不同工藝制備變壓器油及其相容性試驗(yàn)研究

張海洪，馬莉莉，徐巖峰，郭莎莎，秦一鳴

(中國(guó)海油煉油化工科學(xué)研究院，北京 102209)

0 引言

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，輸變電線路日益增加及農(nóng)網(wǎng)增容擴(kuò)建，與之配套的變壓器油需求量也呈逐年增加趨勢(shì)。常見(jiàn)的變壓器油生產(chǎn)工藝主要是低壓加氫脫酸-糠醛精制-白土補(bǔ)充精制組合工藝(傳統(tǒng)工藝)和加氫工藝。目前，中國(guó)石油克拉瑪依石化公司和中國(guó)海油中瀝公司采用傳統(tǒng)工藝生產(chǎn)變壓器油，中國(guó)石化上海高橋石化公司和中國(guó)海油四川公司采用加氫工藝生產(chǎn)變壓器油[1-2]。傳統(tǒng)工藝和加氫工藝各有利弊，通過(guò)調(diào)節(jié)操作參數(shù)均可得到滿足GB 2536-2011標(biāo)準(zhǔn)的變壓器油。作為絕緣、散熱冷卻和消弧作用的變壓器油使用在變壓器中，其與變壓器中耐油橡膠、硅鋼片、鐵片、紫銅片、層壓木、紙板層和膠等常見(jiàn)材料的相容性至關(guān)重要，相容性指標(biāo)也是變壓器廠商在選擇、使用變壓器油時(shí)的重要參考標(biāo)準(zhǔn)[3]。

中國(guó)海油在渤海灣擁有豐富的環(huán)烷基原油資源，其中部分原油的常二線餾分油是生產(chǎn)變壓器油的良好原料[4]。本文以中國(guó)海油綏中36-1常二線餾分油為原料，采用不同工藝生產(chǎn)變壓器油，并與變壓器中常見(jiàn)材料進(jìn)行相容性試驗(yàn)，考察試驗(yàn)后變壓器油的介質(zhì)損耗因數(shù)、擊穿電壓、酸值、界面張力和溶解氣組成等性質(zhì)變化情況，以期為變壓器廠商選擇、使用變壓器油時(shí)提供參考。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1原料油性質(zhì)

采用中國(guó)海油某煉廠生產(chǎn)的綏中36-1常二線餾分油為原料，性質(zhì)如表1所示。

表1 原料油性質(zhì)

由表1數(shù)據(jù)可知，原料油密度(20 ℃)為0.9062 g/cm3，傾點(diǎn)為-42 ℃，屬于典型的環(huán)烷基油餾分油，適宜生產(chǎn)環(huán)烷基變壓器油。

1.2工藝路線

常二線餾分油經(jīng)過(guò)加氫工藝(加氫處理-加氫補(bǔ)充精制)，飽和一定量的芳烴，得到組成適宜的變壓器油基礎(chǔ)油；經(jīng)過(guò)加氫脫酸、糠醛精制和白土補(bǔ)充精制工藝，除去非理想組分，得到組成適宜的變壓器油基礎(chǔ)油?；A(chǔ)油中加入添加劑得到變壓器油。具體工藝路線如圖1～圖3所示[5]。

圖1 高壓加氫工藝示意

圖2 中壓加氫工藝示意

圖3 傳統(tǒng)工藝示意

2 結(jié)果與討論

2.1不同工藝制備變壓器油試驗(yàn)

本試驗(yàn)選擇常見(jiàn)市售加氫脫酸催化劑、加氫處理催化劑和加氫補(bǔ)充精制催化劑，試驗(yàn)過(guò)程采用氫氣一次通過(guò)工藝，在200 mL固定床加氫試驗(yàn)裝置和1 kg/h糠醛精制裝置上進(jìn)行試驗(yàn)。經(jīng)過(guò)系列條件試驗(yàn)得到優(yōu)化后的工藝條件，在該工藝條件下得到的三種變壓器油產(chǎn)品主要性質(zhì)見(jiàn)表2。由表2數(shù)據(jù)可知，在適宜的反應(yīng)條件下，采用三種工藝均可以得到性質(zhì)滿足GB 2536-2011要求的變壓器油產(chǎn)品。

表2 三種變壓器油性質(zhì)分析

注：本次試驗(yàn)所得變壓器油滿足I-20℃變壓器油(特殊)GB 2536要求。

2.2相容性試驗(yàn)

試驗(yàn)采用市售變壓器油(4號(hào)變壓器油)作為參比油樣進(jìn)行對(duì)比，選擇變壓器中的常用材料，如耐油橡膠、硅鋼片、鐵片、紫銅片、層壓木、紙板層和膠等，參照電力行業(yè)《礦物絕緣油與變壓器材料相容性測(cè)定方法》(2017年征求意見(jiàn)稿)(簡(jiǎn)稱征求意見(jiàn)稿)中的測(cè)試方法對(duì)以上四種變壓器油與材料的相容性進(jìn)行測(cè)試。試驗(yàn)用變壓器油和相關(guān)材料放置于(105±5)℃恒溫干燥箱內(nèi)干燥24 h，然后把樣品在特定溫度的恒溫鼓風(fēng)干燥箱內(nèi)熱老化一定時(shí)間。4種油樣分別進(jìn)行空白樣(不加任何固體材料)和對(duì)比樣的試驗(yàn)，若老化后的試驗(yàn)油樣與老化后的空白油樣性質(zhì)無(wú)明顯差異(差值一般由買方和賣方協(xié)議)，表明變壓器油與材料相容性良好。標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)空白油樣老化后各指標(biāo)要求如表3所示。

