Присадки к трансформаторному маслу, получаемому из сернистых нефтей

УДК 621.315.615.2001.4

ПРИСАДКИ К ТРАНСФОРМАТОРНОМУ МАСЛУ, ПОЛУЧЕННОМУ

ИЗ СЕРНИСТЫХ НЕФТЕЙ

Л.Р. ГАЙНУЛЛИНА, В.П. ТУТУБАЛИНА Казанский государственный энергетический университет

Рассмотрено влияние различных антиокислительных присадок на эксплуатационные свойства трансформаторного масла фенольной очистки из сернистой нефти. Предложено применять в качестве присадки бензойную кислоту.

Показано, что лучшей присадкой к трансформаторному маслу, уменьшающей скорость его старения, является смесь 0,25 % ионола с 0,25 % бензойной кислоты.

Ключевые слова: трансформаторное масло, сернистые соединения, термостабильность, присадки, ионол, антраниловая кислота, бензойная кислота.

В связи с увеличением производства трансформаторных масел из сернистых нефтей возникла проблема, связанная с улучшением эксплуатационных свойств трансформаторного масла.

Оценить качество трансформаторного масла по результатам их эксплуатации в электрическом маслонаполненном оборудовании не представляется возможным, поскольку срок службы масла не менее 10 лет. Кроме того, очень сложно подобрать трансформаторы, работающие в идентичных условиях. Поэтому для оценки эксплуатационных свойств трансформаторного масла была использована экспериментальная установка, описанная в литературе [1].

В качестве объекта исследования использовано трансформаторное масло фенольной очистки, произведенное Новоуфимским нефтеперерабатывающим заводом (ГОСТ 10121-76). Физико-химические характеристики трансформаторного масла и результаты его старения приведены в табл. 1.

Таблица 1

Физико-химические характеристики трансформаторного масла фенольной очистки

и результаты его окисления

Показатели Значения

показателей

Плотность, кг/м3 856

Коэффициент преломления, иД° 1,4710

Кинематическая вязкость, м3/кг 24,8  10-6

Тангенс угла диэлектрических потерь при 70 °С, % 1,26

Процентное содержание углерода в ароматических структурах, СА 4,8

Процентное содержание углерода в нафтеновых структурах, СН 34,3

Окисление по ГОСТ 980-82

Общая стабильность против окисления:

Кислотное число, мг КОН /1 г масла 0,87

Кислотное число мг КОН/1 г масла+0,5 % ионола 0,046

Осадок после окисления масла без ионола, % 0,097

Осадок после окисления масла с 0,5 % содержанием ионола, % 0,04

Из данных табл. 1 следует, что в процессе эксплуатации трансформаторное масло фенольной очистки из сернистой нефти подвергается быстрому старению, о чем свидетельствуют высокие значения кислотного числа (0,87 мг на 1 г масла) и образование осадка (0,097 %). Важное свойство трансформаторных

© Л.Р. Гайнуллина, В.П. Тутубалина Проблемы энергетики, 2010, № 9-10

масел - стабильность против окисления, т. е. способность масла сохранять параметры при длительной работе. Поэтому представляет интерес для обеспечения стабильности эксплуатационных свойств масла фенольной очистки, полученного из сернистой нефти, подобрать присадку-пассиватор, обеспечивающую образование на металлической поверхности адсорбционного слоя, тем самым снизить скорость старения масла.

Все отечественные трансформаторные масла содержат антиокислительную присадку ионол. Эффективность присадки основана на ее способности взаимодействовать с активными пероксидными радикалами, которые образуются при цепной реакции окисления углеводородов и являются основными ее носителями. Действие присадки тем эффективнее, чем длительнее индукционный период окисления масла, и эта эффективность зависит от углеводородного состава масла и наличия примесей неуглеводородных соединений, промотирующих окисление масла (азотистых оснований, нафтеновых кислот, кислородсодержащих продуктов окисления масла).

Введение в состав масла 0,5 % [2] ионола снижает скорость старения масла в процессе его эксплуатации в электрическом оборудовании. Кислотное число в масле в присутствии ионола уменьшается в 21,75 раза, а количество образовавшегося осадка - в 2,4 раза.

По мере старения масла ионол расходуется, а добавление его в отработавшее масло малоэффективно, масло окисляется со скоростью, близкой к скорости окисления базового масла.

