中海油环烷基蜡油生产直流变压器油研究

郭春梅，马丙水，殷春照

(1.中海油气(泰州)石化有限公司，江苏 泰州 225300；2.中海沥青股份有限公司，山东 滨州 256600)

0 引言

随着国民经济的快速发展我国电力需求也快速增长，为了满足大容量、长距离的电力输送，采用高压直流输电和更高电压等级的交流输电是输变电技术的主要发展方向。直流输电具有输电距离远、调节性能好、过电压水平低、线路损耗小等优点，在我国具有广阔的发展空间[1]。

目前国际知名的生产超高压直流输电换流变压器的厂家有ABB公司和SIEMENS公司。直流换流变压器是一种将交流电变直流电，再将直流电变交流电的特殊电气设备，这就要求该设备充入的变压器油要比普通交流变压器油的质量性能高。直流变压器油既要满足直流输电要求，又要满足交流输电要求，是交直流通用的变压器油[2]，因此直流换流变压器油在产品技术指标如低温性能和抗氧化性能等比普通的交流变压器油要求更为苛刻。

环烷基原油是国内外公认的生产变压器油的理想原料。在国内，中国石油昆仑牌直流变压器油KI50X最早应用于直流输电工程。本文利用中海油渤海湾的环烷基原油(该原油特点是：芳烃较高，凝点很低具有良好的环烷基油特性)馏分油为原料，通过调整优化工艺和添加剂配方，以KI50X为参比样，研制出合格的直流变压器油HID50，并完全满足ABB公司的购油标准。

1 实验

1.1原料油性质

中海油的环烷基原油主要有两种，即绥中36-1原油和秦皇岛32-6原油。用于生产变压器油的原料为绥中36-1原油的常二侧线馏分油和秦皇岛32-6原油的常二侧线馏分油，具体性质见表1。

表1 绥中36-1原油和秦皇岛32-6原油的常二侧线馏分油分析数据

从表1中可看出，36-1原油的常二侧线馏分油和秦皇岛32-6原油的常二侧线馏分油理化性能都很好，比较适合做变压器油基础油，但两种馏分油的馏程范围比较宽，这与常压装置馏程控制的生产运行参数有关。

根据绥中36-1原油和秦皇岛32-6原油的常二侧线馏分油的特点，变压器油基础油生产是采用加氢脱酸-糠醛白土精制工艺。其中绥中36-1原油的常二侧线馏分油用于生产I-20 ℃变压器油基础油，而秦皇岛32-6原油的常二侧线馏分油用于生产I-30 ℃变压器油基础油，具体性质见表2。

表2 I-20℃和I-30℃变压器油基础油性质

由表2可知，I-20 ℃和I-30 ℃变压器油基础油的性能都很好，但I-30 ℃变压器油基础油的性质更能接近直流变压器油指标，只需对I-30 ℃变压器油基础油的黏度、闪点和2-糠醛含量这些指标进行优化提升，就有可能生产出直流变压器油。因此，秦皇岛32-6原油的常二侧线馏分油适合直接作为生产直流变压器油基础油的原料。

1.2生产工艺优化

1.2.1 秦皇岛32-6馏分油生产工艺优化

根据直流变压器油的技术指标，对工业生产上的糠醛剂油比和白土用量进行中试装置模拟试验，看得到的基础油是否合格满足指标要求，具体工艺调整操作参数见表3。

表3 工艺调整操作参数

中试装置模拟试验除了表3的参数变更外，装置其他的操作温度、压力等参数均不变。将经过中试试验后的油品进行了分析，见表4。

表4 中试试验油品性能

从表4看出，糠醛精制剂油比调整为(基准+0.2)∶1，白土用量调整为基准+1%(含3%脱氮剂)时，生产出来的基础油颜色明显变白，2-糠醛含量满足直流变压器油指标值，且油品的碳型烃组成得到了一定改善，但收率下降很多。

因此，推荐工业大生产方案：以秦皇岛32-6原油的常二侧线馏分油为原料，糠醛精制采用(基准+0.2)∶1的剂油比，白土用量为基准+1%(含3%脱氮剂)，其他操作条件不变，用于生产直流变压器油基础油。

