油液中水的排除

出处：按学科分类—工业技术 北京理工大学出版社《新编液压工程手册上册》第101页（2528字）

石油基油液中的水有以下三种状态：游离的，溶解的和乳化状的，几乎所有的石油基油液都具有不同程度的吸水性，液压油的吸水饱和度一般为200～300ppm，润滑油为500～600ppm。油液中的含水量在饱和度以下时，水以溶解状态存在于油液中。当含水量超过饱和度时，过量的水则以微小水珠悬浮在油液中，或以自由状态沉积在油液底部(在油液密度小于水的情况)。

从油液中分离水可采用以下方法：

(1)沉积法

利用水和油液密度的差别，只要使油液有足够长的静止时间，游离状态的水可缓慢沉积在油箱底部或排放点。根据经验，对于深度为1米的油箱，大约需要50分钟的静止时间。对于大多数液压系统，停止运转的时间不足以使水沉降分离出来。沉积法一般适用于具有大油箱的液压系统。

(2)真空法

真空法的原理是利用油和水的饱和蒸气压的差别使水从油液中分离出来。在温度70℃的情况下，水大约在3×10⁴Pa压力下沸腾，而油则在大约5Pa的低压下才能沸腾。在相同温度下，油的饱和蒸气压比水要低得多。因此，通过抽真空将油液液面的压力降低到水的饱和蒸气压以下时，则油液中的水将发生激烈的气化，并以蒸气的形式从油中逸出。

根据不同的处理方法，真空除水装置有连续和分批处理式两种类型，如图3．3－1所示。

图3．3－1 真空脱水装置原理图

(a)连续处理式；(b)分批处理式

1－真空室；2－油液喷淋装置；3－填料；4－气泡发生器

图3．3－1(a)为喷淋式真空除水装置的原理图，油液连续从顶部进入真空室内并通过喷嘴喷淋而下，油液中的水分在真空室内气化并被真空泵抽出，除水后的油液从底部排出。为了使油液中的水充分气化，在真空室中部可充填亲油的疏松填料(如不锈钢或尼龙等材料)，使喷淋下来的油液分散在充填材料表面而形成很薄的油膜，以增大气液二相界面面积，并延长油液在气相空间的停留时间。

图3．3－1(b)为按一定周期分批处理油液的真空除水装置示意图。每次将一定量的油液注入到真空室内，然后抽真空进行除水。为了提高脱水效果，可从油液底部连续注入适量空气，在油液中形成大量气泡，随着气泡上升将水蒸气带到液面，然后被真空泵抽出。

真空除水的效果主要与工作真空度和油液温度有关。真空度和温度愈高，除水效果愈好。油温一般为60℃左右，温度过高将加速油液的氧化。对于液压油和润滑油，真空度一般在600～700mmHg，可使油液中的含水量降低至100ppm左右。对于变压器绝缘油，可采用更高的真空度，含水量可降低到10ppm。

真空法能够有效去除油液中各种状态的水，并能去除油液中的空气和各种挥发性物质。

图3．3－2为国产ZJC型真空净油装置的工作系统图。该装置适用于处理粘度小于200mm²／s，闪点高于121℃，含水量不大于10%的污染油液。净化后的油液含水量为100～200ppm，油液污染度为NAS7～9级。

图3．3－2 ZJC真空净油装置工作系统

1－粗滤油器；2－输油泵；3－加热器；4－精滤油器；5－真空室；6－风冷冷凝器；7－贮水器；8－排水阀；9－排油泵；10－真空泵

(3)聚结法

聚结法除水是利用纤维介质表面对油和水的不同亲和作用，来分离油液中的乳化水。这种方法的机理是乳化水的聚结，即从纤维层捕集极小的乳化水珠(1～5μm)到合并形成大颗粒水珠(1mm以上)的过程。

常用的聚结介质采用亲水的纤维材料，如玻璃纤维。当含有乳化水的油液流经纤维介质时，由于介质表面对水的亲和作用，水的微粒被吸附在纤维表面。随着吸附的水粒增多，微小水粒合并形成大颗粒水珠，并在重力作用下沉降而与油液分离。为了使聚结的水珠全部从油液中分离出来，在紧靠聚结介质的下游可装设亲油疏水的介质，将水珠拦截，而油则顺利通过。这种分离水的介质可采用亲油性强的纤维或喷涂聚四氟乙烯的不锈钢网。

图3．3－3为聚结法油水分离器的工作原理。

图3．3－3 聚结法油水分离器工作原理

聚结法对于粘度低和不含表面活性剂的石油基油液具有很好的除水效果。例如航空燃油，一次通过可使含水量从数千ppm降低到15ppm。然而，对于粘度高和含有添加剂的液压油和润滑油，其除水效果目前还不够理想。

(4)吸收法

这种方法采用高吸水材料吸收油液中的游离水和乳化水。在实际使用中可将高吸水聚合物掺入并分散在过滤材料中或制成吸水纤维滤材，用这种滤材作成滤芯，用于滤油器中。在使用过程中，吸水聚合物与油液中的水相互作用形成凝胶体，体积随之增大，从而使滤芯压差增加。当压差增大到一定值时，需要更换滤芯。吸水滤芯虽然对大颗粒污染物也有滤除作用，但不应作为一般滤油器的滤芯使用。

表3．3－2为一组吸水滤芯吸水量实例。

表3．3－2 吸水滤芯的吸水量