МАСЛО ДЛЯ НАСОСНЫХ АГРЕГАТОВ
OIL FOR PUMPING ASSEMBLIES

Изобретение относится к составам нефтяных масел, предназначенным для смазки подшипников скольжения нефтедобывающего оборудования, в частности насосных агрегатов, используемых для закачки воды и поддержания пластового давления при добыче нефти.
Основными требованиями к маслам подобного назначения являются снижение коэффициента трения и износа подшипников скольжения; хорошие антикоррозионные свойства; быстрое отделение от механических примесей и воды; стабильность свойств в процессе использования; применяемость при низких температурах окружающей среды без дополнительного нагрева.
Для подшипников жидкостного трения известно применение смазочного масла, содержащего 4-метил-2,6-ди-трет-бутилфенол; N-содержащий блоксополимер окисей этилена и пропилена; полиметилсилоксановую жидкость; триарилфосфат; олеиновую кислоту; диалкилдитиофосфат цинка; сульфонат бария или кальция; полиметакрилат и нефтяное масло (Патент РФ 1419145, С10М 169/04, опубл. Бюл. №20, 30.10.94). Недостатком этого состава являются невысокие охлаждающие свойства для подшипников насосных агрегатов.
Наиболее близким к заявляемому составу является турбинное масло Тп-22С (Борейша Т.Ю. Решение проблем термоокислительной стабильности турбинного масла Тп-22С // Нефтепереработка и нефтехимия. №8, 2005, с. 27-29), содержащее, мас.%:
4-метил-2,6-ди-трет-бутилфенол (Агидол 1)
0,7-0,9
кислый эфир алкенилянтарной кислоты (В 15/41)
0,018-0,022
N-содержащий блоксополимер окисей этилена
и пропилена (Д-157)
0,018-0,022
и высокоочищенное нефтяное масло
остальное.
Известное масло при использовании в насосных агрегатах характеризуется высокой скоростью отделения от воды, попадаемой в процессе эксплуатации насосов, обладает хорошими антикоррозионными свойствами, однако не обеспечивает требуемый уровень противоизносных и антифрикционных свойств. Кроме того, заправка этим маслом и применение его в зимнее время требует дополнительный нагрев. Основным недостатком этого масла является невысокий ресурс его службы в насосных агрегатах ввиду ухудшения его физико-химических и трибологических свойств в процессе эксплуатации.
Задачей изобретения является снижение коэффициента трения и повышение стабильности масла в процессе эксплуатации, что необходимо для повышения ресурса работы оборудования и срока службы применяемого масла. Указанная задача решается тем, что наряду с 4-метил-2,6-ди-трет-бутилфенолом, кислым эфиром алкенилянтарной кислот, N-содержащим блоксополимером окисей этилена и пропилена масло содержит трибутилфосфат и полиметакрилат при следующем соотношении компонентов, мас.%:
4-метил-2,6-ди-трет-бутилфенол
0,7-0,9
кислый эфир алкенилянтарной кислоты
0,018-0,022
N-содержащий блоксополимер окисей этилена и пропилена
0,018-0,022
трибутилфосфат
0,5-1,5
полиметакрилат
0,6-1,0
высокоочищенное нефтяное масло
до 100.
Применение трибутилфосфата по ТУ 6-02-733-84 обусловлено необходимостью снижения противоизносных свойств масла. Полиметакрилат по ТУ 6-01-270-94 предназначен для улучшения низкотемпературных свойств масла.
Примеры составов масла согласно предлагаемому изобретению и их свойства в сравнении с прототипом представлены в таблице 1.
Предлагаемое масло благодаря оптимальному сочетанию трибутилфосфата и полиметакрилата (составы №2-4) превосходит прототип по антифрикционным свойствам: коэффициент трения (в начале и середине цикла испытаний) уменьшается в 1,5 раза. При этом совместное содержание в масле трибутилфосфата (0,5-1,5 мас.%) и полиметакрилата (0,6-1,0 мас.%), благодаря взаимному синергизму, обеспечивает значительное снижение коэффициента трения (см. составы №2-4 в табл.1) по сравнению с составами, где эти компоненты вводятся отдельно (см. составы №6, 7 в табл.1).
При содержании в масле трибутилфосфата и полиметакрилата меньше нижнего предела (состав №1) существенно ухудшаются антифрикционные свойства, а при содержании их выше верхнего предела (состав №5) - улучшение антифрикционных свойств не отмечается, при этом ухудшаются показатели деэмульгирующих и антикоррозионных свойств (см. табл.1).
Эффективность снижения коэффициента трения при совместном и оптимальном содержании в масле трибутилфосфата и полиметакрилата подтверждена результатами длительных эксплуатационных испытаний: по сравнению с прототипом, масло заявляемого состава обеспечивает меньший на 3-9°С нагрев подшипников насосных агрегатов (см. табл.2) при прочих равных температурных условиях окружающей среды. Износ подшипников отсутствует.
