ТРАНСФОРМАТОРНОЕ МАСЛО
TRANSFORMER OIL

Изобретение относится к нефтепереработке, производству электроизоляционных энергетических масел, в частности к составам трансформаторных масел. Трансформаторные масла применяются для заполнения энергетического оборудования (трансформаторов, масляных выключателей, вводов и т.д.) в качестве жидкого диэлектрика. В масляных выключателях масла служат для гашения электрической дуги, возникающей между контактами выключателя при коротком замыкании. Основное назначение масла - обеспечивать надежную защиту трансформатора.
Трансформаторные масла должны обладать высокими эксплуатационными характеристиками:
- низким тангенсом угла диэлектрических потерь, на величину которого влияет глубина очистки масла от полярных соединений;
- высокой диэлектрической прочностью, величина которой определяется наличием механических примесей и воды, а также полярных соединений;
- высокой стабильностью против окисления, т.е. способностью масла сохранять физико-химические параметры в ходе эксплуатации;
- низкой вязкостью при отрицательных температурах, так как при значительном повышении вязкости масла при низких температурах в трансформаторе будет затруднен отвод теплоты от его обмоток, что приведет к их перегреву.
Задачей настоящего изобретения является создание трансформаторного масла, применяемого в электрооборудовании высших классов напряжений (для заливки силовых и измерительных трансформаторов, реакторного оборудования, а также масляных выключателей) из новых видов основ нефтяного происхождения. Известно трансформаторное масло (RU 2287553 С1), получаемое путем селективной очистки N-метилпирролидоном нефтяного дистиллята с температурой кипения 270-340°С при следующих условиях:
- кратности сырье-растворитель, равной 1÷ не менее 3,7;
- адсорбционной доочистки землей до достижения тангенса угла диэлектрических потерь при 90°С не более 0,5%;
- введением в базовую основу 0,2-0,7% антиокислительной присадки Ионол.
Недостатками известного трансформаторного масла являются:
- использование технологии адсорбционной доочистки землей предусматривает утилизацию отработанной земли, что вредно с точки зрения экологии;
- отсутствие сведений об улучшении эксплуатационных свойств - диэлектрических и вязкостно-температурных.
Известно трансформаторное масло (GB 1449515, с 5 Е, 73), получаемое из малопарафинистого вакуумного газойля Кувейтской нефти с применением процессов гидроочистки при давлении 13,8 МПа, гидродепарафинизации, разгонки и контактной очистки.
Недостатком известного трансформаторного масла является необходимость проведения контактной очистки и утилизации отработанной земли, а также в проведении стадии гидроочистки при повышенном давлении. В предлагаемом способе гидроочистка проводится при 4,4-4,6 МПа.
Известно трансформаторное масло (US 5167847), получаемое гидрокрекированием парафиновых углеводородов нефти, фракционированием гидрокрекированных углеводородов для выделения дистиллята необходимого фракционного состава, сольвентной депарафинизацией выделенного дистиллята и добавлением к депарафинированному маслу антиокислителя и депрессанта для достижения необходимой температуры застывания.
Недостатком известного трансформаторного масла является применение стадии депарафинизации растворителем, что экологически вредно, а использование депрессора увеличивает стоимость готового масла. К тому же применение других присадок кроме антиокислительных для трансформаторных масел нежелательно. Наиболее близко к заявляемому трансформаторное масло (RU 2123028 С1), получаемое из прямогонной фракции нефтей или рафинатов селективной очистки, выкипающей в пределах 275-430°С, с содержанием серы 0,1-1,0 мас.%, и ароматических углеводородов 15-30 об.%. Нефтяное сырье подвергают гидроочистке, каталитической депарафинизации и гидрированию и в базовую основу вводят 0,2-0,5% антиокислительной присадки.
Недостатками известного трансформаторного масла являются (Таблица 4, столбец 3):
- высокое содержание ароматических углеводородов, что приводит к увеличению тангенса угла диэлектрических потерь;
- высокая вязкость при минус 30°С - 1240 сСт;
- применение стадии селективной очистки экономически невыгодно и экологически вредно.
