润滑油中含水的危害及检测方法

2021-10-26
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水在润滑油中以3种形式存在:

1.悬浮状:水分以水滴形态悬浮于油中。

2.乳化状:指水分以极细小的水滴状均匀分散于油中。 

3.溶解状:水分以溶解于油中形式存在。

水在润滑油中的3种形式
一、油中含水的危害

 

当润滑油以乳化状形式存在时,会破坏润滑油形成的油膜,使润滑效果变差,加速有机酸对金属的腐蚀作用,腐蚀设备,使油 品容易产生沉渣。主要有以下5大方面的危害: 

1.乳化液在轴承等处析出水时,可能破坏油膜。 

2.乳化液有引起腐蚀金属作用。 

3.乳化液沉积于油循环系统中,妨害油的循环,造成供油不足,引起故障。

 4.油被乳化后,易引起油品老化。老化后产生的环烷酸皂、胶质等物质均属于乳化剂,从容加速油品乳 化。

 5.油被乳化后,降低了汽轮机油的润滑作用,增大各部件的摩擦,引起轴承过热,以至损坏机件。数极 限下降,影响机器设备的正常运转,甚至引发严重的事故,所以检测润滑油中的微量水份意义重大。

油中含水的危害
 

二、那么油液中水含量应如何检测呢?
 

油中微水检测
 

由于油液的饱和点受很多不同因素的影响,例如油成分(矿物油或合成油)以及添加剂的类型等。除了这些初始成分的差异之外,作为工作介质的油的饱和点还会随油液的整个使用寿命而发生变化。随着使用时间的增加、老化程度的加重,温度的波动和化学成分的变化将成为影响油液饱和点的两个主要因素,化学成分的变化是由于动态油路系统中化学反应产生了新的物质所引起的。传统的油中微水测量单位是ppm(百万分之)。那么用ppm测量的意义何在?ppm是一个绝对水分参数,可以用来描述油中微水的体积或质量比:

按体积:1 ppm(v)水 = 1毫升水/ 1立方米油

按质量:1 ppm(w)水 = 1克水/ 1000公斤油

     

通过测量油中水分的ppm值,可以得知水分的绝对含量。但是ppm测量存在一个主要的限制因素,就是它并不能说明油液饱和点的任何变化。换句话说,在具有不同饱和点的动态油路系统中,ppm测量不会显示水分含量与油液饱和点之间的裕度。 当水分接近饱和点时,裕度就变得更加关键,因为实际上可能会存在超过饱和点的风险,并形成游离水,这对于所有的油液而言几乎都是毁灭性的污染物。

     

下面通过图解来说明这一现用图解来说明这一概念。使用下列油液要考虑到它能承受40℃的降温:

     

     

上图显示,在70℃时油的饱和点为5000 ppm,油中微水含量为2000 ppm。这意味 着在油饱和之前还能容纳另外3000 ppm的水份。有时这也被称为“饱和点裕度”。

     

当油温降低到30℃时,油的饱和点也下降 到3000 ppm。注意,油中微水的含量没有 发生变化(仍然是2000 ppm)。但是距饱 和点的裕度已经减少到1000 ppm。

     

在这种情况下,如果操作者只测量ppm值,即使饱和点裕度已经显著减少,并且饱和 点 更 加 接 近 水 分 含 量 ,他 也 不 会 发现含水量(2000 ppm)的变化,这时形成游离水

的风险非常大。

     

一年后随着油液的老化,饱和点进一步地减少到1500 ppm,将会发生什么呢?在这 种情况下,由于含水量大于饱和点,将不再可能存在任何饱和裕度。

     

如上图所述,尽管现在的饱和点已经降低到 1500 ppm并因此形成500 ppm的游离水, 操作者仍然会得到含水量为2000 ppm的读数。

     

     

什么是水活性 (aw)?
 

水活性是某种物质中的水分含量与它所能容纳的水分总量的比值。它可以定义为:
 

aw = p / p0
 

式中,
 

p = 某种物质内的水气分压
 

p0 = 在相同温度下纯水的饱和
 

水气压
 

根据上述公式,a w的变化与饱和点(p0,分母)成函数关系。aw的变化也与油中的实 际含水量成函数关系,即水分的进入或脱离会改变油中含水量。换句话说,aw 始终提供对饱和点裕度提供精确的示值。

     

     

     

油液的aw和ppm之间都存在某种关联,在一套动态油路系统中(例如润滑油系统中),这种相关的有效性在整个油液使用寿命内将会降低。正如之前所提到的,随着油液的老化,油液的成分会随着化学反 应发生变化,这样不但会影响它的饱和点,而且还会影响到它与水活性(a )之间 w 的关系。这种现象可以从下一页的图中观察到。
 

下图是根据船用发动机机油的试验数据得出的,它比较了新机油和旧机油之间的 差异性。由于老化导致a w和ppm数值之间的关系不断发生变化,因此很难在机油的整个使用寿命期间保持有效的相关性。 


 

目前市面上有很多种不同的油中微水测量方法,在线水活性测量技术是基于吸收原理的电容式传感器进行工作。这种电容式传感器由上下各一个电极组成,电极间的绝缘材料被称为电介质。电介质吸收和释放水分子,从而改变了介电常数,引起传感器的电容量发生变化。吸水率与油液的水活性成正比。这种技术的优点就在于能够直接在线安装,响应快,化学稳定性高 ,适合于各种液体 。

     

这种在线技术可用于大型的油路系统或液压系统,例如造纸机的润滑、涡轮机和变压器的运行以及润滑油再生系统制造商 等。目前很多生产设施都使用某种类型的预测维修程序,用来预防机器故障并延长设备的使用寿命,在这种情况下,一种连续在线的微水测量就成为油液管理计划 不可分割的一部分。 综上所述ppm是油液中水分含量的传统测量单位,而测量aw值则可以提供更为全面 的数据:

1. 不用考虑油液的饱和点情况下,aw读数精确显示了产生游离水风险的程度。
 

2. 无论出于什么原因(例如温度、老化和物理性能变化),随着饱和点的提高或降 w 低,a 都能精确地反映出新的饱和裕度。 3. aw与被测液体无关。因为aw适用于所有 液体和固体,它可以在不考虑化学成分或 物理特性的情况下用于各种物质。

     

如果测量水活性而不是ppm值,则可以避免出现上述问题。

     

由于目前国内检测油中微水含量的仪器多以进口为主,根据精度要求不同价格从几万到数十万不等;为降低使用成本,沃尔克/VOLKE于2021年8月研发出新款《WMG智能油中含水率监测仪》,产品精度高、价格实惠;可替换国外大部分同类型产品。

油中微水传感器

     

WMG智能油中含水率监测仪作为一款为监测工业油品中水分子含量而开发的工业级变送器,传感器采用先进聚合物电容探头,能对工业现场使用的变压器油和润滑油中的微量水份进行快速准确的测量。它同时具备测量油中微水(油中含微量水份未饱和态)和油中含水(油中混水游离态)两种状态功能,是一款国产油品含水监测仪器。工业油品中混入水份会造成油品品质乳化,润滑系数极限下 降,影响机器设备的正常运转,甚至引发严重的事故,所以检测润滑油中的微量水份意义重大。

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