表3 征求意見(jiàn)稿中指標(biāo)要求

2.2.1 介質(zhì)損耗因數(shù)和擊穿電壓變化分析

變壓器油介質(zhì)損耗因數(shù)表示在電場(chǎng)作用下，電解質(zhì)極化和電導(dǎo)所引起的電能損失，介質(zhì)損耗因數(shù)的大小可直觀判斷油品劣化或污染程度。擊穿電壓是衡量電器內(nèi)部耐受電壓的程度，也是檢驗(yàn)變壓器油性能好壞的主要手段之一，影響變壓器油擊穿電壓的主要因素有水分、雜質(zhì)或其他導(dǎo)電物質(zhì)等。

由圖4分析可知，四種變壓器油老化后空白油樣的介質(zhì)損耗因數(shù)均沒(méi)有超過(guò)0.001，低于征求意見(jiàn)稿中不大于0.011的要求。試驗(yàn)油樣與空白油樣相比，介質(zhì)損耗因數(shù)變化幅度不大，表明選用的材料沒(méi)有造成變壓器油的污染。

圖4 四種變壓器油老化后介質(zhì)損耗因數(shù)變化

由圖5分析可知，四種變壓器油老化后空白油樣的擊穿電壓值大于70 kV，大于征求意見(jiàn)稿中不小于28 kV的要求。試驗(yàn)油樣擊穿電壓也在70 kV以上，表明相容性試驗(yàn)過(guò)程中，四種變壓器油中基本沒(méi)有水分、雜質(zhì)或者導(dǎo)電微粒等易導(dǎo)電物質(zhì)產(chǎn)生，沒(méi)有受到污染。

圖5 四種變壓器油老化后擊穿電壓變化

相容性試驗(yàn)結(jié)果表明，三種變壓器油的介質(zhì)損耗因數(shù)和擊穿電壓與參比油樣相當(dāng)。

2.2.2 酸值變化和界面張力變化分析

酸值是變壓器油老化的一個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)，變壓器油的酸性物質(zhì)包括有機(jī)酸、無(wú)機(jī)酸和一些酚類化合物等。界面張力指的是變壓器油和純水之間的界面所具有的張力，變壓器油所含極性物質(zhì)越少，油分子的極性越小，處于界面上的分子之間的作用力就越小，界面張力就越高。

由圖6分析可知，四種變壓器油老化后空白油樣的酸值不大于0.01 mgKOH/g，低于征求意見(jiàn)稿中不大于0.03 mgKOH/g的要求，試驗(yàn)油樣酸值不大于0.012 mgKOH/g，表明相容性試驗(yàn)過(guò)程中，四種變壓器油中酸性物質(zhì)產(chǎn)生較少。

圖6 四種變壓器油老化后酸值變化

由圖7分析可知，四種變壓器油老化后空白油樣的界面張力不小于40 mN/m，高于征求意見(jiàn)稿中不小于38 mN/m的要求，試驗(yàn)油樣界面張力均大于38 mN/m，表明相容性試驗(yàn)過(guò)程中，四種變壓器油中極性物質(zhì)產(chǎn)生較少。

相容性試驗(yàn)結(jié)果表明，三種變壓器油的酸值和界面張力與參比油樣相當(dāng)。

2.2.3 溶解氣體變化分析

變壓器油中溶解氣體組分含量的測(cè)定，對(duì)變壓器設(shè)備制造、運(yùn)行是十分重要的檢測(cè)項(xiàng)目，是變壓器出廠檢驗(yàn)和運(yùn)行監(jiān)督過(guò)程中判斷變壓器設(shè)備潛伏性故障的有效手段。由表4數(shù)據(jù)可知三種變壓器油老

化前后的氣體組成與4號(hào)變壓器油性能相當(dāng)。

圖7 四種變壓器油老化后界面張力變化

氣體組成/μL·L-11號(hào)變壓器油2號(hào)變壓器油3號(hào)變壓器油4號(hào)變壓器油試驗(yàn)油樣空白油樣試驗(yàn)油樣空白油樣試驗(yàn)油樣空白油樣試驗(yàn)油樣空白油樣H221208724205043CO47411311157308181336104CO2881661564469685556697675CH40．30．00．20．00．10．00．40．0C2H40．00．00．00．00．00．00．00．0C2H60．00．00．00．00．00．00．00．0C2H20．00．00．00．00．00．00．00．0

3 結(jié)論

(1)以綏中36-1常二線餾分油為原料，采用高壓加氫處理-加氫補(bǔ)充精制、中壓加氫處理-加氫補(bǔ)充精制、低壓加氫脫酸-糠醛精制-白土補(bǔ)充精制三種不同工藝均可以生產(chǎn)滿足GB 2536-2011標(biāo)準(zhǔn)要求的變壓器油；

(2)與空白油樣對(duì)比，三種工藝生產(chǎn)的變壓器油老化后介質(zhì)損耗因數(shù)、擊穿電壓等性質(zhì)滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，溶解氣體組成變化較?。?/p>

(3)在試驗(yàn)所選常見(jiàn)材料范圍內(nèi)，三種工藝生產(chǎn)的變壓器油與變壓器中硅鋼片、層壓木、絕緣層等常見(jiàn)材料的相容性良好。

參考文獻(xiàn)：

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