的涡 轮机和齿轮/轴承油的水污染样品开发，用于工 业润滑油水污染检测，检测范围从1,000ppm至 65,000ppm水的。该方法的一个重要组成部分 是使用匀浆器。 样品用CAT 120X匀浆器把样品 搅匀，并在用FIuidScan（图4）测量之前使其在 室温下静置2分钟（不超过30分钟）。 图4：水污染油样品的均质化 结果 使用在500ppm和10,000ppm水污染范围 之间的16个样品来测试针对Karl Fischer D6304 的总水FIuidScan测量。 每个样品需要在分析之 前在高温下均化30秒。同时在三个FIuidScan和 Karl Fischer上测量它们，将采样误差的影响最 小化。 结果示于图5中。 为了证明均化器在工业流体的测定中的重 要性，对包括来自发电厂的13个在用Chevron GST32油样品的测试集进行分析，并且没有进行 适当的均匀化。 图5：在FIuidScan上的新的总水量测量与ASTM D6304卡尔· 费歇尔滴定法的比较 A组：将样品高度匀浆30秒（图6）。在分 析前，将样品瓶轻轻倒置20次以混合。 图6：在高度均化30秒之后的样品 B组：用手剧烈振动样品30秒（图7），然 后静置数分钟以允许气泡消散。在分析前，将样 品瓶轻轻倒置20次以混合。 图7：用手剧烈振动30秒的样品。肉眼来看，这种不 透明看起来类似于均匀化的样品，尽管水没有均匀 地分散在样品中 使用一次性滴管取样，并且使用相同的等分 试样将油样分配到KF小瓶中和FluidScan翻转样 品池中。结果如图8所示： 显然，样品制备方法对结果具有很大的影 响。仅用剧烈摇动（方法B）制备的所有样品具 有不可接受的很大的误差，事实上，在FIuid-Scan上从未测量到高于6000ppm的水。即使手 动摇动的样品看起来与均化的样品类似，是不透 明的，但油与水的手摇混合物不是真正均匀的。 对于现场分析，在取样位置立即测量的新鲜油样 品应当是均匀的，它具有来自机器内部的湍流和 剪切的均匀水滴尺寸。 图8：通过FIuidScan和卡尔· 费歇尔计算所得的水 浓度结果显示出很大的一致性，该样品用匀浆器制 备 新的，改进的涡轮机油水测量方法现在可以 做到，在FluidScan上可以对1000 ppm及以上 的所有涡轮机油进行测量。如果总水量校准不能 <1,000 ppm，如检测的总水<1,000 ppm，则FIuidScan将报告传统的E2412溶解水结果，并 提示用户“可能存在自由水<1000 ppm”（图9 ）。这是相比于FIuidScan的旧的水检测的一个 优势，因为旧的方法仅仅是报告溶解的水结果， 并让用户知道油中是否存在游离水。 图9：向用户发出的警告：样本中水的含量可能多达 1000ppm 结论 用于分析涡轮机油中水污染的新FIuidScan 方法是可靠的，该方法会在严重水污染的时候立 即提醒。样品处理的不同直接导致结果不同。手 摇晃不足以获得均匀的样品，并且在FIuidScan 上进行水测量时，不能得到可靠的结果。建议 使用市售的均化器在现场进行立即分析或样品 制备，以获得最佳结果。使用最佳样品处理技 术，可以得到与卡尔费休20％相关的结果，新 的FIuidScan水校准可以实现油样中总水污染的 测定，在FIUIDScan上可以对1000 ppm及以上 的所有涡轮机油进行测量，分辨率是1ppm。它 相对于E2412的以前的水检测的优点是：当总水 量小于1,000ppm时，如果不能提供更准确的测 定，FIuidScan便会警告用户。 涡轮机油通常配制成具有高的热稳定性，抗氧化性和优异的水分离性。专门用于燃气轮机或 蒸汽轮机的润滑油设计有特定的添加剂配方，但 也有许多油可以与所有不同类型的涡轮机一起工 作。 燃气轮机具有形成油泥和清漆的趋势，而蒸汽轮机可能经历氧化，起泡和淤泥。 但是，所有 涡轮机系统的关注都是水污染。在涡轮机油中定 期和可靠的水测量是对涡轮机成功操作的重要部 分。严重的水污染会导致油粘度的变化，加速氧 化添加剂的损耗，以及降低轴承寿命。 涡轮制造商通常建议警告报警限值为500〜1000 ppm。 用于油中的水检测的最普遍的方法是通过 卡尔费休（KF）库仑滴定（ASTM D6304）。 该滴定方法有其固有的缺陷，因为其需要危险试 剂，仔细的样品制备，昂贵的设备，并且每次分 析至少需要好几分钟。但是，Karl Fischer由技 术人员执行水的分析时，可以产生高精度和可重 复的结果，并且是用于水测定的其他分析技术的 比较方法，另外，水不必完全溶解在油中。FIuidScan便携式分析仪可以通过红外吸收 光谱基线的提升来检测油中存在的水滴的光散 射。 图1显示了使用高水含量的水污染的涡轮机 油样品的几种FIuidScan光谱。图1：用于监测发电厂真空脱水过程的受水严重污染 的用过的涡轮机油的FIuidScan光谱