中海油環烷基蠟油生產直流變壓器油研究

郭春梅，馬丙水，殷春照

(1.中海油氣(泰州)石化有限公司，江蘇 泰州 225300；2.中海瀝青股份有限公司，山東 濱州 256600)

0 引言

隨著國民經濟的快速發展我國電力需求也快速增長，為了滿足大容量、長距離的電力輸送，采用高壓直流輸電和更高電壓等級的交流輸電是輸變電技術的主要發展方向。直流輸電具有輸電距離遠、調節性能好、過電壓水平低、線路損耗小等優點，在我國具有廣闊的發展空間[1]。

目前國際知名的生產超高壓直流輸電換流變壓器的廠家有ABB公司和SIEMENS公司。直流換流變壓器是一種將交流電變直流電，再將直流電變交流電的特殊電氣設備，這就要求該設備充入的變壓器油要比普通交流變壓器油的質量性能高。直流變壓器油既要滿足直流輸電要求，又要滿足交流輸電要求，是交直流通用的變壓器油[2]，因此直流換流變壓器油在產品技術指標如低溫性能和抗氧化性能等比普通的交流變壓器油要求更為苛刻。

環烷基原油是國內外公認的生產變壓器油的理想原料。在國內，中國石油昆侖牌直流變壓器油KI50X最早應用于直流輸電工程。本文利用中海油渤海灣的環烷基原油(該原油特點是：芳烴較高，凝點很低具有良好的環烷基油特性)餾分油為原料，通過調整優化工藝和添加劑配方，以KI50X為參比樣，研制出合格的直流變壓器油HID50，并完全滿足ABB公司的購油標準。

1 實驗

1.1原料油性質

中海油的環烷基原油主要有兩種，即綏中36-1原油和秦皇島32-6原油。用于生產變壓器油的原料為綏中36-1原油的常二側線餾分油和秦皇島32-6原油的常二側線餾分油，具體性質見表1。

表1 綏中36-1原油和秦皇島32-6原油的常二側線餾分油分析數據

從表1中可看出，36-1原油的常二側線餾分油和秦皇島32-6原油的常二側線餾分油理化性能都很好，比較適合做變壓器油基礎油，但兩種餾分油的餾程范圍比較寬，這與常壓裝置餾程控制的生產運行參數有關。

根據綏中36-1原油和秦皇島32-6原油的常二側線餾分油的特點，變壓器油基礎油生產是采用加氫脫酸-糠醛白土精制工藝。其中綏中36-1原油的常二側線餾分油用于生產I-20 ℃變壓器油基礎油，而秦皇島32-6原油的常二側線餾分油用于生產I-30 ℃變壓器油基礎油，具體性質見表2。

表2 I-20℃和I-30℃變壓器油基礎油性質

由表2可知，I-20 ℃和I-30 ℃變壓器油基礎油的性能都很好，但I-30 ℃變壓器油基礎油的性質更能接近直流變壓器油指標，只需對I-30 ℃變壓器油基礎油的黏度、閃點和2-糠醛含量這些指標進行優化提升，就有可能生產出直流變壓器油。因此，秦皇島32-6原油的常二側線餾分油適合直接作為生產直流變壓器油基礎油的原料。

1.2生產工藝優化

1.2.1 秦皇島32-6餾分油生產工藝優化

根據直流變壓器油的技術指標，對工業生產上的糠醛劑油比和白土用量進行中試裝置模擬試驗，看得到的基礎油是否合格滿足指標要求，具體工藝調整操作參數見表3。

表3 工藝調整操作參數

中試裝置模擬試驗除了表3的參數變更外，裝置其他的操作溫度、壓力等參數均不變。將經過中試試驗后的油品進行了分析，見表4。

表4 中試試驗油品性能

從表4看出，糠醛精制劑油比調整為(基準+0.2)∶1，白土用量調整為基準+1%(含3%脫氮劑)時，生產出來的基礎油顏色明顯變白，2-糠醛含量滿足直流變壓器油指標值，且油品的碳型烴組成得到了一定改善，但收率下降很多。

因此，推薦工業大生產方案：以秦皇島32-6原油的常二側線餾分油為原料，糠醛精制采用(基準+0.2)∶1的劑油比，白土用量為基準+1%(含3%脫氮劑)，其他操作條件不變，用于生產直流變壓器油基礎油。

1.2.2 綏中36-1餾分油生產工藝優化

通過優化調整工藝條件來生產合格的直流變壓器油基礎油，其收率下降很多，加工成本較高。基于此，本文又提出對綏中36-1原料生產得到的I-20 ℃變壓器油基礎油直接進行切割，考察是否能直接生產出合格的直流變壓器油基礎油方案。

