对KZ-3颗粒计数器辨别油中水颗粒能力的研究

焦芳敏 李炎光

(河南工学院，河南 新乡 453003)

1 颗粒计数器

颗粒计数器现在广泛应用在医疗、机械、石油、制药、电力、电子、食品等行业。为检测液体中含的固态颗粒提供了可靠准确的数据,为产品的设计、研发、保养、维修，提供了强有力的数据支持。颗粒计数器采用光阻法原理，当液体中的微粒通过一个窄小的检测区时，与液体流向垂直的入射光，由于被不溶性微粒所阻挡，从而使传感器输出信号变化，这种信号变化与微粒的截面积成正比，光阻法检测注射液中不溶性微粒即依据此原理。本次论证使用的颗粒计数器为天津市罗根科技有限公司生产的KZ-3颗粒计数器。

2 油中的水存在的状态

油液中的水分主要有3种存在方式：溶解水，乳化水，游离水。燃油中有少量以分子水平存在的水，这种水为溶解水；而乳化水在油中以水包油或油包水的形式存在；由于温度降低或是其他的因素导致溶解水从油中析出，这时就会形成一些小水滴悬浮在油里，这就是游离水。本次检测的主要是乳化水和游离水的数量，可以把这些水当成颗粒存在，从而用颗粒计数器来计算其数量。本试验应用的试验台为新乡天翼过滤技术检测有限公司生产的YSFL-900。试验台上的水弥散装置是从IFTS采购而来，弥散的数据稳定且可靠，可以满足试验要求。

3 验证试验

由IFTS的数据报告可知，通过水弥散装置可以将油中的水弥散成不同尺寸的小水珠，这样我们通过水弥散装置来保证油中水的分布状态。用颗粒计数器来检测不同颗粒尺寸的分布情况，其中的颗粒尺寸是由激光衍射法测得。从图中可以看出当孔板两端的压差在260hpa时，水珠直径为60um，当压差为48hpa时，水珠直径为300um，这是本次试验的基础。

图1 平均小水珠尺寸D50相对于孔盘两侧压差Δpo的典型特性曲线

图1中D50表示的是小水珠的尺寸D，小于和大于该小水珠尺寸D的数量各占50%，即小水珠尺寸分布的平均直径。

3.1 试验系统原理图

图2 试验系统原理图

1.-油箱；2-油泵；3-水弥散装置；4-颗粒计数器；5-终端油水分离器；6-水箱；7-水泵；8-水过滤器；9-水流量计；10-取样口

3.2 相同条件下不同注水量的颗粒计数器计数情况

3.2.1 试验条件

流量(l/min)孔板压差(KPa)系统压力(KPa)颗粒计数器背压压力(MPa)注水量(mg/L)系统流速(ml/m)试验次数(次)试验15.8261700.2～0.3424406试验25.8261700.2～0.3222406

试验1试验数据结果图：

图3 424mg/L下不同粒径下的颗粒数曲线

试验2试验数据结果图：

图4 222mg/L下不同粒径下的颗粒数曲线

由图3和图4的试验结果可知，在油水的混合油液中不同粒径的颗粒数的分布状态完全不同。不存在如IFTS的数据报告中所叙述的呈正态分布的曲线。不同速度下的颗粒数分布曲线没有出现预期曲线。但是也有相同的规律，从15～25的颗粒数开始，随着颗粒粒径的增大，在油中分布的水颗粒迅速减少。我们着重分析前4种颗粒数，前4种颗粒数占颗粒数总数的80%，在424mg/L的情况下，粒径在15～25和25～35的粒径最多，且2种粒径的数量相当；而在222mg/L情况下粒径为5～10的颗粒数最多，其次是15～25的颗粒数次之，数量最多的2种粒径的差距也比较大，这就导致了两个曲线的走向不同。同时也说明2种注水量条件下，其中的粒径分布不同，即不成比例存在。

3.2.2 试验条件

流量(l/min)孔板压差(KPa)系统压力(KPa)颗粒计数器背压压力(MPa)注水量(mg/L)系统流速(ml/m)试验次数(次)试验35.8261700.2～0.3424306试验45.8261700.2～0.3222306

试验3与试验4相同的流速的情况下，在2种注水量的情况下，424mg/L与222mg/L所对应的不同粒径的颗粒数的总量做比值D，D=高注水量的值/低注水量的值，该数据取6组数据粒径的平均值，试验数据结果图：

图5 测试速度为33mL/m时不同注水浓度的比值曲线

3.2.3 试验条件

流量(l/min)孔板压差(KPa)系统压力(KPa)颗粒计数器背压压力(MPa)注水量(mg/L)系统流速(ml/m)试验次数(次)试验15.8261700.2～0.3424406试验25.8261700.2～0.3222406

试验1与试验2的相同的流速的情况下，在2种注水量的情况下，424mg/L与222mg/L所对应的不同粒径的颗粒数的总量做比值D，D=高注水量的值/低注水量的值，该数据取6组数据粒径的平均值，试验数据结果图：

从图5和图6我们可以看出在相同的测试速度下，在保证水颗粒能够均匀分布在油液中的情况下，当注水量增加时，随着粒径数变大，能够检测到的颗粒数成倍增加。D的值从小粒径到大粒径的方向不断增大，呈上升的趋势；并不是预想中的一条直是D=2，且偏离该直线较大。D的值从0.7到64跨度比较大；最小的比例关系也比实际测得的水含量的比例关系大；每个颗粒段的总数没有严格度比例关系，但是颗粒数从小到大颗粒段的颗粒数的比例逐渐增大。

图6 测试速度为40 mL/m时不同注水浓度的比值曲线

比较图5和图6，在不同的测试速度下，D的值都是从小粒径到大粒径的方向不断增大，两条线基本重合。这一结果表明颗粒计数器对水颗粒有一定的识别作用。水颗粒是有规律的分布在油液中的，颗粒计数器显示的数据也证实了水颗粒在不同的速度下也是有规律地分布在其中。同时表明速度也是影响颗粒计数器测量结果的重要原因，这给以后的试验提供了有力的数据支撑。保证颗粒计数器的测试速度一致也对试验结果至关重要。

从数据分析的结果来看，光阻法颗粒计数器的测量结果为以后的油中水颗粒分析提供了一定的数据支持。这一结果有利于研发油水分离过滤器中有关水含量的在线检测装置。

3.3 试验结果

(1)光阻法颗粒计数器测量油中水的颗粒尺寸分布不准确。不易作为检测油中水颗粒的准确仪器。

(2)颗粒计数器对水颗粒有一定的识别作用。颗粒计数器在一定程度上可以用来检测油液中的水颗粒，其结果具有参考意义。

(3)颗粒计数器的测试速度也是影响试验结果的重要原因。

4 结束语

通过该试验得出颗粒计数器不能作为检测油液中水颗粒的准确仪器。但其结果具有一定参考作用。利用精度更高的颗粒计数器来检测油液中水颗粒的分布情况，也是本作者在下一步工作中重要的课题。颗粒计数器检测的结果与实际的水颗粒分布状态的之间是否存在一定的关联，是怎么样的关系，与哪些参数有关，这都有待进一步验证。

随着国标5的颁布，对发动机的要求也越来越严格，只有稳定可靠的试验设备，才能够帮助企业快速地研发新产品，提升产品质量，满足社会要求。油水分离试验中在线检测含水量技术还很缺乏，这就需要投入更多的人员和经费来研发价格低廉、功能可靠的在线检测设备，并及时微控制器在系统中生成的TTL电平。本警报系统的功能追上国外技术的脚步，这是当务之急，也是未来发展的必然方向。