При эксплуатационных испытаниях масла заявляемого состава отмечается его высокая стабильность: изменения вязкости, индекса вязкости, кислотного числа и цвета существенно ниже по сравнению с прототипом (таблица 2). В масле заявляемого состава после 2000 часов эксплуатации в насосных агрегатах содержание механических примесей, воды и серы в 1,2-1,5 раза меньше по сравнению с прототипом. Что касается смазочной способности, то масло заявляемого состава обеспечивает низкие и стабильные во время эксплуатации значения коэффициента трения (0,545-0,542 ед.) и диаметра пятна износа (0,27-0,30 мм); тогда как для прототипа в течение того же периода эксплуатации отмечается существенное ухудшение соответствующих показателей: коэффициент трения повышается с 0,845 до 1,8 ед.; диаметр пятна износа увеличивается с 0,51 до 0,63 мм (см. табл.2).
Стабильность масла заявляемого состава в процессе эксплуатации обусловливается тем, что оптимальное содержание и сочетание в нем компонентов способствует замедлению процессов его старения, о чем свидетельствуют результаты ИК-спектральных исследований срабатываемости ингибиторов окисления, расход и механизм действия которых, как известно (Кулиев A.M. Химия и технология присадок к маслам и топливам. Л., Химия, 1985. - С.59-66), связан с подавлением окислительных процессов старения масла. Установлено, что после введения в состав масла-прототипа оптимального количества трибутилфосфата и полиметакрилата (состав №3) расход антиокислительной присадки (4-метил-2,6-ди-трет-бутилфенол) в процессе эксплуатации масла в насосных агрегатах снижается на 22 мас.%, что свидетельствует об увеличении на 22% ресурса работоспособности масла заявляемого состава по сравнению с прототипом (см. табл.2).
Реализация изобретения позволит:
- сократить электроэнергетические затраты за счет снижения силовых и тепловых нагрузок на подшипники скольжения насосных агрегатов и отказа от нагрева масла в зимнее время;
- увеличить срок службы масла.
Таблица 1
Примеры составов и их физико-химические и трибологические свойства
Наименование
Примеры составов
Прототип
1
2
3
4
5
6
7
Компонентные составы
4-метил-2,6-ди-трет-бутилфенол, мас.%
0,8
0,8
0,8
0,8
0,8
0,8
0,8
0,8
кислый эфир алкенилянтарной кислоты, мас.%
0,02
0,02
0,02
0,02
0,02
0,02
0,02
0,02
Дипроксамин, мас.%
0,02
0,02
0,02
0,02
0,02
0,02
0,02
0,02
Трибутилфосфат, мас.%
0,3
0,5
1,0
1,5
1,8
-
1,0
-
Полиметакрилат, мас.%
0,4
0,6
0,8
1,0
1,3
1,8
-
-
Нефтяное масло, мас.%
До 100
До 100
До 100
До 100
До 100
До 100
До 100
До 100
Физико-химические свойства
Температура застывания по ГОСТ 20287, °С
Минус 25
Минус 35
Минус 40
Минус 42
Минус 42
Минус 42
Минус 20
Минус 20
Деэмульгирующие свойства по ASTM 1401 (время расслоения, мин)
10
10
13
15
23
15
15
15
Коррозионное воздействие на металлы (медь)
Отс.
Отс.
Отс.
Отс.
Следы
Отс.
Отс.
Отс.
Трибологические свойства на машине ЧМТ-1 по ГОСТ 9490
Противоизносные свойства (диаметр пятна износа стального шарика при 198 Н и 1 ч), мм
0,35
0,29
0,27
0,27
0,30
0,50
0,30
0,51
Коэффициент трения при 100 Н ГОСТ 9490, в начале
0,091
0,079
0,063
0,071
0,087
0,091
0,081
0,1
середине
0,737
0,569
0,545
0,569
0,569
0,849
0,689
0,845
конце цикла
0,144
0,146
0,142
0,134
0,158
0,158
0,148
0,148
Таблица 2
Результаты эксплуатационных испытаний
Наименование показателей
Масло заявляемого состава
Прототип
Исходный образец
Образец после 2000 часов испытаний
Исходный образец
Образец после 2000 часов испытаний
Средняя температура подшипников, °С
35
39
38
48
Вязкость кинематическая по ГОСТ 33, мм<sup>2</sup>/с
31,81
32,21
31,81
32,24
Индекс вязкости по ГОСТ 25371
100
100
100
98
Кислотное число по ГОСТ 11362, мг КОН/г
0,05
0,09
0,05
0,11
Температура застывания по ГОСТ 20287, °С
Минус 40
Минус 38
Минус 20
Минус 18
Содержание механических примесей по ГОСТ 6370, мас.%
Отс.
0,025
Отс.
0,032
Содержание серы по ГОСТ 1437, мас.%
0,25
0,30
0,25
0,48
Плотность по ГОСТ 3900, кг/м<sup>3</sup>
871
871
870
872
Содержание воды по ГОСТ 2470, мас.%
Отс.
0,3
Отс.
0,45
Цвет по ГОСТ 20284, ед. ЦНТ
1,0
2,0
1,0
2,0
Деэмульгирующие свойства по ASTM 1401 (время расслоения, мин)
10
40
10
40
Коррозионное воздействие на металлы (медь)
выдерживает
Коэффициент трения при 100 Н в середине цикла по ГОСТ 9490
0,545
0,542
0,845
1,8
Диаметр пятна износа стального шарика по ГОСТ 9490 (при 198 Н и 1 ч), мм
0,27
0,30
0,51
0,63
Содержание агидола по методу ИКС СвНИИНП, мас.%
0,46
0,44
0,46
0,36