Сущность заявляемого изобретения заключается в новом составе трансформаторного масла на нефтяной и изопарафиновой основах с добавлением антиокислительной присадки.
Изобретение направлено на улучшение вязкостно-температурных характеристик трансформаторного масла, его диэлектрических и электроизоляционных свойств, что позволяет использовать его в электрооборудовании высших классов напряжений.
Отличием заявляемого технического решения от прототипа является использование в качестве базовой основы трансформаторного масла композиции, состоящей из двух компонентов (основ) при их определенных соотношениях:
- основы 1 (минеральной), полученной из узкой дизельной фракции 250-340°С, путем гидроочистки, гидродепарафинизации, гидрирования с последующим фракционированием;
- основы 2 (изопарафиновой), полученной из парафина (фракция 300°С-К.К.) путем гидроочистки, гидроизодепарафинизации, гидрирования с последующим фракционированием -выделением фракции 280-360°С.
Основа 1 улучшает вязкостно-температурные характеристики масла. Основа 2 улучшает электроизоляционные свойства трансформаторного масла. Важным отличием заявляемого технического решения является то, что в прототипе трансформаторное масло получают из рафината селективной очистки. Стадия селективной очистки необходима для удаления нежелательных полициклических ароматических углеводородов. Снижение содержания ароматических углеводородов необходимо для получения требуемых стабильности против окисления и тангенса угла диэлектрических потерь.
Отрицательные стороны селективной очистки:
- накопление в растворителе селективной очистки (феноле) низкокипящих углеводородов, содержащихся во фракции нефтяной 310÷400°С с температурами кипения, близкими к температуре кипения фенола, что приводит к проблемам с регенерацией фенола и к ухудшению технико-экономических показателей процесса селективной очистки;
- используемый в селективной очистке растворитель фенол относится ко 2 классу опасности и оказывает вредное влияние на экологию и здоровье человека.
Стадия гидродепарафинизации и гидрирования служит для снижения температуры застывания и частичного превращения ароматических углеводородов в насыщенные соединения. В заявляемом трансформаторном масле содержание ароматических углеводородов находится в пределах 10-12 об.% (в прототипе - 15-30 об.%), что положительно влияет на стабильность и диэлектрические свойства продукта.
Состав заявляемого трансформаторного масла приведен в Таблице 1.
За счет совместного использования в составе заявляемого трансформаторного масла в качестве нефтяной основы смеси основы 1 и основы 2 и антиокислительной присадки удается получить новый технический результат - снизить вязкость кинематическую при минус 30°С с 1500 сСт до максимальных 240 сСт, уменьшить тангенс угла диэлектрических потерь с 0,5% до максимальных 0,14%. Этот эффект обусловлен оптимальным соотношением и совместным действием смеси основ, полученных путем гидроочистки, гидродепарафинизации, (гидроизодепарафинизации) гидрированием и фракционированием узких фракций (дизельной и изопарафиновой) с указанными свойствами в совокупности с присадкой в указанных соотношениях, что подтверждается приводимыми ниже результатами испытаний заявляемого трансформаторного масла.
В выбранном соотношении компонентов синергетический эффект максимален. Преимущества данного состава - возможность использования трансформаторного масла для заполнения современного электрооборудования передовых производителей высоких классов напряжений (таблица 4).
Ниже приведены характеристики компонентов, входящих в состав заявляемого трансформаторного масла:
Основа 1, полученная из узкой дизельной фракции 250°С-340°С путем гидроочистки, гидродепарафинизации, гидрирования с последующим фракционированием;
основа 2, полученная из парафинов путем гидроочистки, гидроизодепарафинизации, гидрирования с последующим фракционированием.
Агидол-1 (4 метил-2,6-ди-трет-бутилфенол) используют в качестве антиокислительной присадки. В промышленности выпускается по ТУ 38.5901237 с изм. 1-5.
