原油含水率的测定是原油分析中一项重要的计量和质量指标。原油中水份主要有三种形式，即悬浮水、游离水和溶解水。造成原油含水测定的不安全因素，最常见的就是“冲样”和“爆沸”事故，轻者造成实验结果的严重失准，重者引起着火灾或者人员烫伤，甚至造成重大的经济损失或人员伤亡。
一、“冲样”与“爆沸”的机理分析
原油是一种多组分多烃类的混合物，与溶剂混合后的沸腾特性（蒸发的时间和数量）有时会发生不可预测的变化，加热过快及在热量惯性作用下容易造成冲样。当含水较高时，有时会产生爆沸。
1.“冲样”是指原油在加热过程中由于油蒸汽升腾过快，得不到及时冷却，致使冷凝液超过冷凝器内管高度的2/3，甚至冲出冷凝器。常出现以下几种情况：
（1）油样含水率较低时，由于加热速度较快、温度过高，冷凝液在回流过程中，遇到较强的上升气流，使冷凝液回流受阻，在冷凝器内形成了一个“水阻带”。如果冷凝器内循环水温较低并且循环量较大，则“水阻带”有可能维持在冷凝器内某一个区域内；当加热温度升高或者循环水温度上升时，上升气流增强，“水阻带”向冷凝器上端移动，直至冲出冷凝器，造成整个试样报废。
（2）油样含水量较低时，由于加热速度较快，在冷凝器内形成了“水阻带”，虽然降低了加热温度，但是由于热力惯性的存在，冷凝液还可冲出冷凝器外。
（3）有些类型的原油，特别是老化油或者添加了某些化学药剂的原油样品，由于成分的复杂性，即使含水量较低，在加热过程中也会产生大量的泡沫，如果得不到有效的控制，随着泡沫的积累，也会发生冲样。
2.“爆沸”是指原油在加热过程中，乳化液中油、水相互包裹，由于油、水受热膨胀系数不同，使水滴突然汽化，产生的“小爆炸”现象。一般有以下几种情况：
（1）油样含水率较高时，在加热过程中试样中的水滴或沉在底部的游离水突然汽化易引起“爆沸”。
（2）蒸馏过程中，水蒸气在冷凝器或者接受器壁上聚集成水滴，回流到加热烧瓶中，引起“爆沸”。
（3）由于操作不当，使冷凝器内的水滴回流到加热烧瓶中，引起“爆沸”。
（4）特殊的情况下，如冷凝器破裂、外部水滴进入加热烧瓶等情况，引起“爆沸”。
（5）高含水原油的测定，当使用200#溶剂油作为溶剂时，过热的溶液是引起爆沸的内在因素。
（6）油开采、集输、工艺处理过程中的一些化学添加剂，也可能引起“爆沸”。
二、在含水测定中如何避免“冲样”与“爆沸”
1.均化的原油样品是预防“冲样”、“爆沸”的有效方法
原油油样均化的目的就是将混合在液体样品里的其它混合物（在含水测定中主要是指水份）变成微小的颗粒，均匀分布在样品之中，并在一定的时间内保持这种状态。
在GB/T 4756-1998标准中，建议均化系统要使水滴直径在5μm~1μm之间。由于粘性石油液体的特殊性和复杂性，原油中的水在样品容器中产生的分离挂壁及分布不均，不仅造成实验结果上的偏差，是引起“冲样”、“爆沸”的重要原因。要想保持样品性质的完整性，在转移或细分样品之前均化样品，必须使用剧烈地机械混合或者液力混合使实验样品充分乳化，并且在20分钟内保持均化效果。这样，在加热蒸馏过程中，才能有效地避免“冲样”、“爆沸”事故的发生。
2.选择合适的溶剂是含水测定过程中的重要环节
对于原油来讲，原油的流动性较差，致使油包水及水包油现象严重存在，含水高、含杂质导致的粘壁挂水现象和高污染决定了对溶剂的溶解性有更高的要求。原油的特殊性质需要溶解性更好以及初馏点和馏程更合适的蒸馏溶剂。
常见的各种溶剂油关键指标的综合比较见表1：
从蒸馏法测定含水的测量原理上要求溶剂应具备合适的初馏点和馏程。溶剂的初馏点低于水的沸点，原油内所含水分得不到充分的蒸发；溶剂的馏程过宽，即便初馏点合适，也无法使溶剂充分地蒸发循环，将水携带出来。
笔者曾经作过如下试验，使用200#溶剂油作为溶剂时，当含水较高或者原油物性较为复杂时（如老化油），很容易产生爆沸，烧瓶的温度也很高；应用二甲苯作为溶剂时，由于二甲苯的溶解力、馏程等作用明显好于溶剂汽油，则很少发生“乒乓”的爆响，整个蒸馏过程很平稳。从测定结果上看，两者的水份携带效果相同，均高于120#溶剂油。
从表1可以看出，二甲苯的馏程窄，在137~140℃之间；200#溶剂油馏程过宽在140~200℃之间；而普通工业溶剂油（120#溶剂油）的馏程为80~120℃之间；苯的初馏点过低，不适合作为溶剂使用。因此，在GB8929中，把二甲苯作为首选的溶剂，无论是从测定精度还是避免“冲样”、“爆沸”上都是合适的。
3.在含水测定过程中要合理的控制加热强度和循环水温度
由于被测定的原油类型不同，原油~溶剂混合物的沸腾特性也显著不同。对于加热强度、循环水的温度要求也有差异。
循环水温度过高，会使冷凝液上升到高于冷凝内管的2/3，增加突沸和在系统中可能存在的水份损失的风险；循环水温度要求过低，会提高测定成本，增加能耗。为了提高测定精度，使冷凝液容易清洗下来，应随着外界温度的变化调节冷却水的温度，使冷凝液尽可能地保持在冷凝器冷却水入口处，且循环冷却水的温度控制在20~25℃之间为宜。
加热强度过大，会使原油~溶剂混合物迅速沸腾，控制不当，则会造成冲样；加热强度过小，测定初期时间长，在高含水的样品测定中，有可能在蒸馏烧瓶上凝结水滴，增加爆沸风险、控制难度，因此要根据原油特性，合理的控制加热强度和初馏时间。
目前所应用的含水测定装置大致分为两种，一种是集加热控制、磁力搅拌、自动定时、冲样预警、自动循环冷却水为一体的全自动含水测定仪；一种为可控电热套。
三、结论
当原油内存在油包水和水包油的状态时，在受热条件时，会产生冲样和爆沸的危险，对此应采用如下措施：
1.样品制备中，采用有效方法充分均化试样。
2.采用溶解性更强的溶剂，将原油及其中的水滴溶解稀释成更细小的颗粒。
3.蒸馏中，尽可能采用磁力搅拌，促使受热均匀，同时进一步分散试样中的水滴。
4.对于高含水原油，尽量采用二甲苯作溶剂而不使用200#溶剂油，预防过热的温度。
5.加强对操作者的技术培训，提高实际操作能力，以增强操作者的应变能力。
（作者单位：锦西石化分公司军事代表室/大庆石化分公司炼油厂）
