我们都听说过这样一句话：“油与水不会相溶”。但不幸的是，这并不一定适用于润滑油。润滑油中的水可以以多种状态出现，如果不加以控制，可能会对高价值设备造成相当大的损害。在本指南中，我们将探讨润滑油中水污染带来的挑战，并讨论专业人员检测油中水污染的方法。

背景

工业用油中的水污染会导致机械部件出现严重问题。水的存在会改变润滑剂的粘度，还会参与化学反应，导致添加剂耗尽并形成酸、污泥和清漆。水检测是任何润滑剂状态监测计划的一部分。具有很强水分离特性的工业用油中的水污染历来难有技术可以测量。

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水可以在油样中以三种状态存在：溶解，油水混合物或游离状态，这使得很难获得具有代表性的样品。油中的添加剂配方设计用于在50-250 ppm水饱和极限以上有效地分离水。在饱和度以上，水将形成离散的水滴，如果任其静置，最终会出现油水分离（图1）。溶解水通常不是工业应用所担心的问题，但游离水或乳化水的水平必须得到有效控制。

有哪些技术可用？

► 红外光谱

红外光谱是测量水污染的最有前途的技术。它是一种广泛使用并被接受的无化学品检测方法。光谱学是研究辐射能量与物质之间相互作用的研究。光谱仪由辐射源、探测器和计算机或将探测器信号转换为有用信息的其他转换器组成。将要研究的样品放置在辐射源和探测器之间。在红外吸收光谱中，入射光束穿过样品，透射光被探测器收集，结果通常为透射光或吸收光的光谱或者入射光束波长的函数。

纯水吸收红外光，可以通过红外光谱中约3400 cm-1处的峰值检测。当水溶解在另一种介质（如油）中时，水分子仍然会吸收红外光，尽管由于水分子所在的环境不同，峰值可能会略有变化。ASTM的E2412标准通过将红外光谱中约3350 cm-1处的峰值与水的浓度相关联来测量水含量（图3）。这种方法适合某些类型的应用，例如含有添加剂以帮助润滑油里的水溶解。分析快速，简单，非常可靠;即使是非专业用户也可以进行检测。

当水在油中以游离或乳化形式存在时，会导致通过油样的光发生散射，从而影响测量。在工业润滑剂中，油中的水以乳液形式存在或当有抗乳化添加剂存在时以有游离形式存在。悬浮在油中的水滴会散射光线而不是吸收光线。

因此，3400 cm-1左右的水吸收峰值不能测定超过饱和极限的水浓度。有一种方法是使用添加剂（例如表面活性剂）预处理样品，这有助于水在油中的溶解，从而使得可以通过红外光谱检测传统的峰值。水稳定方法需要熟练的操作员，在分析之前要将添加剂精确地添加到油样中，这在现场很难实现。因此，该方法没有得到实验室和现场用户的青睐。

另一种方法是使用均质机将水滴均质为悬浮在油中的离散水滴。使用CAT 120X均质机均质并在室温下静置了至少一分钟的样品采用卡尔费休库仑法滴定法可以得到很好的结果。由油水混合物引起的弹性散射程度确实取决于水的浓度，但它同时也受到水在油中的分散方式的强烈影响：油中存在的离散水滴的数量和大小（图4）。均质器可以可重复地产生均匀分散在油中的水滴。然后可以通过红外光谱仪可靠地测量光散射的程度。

FluidScan油品分析仪是一款坚固耐用的手持式红外分析仪，用于测量油液状况和化学成分。下面使用均质技术制备了一系列水浓度不同的油样，并在FluidScan上进行测量。将结果与使用卡尔费休库仑法滴定法获得的结果进行比较，如图5所示。FluidScan的读数与滴定法的结果相匹配。

使用FluidScan分析涡轮机润滑油中水污染的方法是一种强大、可靠的方法，能够立即发出严重水污染警报。变化出现的最大原因是采样。均质是该方法的关键步骤。手摇均质不足以获得均匀的样品，以在FluidScan上得到可靠的水污染检测结果。为了获得最佳结果，建议在现场立即分析或在使用市售均质机在分析之前制备样品。通过最佳实践采样技术，可以获得与卡尔费休法相差20%以内的结果。

► Crackle测试

crackle测试是一个简单的测试，可以确定润滑油中是否有水。crackle测试可以使用热板在现场进行。crackle测试是定性分析。它可以告诉你是否存在水，但无法测定存在的水量。仔细观察热板上的油可以得到有关存在水量的一些半定量信息，但这非常依赖操作员的经验

crackle测试需要温度受控的热板。通常，热板温度设置为约320°F（160°C）。理想情况下，可以通过剧烈摇晃混合样品。这会使水在油中的分布更均匀。样品准备好以后，将一滴油滴在热板上并进行观察。