Кроме ионола были испытаны антраниловая кислота [3] и предлагаемая новая присадка - бензойная кислота. Стабилизация процесса старения масла осуществлялась путем введения в состав масла антраниловой и бензойной кислот, а также их смесей с ионолом. Количество присадок составляло 0,5 %.

Условия старения трансформаторного масла: температура 130 °С, продолжительность пребывания в экспериментальной установке 14 ч. Старение масла изучали в электрическом поле напряженностью 30 кВ/см в присутствии гетерогенного катализатора, состоящего из 0,2 см2 меди и 0,3 см2 железа на 1 г

масла. Старение масла изучали как в присутствии, так и стабилизаторов.

Экспериментальные данные приведены на рис. 1.

в отсутствии

Рис. 1. Старение трансформаторного масла: 1 - трансформаторное масло без присадок; 2 -трансформаторное масло + 0,5 % ионола; 3 - трансформаторное масло + 0,5 % антраниловой кислоты; 4 - трансформаторное масло + 0,5 % бензольной кислоты

Из рис. 1 следует, что введение в трансформаторное масло стабилизирующих присадок - ионола, антраниловой и бензойной кислот замедляет старение трансформаторного масла фенольной очистки из сернистой нефти. Так, при введении в масло 0,5 % ионола количество поглощенного маслом кислорода снижается от 77 мл на 100 г масла до 40 мл на 100 г масла при продолжительности пребывания масла в экспериментальной установке в течение 14 ч и температуре 130 °С, т. е. в 1,93 раза.

Экспериментальные данные, представленные на рис. 1, также показывают, что введение антраниловой и бензойной кислот в концентрациях 0,5 % приводит к снижению количества поглощенного маслом кислорода соответственно в 3,7 раза и 11 раз по сравнению с базовым маслом (без присадок). В соответствии с экспериментальными данными, наибольшей стабилизирующей способностью обладает бензойная кислота.

Следующая серия опытов была поставлена с целью исследования влияния стабилизирующих присадок антраниловой и бензойной кислот в смеси с ионолом на старение трансформаторного масла фенольной очистки. Полученные экспериментальные данные показаны на рис. 2.

20 п

О 2 4 6 8 10 12 14 Время, ч

Рис. 2. Влияние смеси стабилизирующих добавок на старение масла: 1 - трансформаторное масло + смесь 0,25 % ионола и 0,25 % антраниловой кислоты; 2 - трансформаторное масло + смесь 0,25 % ионола и 0,25 % бензойной кислоты

Сравнительный анализ экспериментальных данных, приведенных на рис. 1 и 2, показывает, что введение в состав трансформаторного масла фенольной очистки смеси антрониловой и бензойной кислот с ионолом в соотношении 1:1 резко снижает скорость старения масла. Так, например, за 14 ч пребывания масла в экспериментальной установке при температуре 130°С, в присутствии смеси 0,25 % антраниловой кислоты и 0,25% ионола количество поглощенного маслом кислорода снижается в 4,5 раза по сравнению с базовым маслом, в 2,3 раза - по сравнению с использованием ионола и в 1,2 раза - по сравнению с использованием антраниловой кислоты для стабилизации масла.

Введение в состав масла смеси бензойной кислоты и ионола, взятых в равных соотношениях, способствует снижению количества поглощенного маслом кислорода в 13,5 раз по сравнению с базовым маслом, в 7 раз при использовании 0,5 % ионола и в 1,2 раза при использовании 0,5 % бензойной кислоты (рис. 1 и 2).

Результаты старения трансформаторного масла фенольной очистки, полученные на экспериментальной установке в присутствии и отсутствии стабилизирующих присадок и их смесей при температуре 130 °С в электрическом поле напряженностью 30 кВ/см и при наличии гетерогенного катализатора, показаны в табл. 2.

