2021年 第1期 广 东 化 工 第48卷 总第435期 www.gdchem · 173 ·
王娇1,2，韩冰雁1,3,4
(1．大连理工大学盘锦产业技术研究院，辽宁 盘锦 124221；2．辽宁省化学助剂合成与分离重点实验室，辽宁 盘锦 124221； 3．大连理工大学化工学院盘锦分院，辽宁 盘锦 124221；4．大连理工大学精细化工国家重点实验室，辽宁 大连 116024)
[摘 要]石油产品的含水量分析是油品的一项重要指标，水分的存在使油品的质量以及性能都有所下降，严重的会导致机械设备的损坏，因此正确的分析含水量是非常重要的。主要对目前静态检测石油产品含水量的方法进行探讨与比较，指出了石油产品含水量检测技术的发展趋势，寻合理的检测技术，保证石油产品质量。 [关键词]石油产品；含水量；检测技术；发展趋势
[中图分类号]TE622 [文献标识码]A [文章编号]1007-1865(2021)01-0173-03
Study on Analysis of Water Content in Petroleum Products
Wang Jiao 1,2, Han Bingyan 1,3,4
(1. Panjin Institute of Industrial Technology, Panjin 124221；2. Liaoning Key Laboratory of Chemical Additive Synthesis and Separation, Panjin 124221；3. School of Chemical Engineering, Dalian University of Technology, Panjin 124221；4. State Key Laboratory of Fine Chemicals,
Dalian University of Technology, Dalian 116024, China)
Abstract: It is an important index for the analysis of water content in petroleum products, the presence of water decrease the quality and performance of the petroleum products and lead to damage the mechanical equipment, so it is important to analyze water content in accurate. Mainly discuss and compare the methods of measuring the water content of petroleum products in static state, point out the development trend of measuring water content of petroleum products, search for the reasonable measuring technology, and guarantee the quality of petroleum products.褐煤干燥
Keywords: petroleum products ；water content ；measuring technology ；development trend
石油是世界重要的能源，也是化工产业的重要业务之一，关系着一个国家的能源战略、安全以及现代化各行各业的发展。对于石油产品的准确分析，有助于正确合理的认识和应用这不可再生的资源。研
究石油中的含水量可以对油品的开发利用以及油品的理化性质和应用性能进行很好的评价。原油的含水量是原油生产与加工的重要指标和参数，直接影响到原油的品质和开采价值，对原油产量和油井的开发寿命等都具有重要的经济和社会效益[1]
；燃料油中含水量超标，会导致油水两相分层，使燃料油的燃烧性能降低，还会腐蚀发动机的金属油箱，严重的会堵塞油泵的过滤网，造成发动机供油不足，大大增加储罐发生爆炸的可能性[2-4]
。润滑油中含水超标会造成润滑油乳化，加快添加剂分解，提高油品的氧化速度和低分子有机酸对机械的腐蚀，还会影响润滑油的低温流动性[5]。
1 石油产品中水分的来源以及存在形式[6]
1.1 水分的来源