若采用I-20 ℃變壓器油餾分切割來直接生產直流變壓器油的方案能成功實現，這將大大降低原料和加工成本，同時避免了工藝調整所增加的生產成本，更有利于提高產品附加值，提升產品的市場競爭力。

試驗將綏中36-1生產的I-20 ℃變壓器油基礎油進行實沸點蒸餾，并依據各餾分段的性質，按照產品收率比例進行理想組分的調合試驗,考察其關鍵性質能否滿足直流變壓器油質量指標，切割方案是否可行，具體數據見表5，并與秦皇島32-6中試裝置模擬試驗得到的基礎油進行對比。

表5 I-20 ℃變壓器油餾分段調合后的典型性質

注：合計收率是占I-20℃變壓器油的收率。

從表5可看出，綏中36-1生產的I-20 ℃變壓器油中280～340 ℃餾分段，其理化性質良好滿足直流變壓器油的基本要求，且收率較高為47.76%，說明此試驗方案可行。另外，把<280 ℃和>340 ℃的餾分與I-20 ℃變壓器油基礎油混煉將不會影響I-20 ℃變壓器油的質量，這樣可以大大降低生產成本，提高產品附加值。

因此，通過精密分餾器直接切割綏中36-1生產的I-20 ℃變壓器油基礎油完全可以生產出直流變壓器油基礎油。

1.3添加劑配方研究

變壓器油加入到變壓器后，在運行過程中因受溶解在油中的氧氣、溫度、電場、電弧及水分、雜質和金屬催化劑等的作用，會生成大量的過氧化物及醇、醛、酮和酸等氧化產物，因此變壓器油的抗氧化性能是非常重要的指標。由于直流變壓器的特殊運行條件，運行時變壓器油的溫度一般比交流變壓器高10～20 ℃，這就要求直流變壓器油要比交流輸電變壓器油的抗氧化性能高很多[3]。

變壓器油的添加劑對油品的理化性能影響小，因此以中試裝置模擬試驗得到的油品為基礎油，通過與3個添加劑配方進行復配，主要通過考察油品的抗氧化性能進行添加劑篩選，具體數據見表6。

表6 添加劑配方篩選

由表6可知，添加劑配方1對油品的酸值沒有負面影響，但提升油品的氧化安定性能效果不佳，不能滿足直流變壓器油氧化性能指標要求；添加劑配方2對油品的酸值也沒有負面影響，且使得油品具有非常良好的氧化安定性能完全能夠滿足直流變壓器油氧化性能指標要求；添加劑配方3對油品的酸值有負面影響使得油品的酸值超標，油品的氧化安定性能滿足直流變壓器油氧化性能指標要求。因此，推薦工業大生產用添加劑配方2。

1.4工業產品與國內產品的性能對比

按照中試裝置模擬試驗的工藝條件進行工業化大生產。采用的原料為秦皇島32-6原油常二側線餾分油，生產的基礎油與添加劑配方2進行復配制得直流變壓器油HID50-1；同時也對綏中36-1生產的I-20 ℃變壓器油基礎油進行精密切割，得到的基礎油再與添加劑配方2進行復配制得直流變壓器油HID50-2；大生產的兩種直流變壓器油與中國石油KI50X進行對比，同時將大生產的一批樣品發往全球最具有權威性的評定公司——美國DOBLE公司進行評定，結果見表7。

表7 直流變壓器油與國內產品KI50X進行對比

由表7可知，由秦皇島32-6原油常二側線餾分油生產的直流變壓器油，和通過對綏中36-1生產I-20 ℃變壓器油基礎油進行精密切割，添加劑復配后得到的直流變壓器油HID50，其理化性能、電氣性能和抗氧化性能等均能夠滿足直流變壓器油質量指標，且性能與KI50X性能相當，并通過了美國DOBLE公司的檢測。

2 結論

(1)秦皇島32-6常二側線餾分油適合做直流變壓器油基礎油原料。通過調整優化工藝條件可生產出合格的直流變壓器油，但其收率較低，加工成本較高。

(2)直接切割綏中36-1常二線餾分油生產的I-20 ℃變壓器油基礎油，再經過添加劑復配也可以得到合格的直流變壓器油，且加工成本較低。

(3)采用中海油環烷基原油秦皇島32-6和綏中36-1原料進行生產的直流變壓器油其性能與中國石油KI50X的性能相當，并通過了美國DOBLE公司的檢測。

參考文獻：

[1] 王學峰，余小菲,周俊宇，等.直流輸電系統對交流變壓器影響的研究[J].電力系統保護與控制，2008,36(24)：101-109.

[2]馬書杰，張玲俊,于會民，等.超高壓換流變用變壓器油[J].電力設備，2004,5(11)：79-84.

[3]馬書杰，張玲俊,于會民，等.超高壓交直流通用變壓器油的開發[J].潤滑油，2003,18(10)：48-56.