电力行业用抗燃油(EH)采用卡尔费休库仑法测水分含量所遇到问题浅述
作者:大漠天宇  时间 :2021-12-14 浏览:628

电力行业用油主要是绝缘油、透平油、润滑油等,对于所使用油类均有水分含量要求,水分含量的测试采用卡尔费休库仑法,相对应的测试标准如下:

《G/BT 11133 液体石油产品水含量测定法 卡尔.费休法》

《GB/T 7600 运行中变压器油和汽轮机油水分含量测定法(库仑法)》

卡尔费休库仑法测定水分是一种电化学方法。其原理是卡尔费休库仑法水分测试仪的电解池中卡尔费休试剂达到平衡时,注入含水分的样品。水参与碘、二氧化硫的氧化还原反应。

在碱和醇的存在下,生成烃基亚硫酸盐,烃基亚硫酸盐氧化成为烃基硫酸盐的这一反应会消耗水,而水只能来自与含水分的样品。因为消耗的水和碘的化学计量为1:1所以可以通过测量反应完成后剩余I2的浓度来算出水在原始样品中的量。消耗了的碘在阳极电解产生。从而使氧化还原反应不断进行,直至水分全部耗尽为止。在1979 年,E. Scholz 博士将该方法设为一个两步方程式:

(1) ROH+SO2+R’N↔(R’NH)SO3R(烃基亚硫酸盐)

(2)(R’NH)SO3R+I2+H2O+2R’N↔2(R’NH)I+(R’NH)SO4R(烃基硫酸盐)

ROH=醇,通常为甲醇

R’N=碱

在电解过程中,电极反应如下:

阳极:2I--2e→I2     I-氧化生成I2

阴极:I2+2e→2I-

2H+2e→H2↑       质子还原成H2

在卡尔费休的特征反应中,碘是氧化剂,二氧化硫是还原剂。

在反应(2)中,烃基亚硫酸盐氧化成为烃基硫酸盐的这一反应会消耗水,而水只能来自样品。因为消耗的水和碘(I2) 的化学计量比是1:1,所以可以通过测量反应完成后I2 的剩余浓度来算出水在原始样品中的量。

反应所需电量为卡尔费休库仑法仪器的精确测量,卡尔费休库仑法仪器给出样品中水分的直接测量,此测量值是绝对值。 

当然前提是只有在不发生副反应的的情况下,卡尔费休水分测定才是一种专属性的方法。也就是说副反应不能有水生成,同时所测样品不能在反应过程中消耗或释放碘单质(I2)。

绝缘油、透平油、润滑油采用卡尔费休(库仑法)测试样品均正常,无论精度、重复性都没有问题。唯独采用卡尔费休库仑法测EH抗燃油水分含量时会出现滴定无法平衡,测试EH抗燃油样品时,会出现测试结果数据偏大甚至无法出现滴定终点等问题(见下图)。

针对采用卡尔费休库仑法测试EH抗燃油水分含量过程中实际出现的问题,浅述一下EH抗燃油的物理化学特性。

1.电力系统用抗燃油物理特性:

外观透明、均匀,新油略呈淡黄色,无沉淀物,挥发性低,抗磨性好,安定性好,物理性稳定。是一种合成抗燃液压介质,难以自然燃烧的油品。     

2.抗燃油化学特性:

抗燃油主要是磷酸酯组成,也称磷酸酯抗燃油。

抗燃油主要成分:水-醇 磷酸酯 硅油

磷酸酯抗燃油主要分类 :                                      

                  三芳基磷酸酯

   磷酸酯         三烷基磷酸酯

                  烷基芳基磷酸酯

硅油:初级形态二甲基环体硅氧烷分子结构呈现环状、十二甲基环六硅氧烷(D6),主要包括六甲基环三硅氧烷(D3)、以及六甲基环三硅氧烷(D3)及或八甲基环四硅氧烷(D4)及或十甲基环五硅氧烷(D5)及或十二甲基环六硅氧烷(D6)含量达到50%以上的无色透明或乳白色液体,可燃,经过水解合成初级形态二甲基环体硅氧烷是以二甲基二氯硅烷为主要原料,不溶于水,以硅氧(Si-O)键为主链,硅原子上直接连接有机基的有机-无机化合物、八甲基环四硅氧烷(D4), 溶于苯等有机溶剂、十甲基环五硅氧烷(D5),无异味。

电力行业用抗燃油中主是二甲基硅油,硅油中硅烷醇/硅氧烷 、末端硅烷醇基团和卡尔费休试剂中的甲醇发生酯化反应释放水分,化学反应式如下:

R3SiOH + CH3OH R3SiOCH3  + H2O

从上述反应可以看出,在测试硅烷醇/硅氧烷类样品时,反应会产生水。因此普通含甲醇的卡尔费休试剂并不适用予测抗燃油中的水分含量。

电力行业如采用卡尔费休库仑法测EH抗燃油中水分含量,采用以下措施可以避免在测试过程中出现的问题:

(1)采用特殊的卡尔费休试剂,即采用不含有甲醇或醇类作为溶剂的卡尔费休试剂。以避免在测试过程中,副反应产生水,造成滴定无法平衡。

(2)采用液体样品水分气化装置与卡尔费休库仑法水分测试仪联用,以达到被测的EH抗燃油样品不与卡尔费休试剂接触产生副反应而产生水。