石油产品在贮存、运输、加工和使用过程中均会由于各种原因受到水分的污染，不存在绝对无水的石油产品。容器壁残留水分，容器密封不严或在加工过程中雨雪水蒸汽等的渗入都会使产品中含有一定量的水分。除此以外，油品中的一些添加剂比如醚类或者醇类等均是极性化合物，会增加石油产品的溶水性，溶解部分空气中的水分。 1.2 水的存在形式
水在石油产品中主要以悬浮水、溶解水和游离水三种状态存在。悬浮水是水以细小的液滴状存在于油品中，使油品变成浑浊的乳胶体或者是乳化液，这种现象的水多发生在粘度大的重质油中；溶解水是水以分子的形态分布在石油烃类分子中，而水的含量取决于油品的温度和化学组成，温度高、烃类极性大的油品中溶解水的含量比较高一些；游离水是从油品有机相中沉降下来的部分，呈现分层状态存在。
2 石油产品含水量的静态检测技术
目前，石油产品含水量的静态检测方法主要有电脱法[7]、蒸馏法[8]、卡尔费休法[9]、以及气相谱法[10]，其中蒸馏法和卡尔费休法是应用比较广泛的两种技术。 2.1 电脱法
电脱法主要适用于含水量大于10 %的原油检测[11]。该方法用于高含水油品的测定，对于含水量较低的油品其油水的密度差比较小，不利于分离，适用性差。其主要原理是在外电场的作用下，
油品中的水分极化成感应偶极子，然后相邻的小水滴互相作用形成大水滴，大水滴与周边的水滴继续聚集形成半径更大的水滴并由于水的密度较大沉降在底部，从而实现油和水分层的状态，根据油水分离的结果可以测出油品中的含水量，其装置如图1。加速油水分离的有效途径就是根据斯托克斯定律加大水珠的半径，而加大水珠的半径的方法就是使电场中的极性水分子发生电极化，使水珠带有异号电荷，通过互相吸引使不同符号电荷的水珠互相结合形成大水珠。该检测技术主要受电场强度、脉宽比、脉冲频率、电场作用时间、含水量、乳化程度等多种因素的影响。目前利用电脱法检测油品中含水量的标准方法是SY/T 5402。
图1 原油含水量电脱法检测装置图
Fig.1 Figure of water content detection device by electric stripping
method
2.2 蒸馏法
蒸馏法属于常量分析，主要用于原油、燃料油和润滑油的水分检测[12-14]。其原理是利用油品中各组分的沸点不同，通过加热使混合物汽化并在冷凝水的作用下使蒸汽部分冷凝，从而达到油水分离的效果。大概操作如下：将烧瓶中一定量的油品和一定量的无水溶剂进行加热至沸腾，使油品中的水分通
过溶剂汽化的形式进入到冷凝管中，然后进入到带有刻度的接收器内。由于有机相和水相互不相容，水的密度大于有机相的密度，水分沉入接收器底部，而溶剂会经过接收器的支管返回到烧瓶中，不断的汽化、
[收稿日期] 2020-08-26
[基金项目] 大连理工大学精细化工国家重点实验室开放课题基金资助项目(项目编号KF1807) [作者简介] 王娇(1989-)，女，辽宁鞍山人，硕士研究生，主要研究方向为石油化工。
广 东 化 工 2021年 第1期
· 174 · www.gdchem 第48卷 总第435期
冷凝，可以在接收器中得到大部分水分，从而可以测出油品中的水分含量，实验室装置如图2。蒸馏法分析油品中含水量时受取样方式、溶剂、加热速度、冷凝温度和检测装置等因素的控制。目前的检测标准有GB/T 8926，ASTM D4006，GB/T 260等，每种检测标准的操作手段是一致的，不同的是所使用的无水溶剂，GB/T 8926和ASTM D 4006使用无水二甲苯作为溶剂，而GB/T 260利用工业溶剂油或直馏汽油80
℃以上馏分。
a ：蒸馏烧瓶；
b ：接收器；
c ：冷凝管；
d ：干燥管
图2 蒸馏法检测油品中含水量的实验室装置图
Fig.2 Figure of water content detection device by distilling method
2.3 卡尔费休法
图3 卡尔费休库仑法检测石油产品含水量仪器图 Fig.3 Figure of water content detection device by Karl Fischer
coulometry
卡尔费休法属于微量分析，包括容量法和库仑法(电量法)，油品中含水量的检测以库仑法为主，主要用于原油[12]、燃料油[15]和润滑油[5]等产品，是目前检测石油化工产品水含量最为广泛的
方法之一。其原理是量取一定混合均匀的油品加入到卡尔费休滴定仪中，在阳极电解得到碘单质，