Свойства основы 1 и основы 2 по предлагаемому изобретению приведены в Таблице 2.
Технология получения заявляемого трансформаторного масла заключается в смешении основы 1 и основы 2 с присадками при температуре 70-90°С. Таким образом приготовлены образцы 6 составов, в том числе образцы 1, 2 и 6, содержание компонентов в которых находится за пределами заявляемых количественных соотношений.
Состав образцов заявляемого трансформаторного масла приведен в таблице 3.
Пример 1.
Трансформаторное масло готовят путем смешения основы 1 и Основы 2 согласно составам 3, 4, 5 (см. таблицу 3) и концентрата антиокислительной присадки. Приготовление концентрата антиокислительной присадки.
Концентрат антиокислительной присадки Агидол-1 готовится путем смешения в мешалках антиокислительной присадки Агидол-1 и основы 1 (или основы 2). Основа 1 (или основа 2) закачивается в мешалку в количестве 10 т и разогревается до температуры 70…90°С. В разогретую основу подается 625 кг антиокислительной присадки Агидол-1 и перемешивается до полного растворения присадки: проба, отобранная из мешалки, должна быть прозрачной, без инородных включений. Для приготовления одного резервуара трансформаторного масла в количестве 500 т готовится 4 мешалки концентрата присадки Агидол-1 (2,5 т).
Расчетные количества основ 1 (207,5 т) и 2 (250 т) закачивают в резервуар. В этот же резервуар откачивают концентрат присадки Агидол-1 в основе 1 (или основе 2).
После подачи в полном объеме концентрата антиокислительной присадки Агидол-1 начинают перемешивание масла в резервуаре до получения однородного по качеству продукта по всем слоям резервуара.
После приготовления резервуар отстаивают в течение двух часов и задают на полный анализ.
Испытания образцов проводят по ТУ 38.401978 и техническим требованиям к современным энергетическим маслам. Результаты приведены в таблице 4.
Пример 2 (способ-прототип).
В качестве базовой основы используют рафинат - нефтяную фракцию селективной очистки 310°÷400°C (основу), полученную путем гидроочистки, гидродепарафинизации, гидрирования узкой фракции рафината (нефтяная фракция 310°С-400°С). Трансформаторное масло готовят путем смешения основы и концентрата антиокислительной присадки.
Приготовление концентрата антиокислительной присадки.
Концентрат антиокислительной присадки Агидол-1 готовится путем смешения в мешалках антиокислительной присадки Агидол-1 и основы.
Основа закачивается в мешалку в количестве 10 т и разогревается до температуры 70…90°С. В разогретую основу подается 625 кг антиокислительной присадки Агидол-1 и перемешивается до полного растворения присадки: проба, отобранная из мешалки, должна быть прозрачной, без инородных включений. Для приготовления одного резервуара трансформаторного масла в количестве 500 т готовится 4 мешалки концентрата присадки Агидол-1.
Расчетное количество основы (457,5 тн) закачивают в резервуар. В этот же резервуар закачивают концентрат присадки Агидол-1 в базовой основе. После подачи в полном объеме концентрата антиокислительной присадки Агидол-1 начинают перемешивание масла в резервуаре до получения однородного по качеству продукта по всем слоям резервуара.
После приготовления резервуар отстаивают в течение двух часов и задают на полный анализ. Испытания образцов проводят по ТУ 38.401978.
В таблице 4 для наглядности приведены технические требования к качеству трансформаторного масла, результаты испытаний заявляемого трансформаторного масла (столбцы 6, 7, 8) и трансформаторного масла (ТУ 38.401978), выбранного в качестве прототипа (столбец 3).