如果油中没有水，则不会听到“噼啪声”。相反，如果油含有液态水，热量将导致其变为蒸汽，在油滴中产生可观察的气泡。气泡的大小大致对应于油中存在的水量;气泡越大，溶解在油中的水就越多。通过观察热板上产生气泡的大小，可以对油样中水的浓度做出一些定量判断。

► 氢化钙试剂盒检测

现场测定水浓度的另一种方法是使用氢化钙试剂盒。该方法将一定体积的油置于含有已知量氢化钙的密封容器中。猛烈摇晃容器，使油中的水与氢化钙反应，产生氢气。该化学反应如下：

CaH2 + 2 H2O → Ca(OH)2 + 2 H2

氢氧化钙 是固体会沉淀出来，而 是氢气，可使用压力计测量其压力。溶液中的一摩尔水将产生一摩尔氢气。因此，通过测量生成的气体的量可以推测出油样里水的含量。.

为了进行测试，需要使用注射器采集油样。一般情况下，测试需要20-30毫升油。这些油被置入反应容器中，该容器通常具有螺旋盖以紧密密封反应容器。如果水含量较高，则需要使用已知量的稀释剂稀释油样。油和稀释剂的相对量将取决于油样中水的浓度。有时需要多次进行测试，以确定水含量范围并选择适当的稀释剂比例。

直到容器密封前，氢化钙需要与油和稀释剂分开，使得化学反应产生的所有氢气都被收集起来。容器被密封后，油和氢化钙相结合，可通过摇动或搅拌开始反应。几分钟后，反应容器上的压力计将读出内部压力。然后，根据油和稀释剂的比例，压力读数将转换为水的百分比读数。如果油中的水过多，容器中的压力可能超出压力计读取的范围。如果是这种情况，则需要释放压力，清洁设备并降低油与稀释剂的比例，以便使压力降至可测量范围内。

氢化钙测试套件通常包括压力容器，压力计，注射器，手套，安全眼镜，稀释剂，密封环，提前测定的氢化钙包以及可能会提供的磁力搅拌板。如果使用得当，该套件可以测定精确到50 ppm的游离水或乳化水。

► 卡尔费休滴定法

最广泛接受的油品水污染检测方法是卡尔费休（KF） 库仑法滴定法 （ASTM D6304）。当由熟练的操作员执行卡尔费休滴定测定时，可以产生高度准确且可重复的结果，卡尔费休法还是其他水测定分析技术的比较方法。此外，该方法可以测定水在任何状态下的含量：溶解，游离或乳化。

卡尔费休滴定法用于各种需要水含量检测的行业和应用，如润滑油、药品和食品。滴定是一种使用已知浓度的溶液来确定未知溶液浓度的技术。通常，持续将滴定剂（已知溶液）从滴定管加入到已知量的分析物（未知溶液）中，直到反应结束。在卡尔费休滴定法中，消耗的碘量相当于样品中存在的水量。通过测量滴定油样所需的碘量，可以非常精确地测定油的含水量。

Sigma Aldrich、Mettler Toledo和Metrohm等几家公司为实验室生产商用卡尔费休滴定仪。由于需要样品制备和使用挥发性化学品，卡尔费休滴定几乎总是在实验室中进行，并且难以在现场使用。在此处阅读更多内容。

► 相对湿度或饱和度计

相对湿度（RH）传感器用于需要控制湿度的各种行业，例如食品和制药行业。RH传感器有三种类型-电容式、电阻式和导热式。常用于测量油中相对湿度的传感器通常是电容式的，因此我们将主要讨论这种类型的传感器。

大多数人都熟悉空气的相对湿度，特别是在夏季温暖的气候中。空气保持水蒸气的能力取决于其温度。油也是如此。通常，油越热，其保持水分的能力就越强。当然，如果油温非常高（比如在内燃机中的油）高温会导致水蒸气沸腾出来。

湿度传感器只能测量油中的溶解水。它们无法测量游离水或乳化水的量，因此其应用范围受到限制。不过，通过监测油的相对湿度还是可以获得有用的信息。

电容式RH传感器通常由两个导电电极组成，它们之间有一个非导电层。非导电层通常是金属氧化物或聚合物。该层的电容随含水量变化，进而导致两个导电电极之间的电压变化。电容式湿度传感器介电常数的增量变化与周围环境的相对湿度成正比。电容式传感器的特点是温度系数低，能够在高温下工作（高达200°C），可完全回收冷凝，并且对化学蒸气具有抵抗力。电容式传感器通常具有良好的响应时间，可以在几分钟内提供准确的读数。

电容式传感器的不确定度一般为±2%RH，范围为5%到95%RH，带两点校准。电容式传感器受到传感元件与信号调理电路之间距离的限制，这是由于连接电缆相对于传感器相对较小的电容变化的电容效应。实际极限长度应小于10英尺。

总结

测量润滑油中的水含量的专业人员有几种方法可用。方法的选择取决于预算、人员培训、所需数据的精确性和其他因素。最重要的事是要始终如一地监控设备的水污染，以避免出现意外停机和设备故障。