碘参与反应消耗油品中的水分。当所有的水被消耗后，过量的碘通过电量终点检测器检测，滴定结束，
有机冲施肥最后根据法拉第定律求得油品的含水量[9]，实验室常用仪器如图3。反应方程式如下：H 2O+I 2+SO 2+CH 3OH+3RN= (RNH)SO 4CH 3+2(RNH)I
在该反应中I 2、H 2O 按照1︰1的化学计量比在电解池中发生化学反应。根据消耗的碘的量就可以计算出油品中水的含量。卡尔费休库仑法滴定油品中水的含量主要受测试环境湿度、仪器的密封性、油品的溶解性、电极的污染、卡氏试剂的浓度和控制参数的设置等因素的影响。目前利用卡尔费休法检测油品中含水量的标准主要是GB/T 11146、GB/T 11133、SH/T 0246和ASTM D1744。
2.4 气相谱法
气相谱在检测痕量水技术上已经有了飞跃的发展，可以应用到现代工业，如石油化工、有机化工、医药等领域，但是目前该技术在油品中水分检测的报道比较少，主要集中于润滑油、压缩机油、变压器油等[16]。由于氢火焰检测器对水没有响应，所以检测水时主要用灵敏度较低的热导检测器。由于水的极性较大，容易在谱柱上出现拖尾等情况，所以需要选择合适的填充柱。工作原理是当电流通过检测器时，检测器内的热丝被加热，在没有样品进入时，参比臂和测量臂内通过的都是载气，具有相同的热导率，使两臂的热量相同电阻值相同，电桥达到平衡状态，没有信号输出。当样品进入检测器内，由于不同组分的热导率不同，导致在检测器中的散热情况不同，使参比臂和测量臂中的热丝电阻值之间发生差异，电桥失去平衡，输出电压信号，从而给出相应组分的谱峰，热导检测器如图4。
气相谱法检测油品中水分的准确度主要受设备的参数、样品的馏程、谱柱的选择以及内标物的选择等因素影响。目前还没有相应的用气相谱检测油品中含水量的标准供参考。
图4 气相谱热导检测器简图
Fig.4 Figure of gas chromatography thermal conductivity detector
diagram
3 常用静态检测含水量技术的比较
目前不同的静态检测技术在油品的适用范围、检测运行时间和检测装置上均有所不同，需要根据实际情况选择合理的检测手段，如表1所示。
表1 几种静态检测方法的适用范围
Tab.1 Application scope of several static detection methods
测试方法 主要油品种类
检测范围/ppm 操做时间/min
检测装置 电脱法 原油
＞10000 15~20(密度≤0.86 g/cm 3) ≥30(密度＞0.86 g/cm 3)
原油含水测定电脱仪 蒸馏法 原油、燃料油、润滑油 3000~25000 至少120
蒸馏烧瓶、带刻度 的接收器、冷凝管等 卡尔费休法 原油、燃料油、润滑油 1~1000 5 卡尔费休水分测定仪 气相谱法
中空板封边机
润滑油、绝缘油
最低8极化片
10~30
气相谱仪、谱 柱、热导检测器等
从操作方便性、安全可靠性、经济性以及准确性等因素综合考虑，几种油品含水量的检测技术优缺点如表2所示。
2021年第1期广东化工
第48卷总第435期www.gdchem · 175 ·
表2 几种静态检测方法的比较
Tab.2 Comparison of several static detection methods
电缆转接箱测试方法优点缺点
防水栓
电脱法分析液量大，操作简单，安全可靠，分析速度快，可以避免
二次采样的误差。
在样品加热过程中容易使油品沸腾
而外溢，引起点击危险；准确度不高。
蒸馏法测量结果精密度高。
取样随机性大，溶剂毒性大，对操作人员危害大，同时污染环境和样品；耗时长。
卡尔费休法重复性好，消耗试剂少，测量精度高，具有很好
的自动化和统计计算功能，分析过程简便快捷。
只适用于微量水检测外界环境要求比较高，
整个实验必须在密封性很好的设备中进行。
气相谱法
灵敏度高，重现性好，操作安全，分
析速度快，多次进样对仪器没有污染。
选择内标和谱柱存在困难，成本贵。
综合操作、数据准确度等各种因素进行考虑，每种检测技术都有各自的优缺点，目前使用较广泛的是蒸馏法和卡尔费休法，气相谱法检测油品中的含水量是一种比较理想的检测手段，但是应用的并不广泛还需要进一步的研究与开发。
4 发展趋势
石油产品中水分的存在，不仅对其性能和质量产生较大影响，甚至会造成设备的破坏和事故危险。因
