Результат интеллектуальной деятельности: ТРАНСФОРМАТОРНОЕ МАСЛО

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.