Из таблицы видно, что введение в состав базовой основы трансформаторного масла основы 2 более 70% (столбцы 4, 5 таблица 4) ухудшает температуру застывания, а менее 30% (столбец 9, таблица 4) приводит к снижению температуры вспышки до 133°С и ухудшению тангенса угла диэлектрических потерь. Кроме того, из таблицы видно, что образцы №№3, 4, 5 трансформаторного масла, приготовленные в соответствии с заявляемым соотношением компонентов, превосходят известное трансформаторное масло по низкотемпературным свойствам, в частности вязкости кинематической при минус 30°С, что гарантирует эффективный отвод теплоты от обмоток трансформатора, исключая их перегрев. Снижается один из важнейших показателей трансформаторного масла - тангенс угла диэлектрических потерь (на 0,26-0,3 пункта), что улучшает эксплуатационные свойства трансформаторного масла.
Таким образом, заявляемое трансформаторное масло отвечает требованиям, предъявляемым к электрооборудованию высших классов напряжений, также превосходит известное трансформаторное масло по вязкостно-температурным свойствам при низких температурах и обладает хорошими диэлектрическими свойствами.
Таблица 1
Состав заявляемого трансформаторного масла
Компонент
Дозировка компонентов, мас.%
Агидол-1
До 0,5
Базовая основа:
До 100,0
в том числе:
Основа 1
30-70
Основа 2
30-70
Таблица 2
Свойства основы 1 и основы 2 по предлагаемому изобретению
Наименование показателей
Основа 1 ТУ 38.101479-86
Основа 2 СТО ПР 046-00148599
1 Вязкость кинематическая при 50°С, сСт
3,97
6,48
2 Температура застывания, °С
Минус 68
Минус 37
3 Температура вспышки в закрытом тигле, °С
130
174
4. Тангенс угла диэлектрических потерь, %
0,45
0,023
Таблица 3
Состав образцов заявляемого трансформаторного масла.
Компонент
Дозировка компонентов, мас.%
Обр.1
Обр.2
Обр.3
Обр.4
Обр.5
Обр.6
Агидол-1
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
База: (до 100%)
Основа 1
20
25
30
50
70
75
Основа 2
80
75
70
50
30
25
Таблица 4
Результаты испытаний образцов по предлагаемому изобретению
Технические требования к трансформаторному маслу ВГ
Трансформаторное масло, по лученное в условиях прототипа ВГ
Опытные образцы по предлагаемому изобретению
Наименование показателей
Обр. №1
Обр. №2
Обр. №3
Обр. №4
Обр. №5
Обр. №6
1
3
3
4
5
6
7
8
9
Плотность при 20°С, кг/м<sup>3</sup>, не более
895
864
815,9
815,2
814,7
820,6
830,8
834,0
Вязкость кинематическая, сСт, не более, при
50°С
9,0
7,51
5,73
5,62
5,52
5,23
4,97
4,41
минус 30°С
1500
1240
244
241
240
220
220
207
Температура вспышки в закрытом тигле, °С, не ниже
135
137
152
150
148
141
136
133
Температура застывания, <sup>о</sup>С, не выше
минус 45
-45
-41
-43
-45
-47
-47
-51
Тангенс угла диэлектрических потерь при 90°С, %, не более
0,5
0,4
0,09
0,11
0,10
0,11
0,14
0,23
Цвет, ед. ЦНТ, не более
1,0
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
Кислотное число, мг КОН/г, не более
0,01
0,005
0,005
0,004
0,003
0,0025
0,002
0,0027
Стабильность против окисления по ГОСТ 981:*
- массовая доля осадка, %, не более
0,015
0,014
0,08
0,06
0,09
0,01
0,01
0,013
- летучие низкомолекулярные кислоты, мг КОН/г, не более
0,04
0,02
0,023
0,033
0,04
0,023
0,012
0,038
- кислотное число, мг КОН/г, не более
0,1
0,01
0,037
0,048
0,09
0,05
0,032
0,037
Стабильность по методу МЭК, часов, не менее
120
120
120
120
120
120
120
120
Коррозия на медных пластинках
Выдерживает
Выд.
Выд.
Выд.
Выд.
Выд.
Выд.
Выд.
Содержание мех. примесей, %
Отсутствие
Отс.
Отс.
Отс.
Отс.
Отс.
Отс.
Отс.