此，需要结合实际生产情况，选择不同的分析检测技术，从而获得更加准确可靠的数据结果，以便于指导油品的安全生产和储存，保证其性能和质量。除了上述的几种静态检测油品中含水量技术，目前还有多种动态检测技术，可以对石油产品进行现场含水量的检测，如密度法、超声波共振法、红外光谱法、电导率法、射线法等等。无论是静态检测技术还是动态检测手段，针对油品中含水量检测方法的开发需要从以下几个方面着手。
4.1 向高效率方向发展
目前大部分的石油产品含水量检测技术都是人为的操作在实现，这对操作人员的安全是存在一定的隐患的，而且劳动强度大、工作效率低。随着自动化技术的发展，可以实现油品含水量快速的测试方法，从而减少劳动强度，提高工作效率。
4.2 向环境友好型方向发展
目前石油产品的含水量检测技术中隐含了一定的危险性，比如静态检测常用的蒸馏法，该方法使用的溶剂是二甲苯，是一种毒性溶剂，对操作人员和环境都有危害；动态检测使用的射线法，也存在一定的辐射危险。因此开发一种操作简便、安全可靠，在检测过程中可以做到无毒无害、无污染的绿安全环境友好型的技术是一种趋势。
4.3 向高精密度方向发展
准确的数据能够有助于对油品性质的正确分析，保证在开采油田、油品生产、油品储存和油品使用等过程中做出正确的判断从而提供决策参考。因此对数据准确可靠，重现性好，精密度高，检测范围大并且能够做到自动化统计计算的要求也会越来越高。
4.4 向低成本方向发展
低成本对企业或者单位来说是赢利的首要条件，对其经营效益至关重要。同理，在油品含水量检测方面降低设备、检测成本，也是百利无害的一件事情，也是目前设备开发人员研究的一个方向。开发成本低、耗能少，轻小便携的设备，可同时供实验室和现场操作的设备是一种趋势。
参考文献
[1]孙广动．原油含水率测试方法研究[D]．西南石油大学，2017．
[2]李彩虹，赵志莹．车用乙醇汽油水含量测定实验的几点注意事项[J]．石油库与加油站，2009，18(3)：27．
[3]胡斌，刘海峰等．含水乙醇与柴油混合互溶性及对柴油机性能的影响[J]．内燃机学报，2017，35(6)：481-487．
[4]夏云春．燃油含水对燃烧特性的影响[J]．青岛科技大学学报，2010，31(5)：467-472．
[5]张在珍．润滑油含水量检测方法的探讨[J]．山东化工，2016，45(18)：69，72．
[6]王宝仁，孙乃有．石油产品分析[M]．化学工业出版社，2014．
[7]电脱法测定原油含水率[J]．油田地面工程，1993，12(5)：45-48．
[8]GB/T 8929-2006原油水含量的测定蒸馏法[S]．中国标准出版社，2015．
[9]GB/T 11146-2009原油水含量测定卡尔．费休库仑滴定法[S]．中国标准出版社，2009．
[10]张宝铭．气相谱法分析油品中的痕量水[J]．齐鲁石油化工，1985，1：1-5．
[11]SY/T 5402-2016原油水含量的测定电脱法[S]．石油工业出版社，2016．
[12]Wesley G Poynter．用蒸馏法和卡尔费休法测量原油含水率的比较[J]．国外油田工程，1997，7：31-32．
[13]GB/T 260-2016石油产品水量的测定蒸馏法[S]．中国标准出版社，2015．
[14]高昊鹏，杨宏伟．润滑油中水分的危害及其检测研究[J]．当代化工，2016，43(2)：240-242．
[15]桑国翠．汽油中微量水分含量的研究[J]．当代化工，2016，45(3)：636-638．
[16]朱飞飞，车振华．润滑油含水量检测方法的探讨[J]．机械化工，2017，10：144．
(本文文献格式：王娇，韩冰雁．油品中水分含量检测研究[J]．广东化工，2021，48(1)：173-175)
(上接第164页)
[2]瞿飞．印染纺织废水处理方法介绍[J]．能源与节能，2011(11)：48-49．
[3]朱震峰．印染废水传统处理工艺的改进[J]．广东科技，2004(8)：78-79．
[4]徐斌，陈程，张毅敏．工业水处理[J]．工业水处理，2018(9)：63-67．
[5]段霞．三氯化铁在高藻原水处理中的应用[J]．2005(3)：29-31．(本文文献格式：吴建江，沈佳琪，程羽君，等．ICP-MS法测定水处理剂氯化铁中铅的研究[J]．广东化工，2021，48(1)：164)
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议