Таблица 2

Результаты окисления трансформаторного масла

Масло и присадки Количество поглощенного кислорода, мл на 100 г масла tg 8 при 70 °С Содержание воды, % Содержание водорастворимых кислот, мг КОН/г масла Кислотное число, мг КОН/г масла Осадок, %

Масло без присадок 77,0 1,26 0,013 0,033 0,8700 0,097

Масло + 0,5 % ионола 40,0 1,10 0,005 0,015 0,0460 0,040

Масло + 0,5 % антраниловой кислоты 21,0 0,80 0,004 0,010 0,0163 0,030

Масло + 0,5 % бензойной кислоты 7,0 0,60 0,003 0,009 0,0140 0,010

Масло + 0,25 % ионола + 0,25 %

антраниловой кислоты 17,2 0,50 0,0025 0,008 0,0135 0,008

Масло + 0,25 % ионола + 0,25 % бензойной

кислоты 5,7 0,39 0,0017 0,006 0,0124 0,006

Таким образом, можно сказать, что присадки антраниловая кислота и бензойная кислота совместимы с ионолом и в их присутствии скорость расхода ионола снижается.

Введение в состав масла смесей стабилизирующих присадок тормозит его старение и способствует замедлению роста тангенса угла диэлектрических потерь (табл. 2). При одновременном присутствии в масле смесей стабилизирующих присадок (ионола и антраниловой кислоты, ионола и бензойной кислоты) повышаются эксплуатационные свойства масла, что, очевидно, связано с синергетическим действием указанных присадок. В присутствии смесей исследованных присадок кислотное число масла соответственно составляет 0,0135 и 0,0124 мг КОН на 1 г масла, осадок - 0,008 % и 0,006 %. Вместе с тем, как следует из табл. 2, присутствие одного ионола в масле вызывает более глубокие изменения эксплуатационных свойств масла по сравнению с антраниловой, бензойной кислотами и их смесями с ионолом в равных соотношениях.

Выводы

1. Изучено влияние различного типа присадок к трансформаторному маслу фенольной очистки, полученному из сернистой нефти, на скорость его старения в электрическом поле.

2. Предложено применять в качестве присадки к трансформаторному маслу, улучшающей его эксплуатационные свойства, бензойную кислоту.

3. Установлено, что ионол, антраниловая и бензойные кислоты снижают скорость старения масла, о чем свидетельствуют значения кислотных чисел, которые, соответственно, равны 0,015; 0,01 и 0,009 мг КОН на 1 г масла, © Проблемы энергетики, 2010, № 9-10

концентрация воды в масле - 0,005 %, 0,004 % и 0,003 % соответственно и низкое содержание осадка в масле, составляющее, соответственно, 0,04 %; 0,03 % и 0,01 %.

4. При совместном действии присадок ионол-антраниловой и ионол-бензойной кислот наблюдается синергетический эффект, который способствует повышению эксплуатационных свойств масла (количество осадка составляет, соответственно 0,008 и 0,006, кислотное число колеблется от 0,0135 до 0,0124 мг КОН на 1 г масла, а концентрация воды в масле - от 0,0025 до 0,0017 %.

5. Лучший стабилизирующий эффект из рассмотренных выше присадок и их смесей показала смесь антиокислительных присадок: 0,25 % ионола + 0,25 % бензойной кислоты.

Summary

Influence of various antioxidizing additives on operational properties of transformer oil of phenolic clearing from sulphurous oil is considered. It is offered to apply as an additive benzoic acid.

It is rotined that the best additive to transformer butter, diminishing speed of his senescence, is mixture 0,5 % ionola with 0,5 % benzoic acid.

Key words: transformer oil, sulphurous connections, thermostability, additives, ionol, anthranilic acid, benzoic acid.

Литература

1. Вилданов Р.Р., Тутубалина В.П. Установка для определения поглощения газов в трансформаторном масле // Известия вузов. Проблемы энергетики. 2007. № 1-2. С. 82-87.

2. Тутубалина В.П., Гайнуллина Л.Р. Повышение стабильности трансформаторного масла путем регенерации его на ТЭС. Казань: КГЭУ, 2003. 100 с.

3. РД 34.43.101-82.

4. Тутубалина В.П., Гайнуллина Л.Р. Повышение термической стабильности трансформаторного масла путем регенерации его на ТЭС. Казань: КГЭУ, 2003. 100с.

Поступила в редакцию 21 января 2010 г.

Гайнуллина Лейсан Раисовна - канд. техн. наук, доцент кафедры «Тепловые электрические станции» (ТЭС) Казанского государственного энергетического университета (КГЭУ). Тел.: 8 (843) 519-42-51; 8-9274-016587.

Тутубалина Валерия Павловна - д-р. техн. наук, профессор кафедры «Тепловые электрические станции» (ТЭС) Казанского государственного энергетического университета (КГЭУ). Тел.: 8 (843) 519-42-51.