1.2.2 绥中36-1馏分油生产工艺优化

通过优化调整工艺条件来生产合格的直流变压器油基础油，其收率下降很多，加工成本较高。基于此，本文又提出对绥中36-1原料生产得到的I-20 ℃变压器油基础油直接进行切割，考察是否能直接生产出合格的直流变压器油基础油方案。

若采用I-20 ℃变压器油馏分切割来直接生产直流变压器油的方案能成功实现，这将大大降低原料和加工成本，同时避免了工艺调整所增加的生产成本，更有利于提高产品附加值，提升产品的市场竞争力。

试验将绥中36-1生产的I-20 ℃变压器油基础油进行实沸点蒸馏，并依据各馏分段的性质，按照产品收率比例进行理想组分的调合试验,考察其关键性质能否满足直流变压器油质量指标，切割方案是否可行，具体数据见表5，并与秦皇岛32-6中试装置模拟试验得到的基础油进行对比。

表5 I-20 ℃变压器油馏分段调合后的典型性质

注：合计收率是占I-20℃变压器油的收率。

从表5可看出，绥中36-1生产的I-20 ℃变压器油中280～340 ℃馏分段，其理化性质良好满足直流变压器油的基本要求，且收率较高为47.76%，说明此试验方案可行。另外，把<280 ℃和>340 ℃的馏分与I-20 ℃变压器油基础油混炼将不会影响I-20 ℃变压器油的质量，这样可以大大降低生产成本，提高产品附加值。

因此，通过精密分馏器直接切割绥中36-1生产的I-20 ℃变压器油基础油完全可以生产出直流变压器油基础油。

1.3添加剂配方研究

变压器油加入到变压器后，在运行过程中因受溶解在油中的氧气、温度、电场、电弧及水分、杂质和金属催化剂等的作用，会生成大量的过氧化物及醇、醛、酮和酸等氧化产物，因此变压器油的抗氧化性能是非常重要的指标。由于直流变压器的特殊运行条件，运行时变压器油的温度一般比交流变压器高10～20 ℃，这就要求直流变压器油要比交流输电变压器油的抗氧化性能高很多[3]。

变压器油的添加剂对油品的理化性能影响小，因此以中试装置模拟试验得到的油品为基础油，通过与3个添加剂配方进行复配，主要通过考察油品的抗氧化性能进行添加剂筛选，具体数据见表6。

表6 添加剂配方筛选

由表6可知，添加剂配方1对油品的酸值没有负面影响，但提升油品的氧化安定性能效果不佳，不能满足直流变压器油氧化性能指标要求；添加剂配方2对油品的酸值也没有负面影响，且使得油品具有非常良好的氧化安定性能完全能够满足直流变压器油氧化性能指标要求；添加剂配方3对油品的酸值有负面影响使得油品的酸值超标，油品的氧化安定性能满足直流变压器油氧化性能指标要求。因此，推荐工业大生产用添加剂配方2。

1.4工业产品与国内产品的性能对比

按照中试装置模拟试验的工艺条件进行工业化大生产。采用的原料为秦皇岛32-6原油常二侧线馏分油，生产的基础油与添加剂配方2进行复配制得直流变压器油HID50-1；同时也对绥中36-1生产的I-20 ℃变压器油基础油进行精密切割，得到的基础油再与添加剂配方2进行复配制得直流变压器油HID50-2；大生产的两种直流变压器油与中国石油KI50X进行对比，同时将大生产的一批样品发往全球最具有权威性的评定公司——美国DOBLE公司进行评定，结果见表7。

表7 直流变压器油与国内产品KI50X进行对比

由表7可知，由秦皇岛32-6原油常二侧线馏分油生产的直流变压器油，和通过对绥中36-1生产I-20 ℃变压器油基础油进行精密切割，添加剂复配后得到的直流变压器油HID50，其理化性能、电气性能和抗氧化性能等均能够满足直流变压器油质量指标，且性能与KI50X性能相当，并通过了美国DOBLE公司的检测。

2 结论

(1)秦皇岛32-6常二侧线馏分油适合做直流变压器油基础油原料。通过调整优化工艺条件可生产出合格的直流变压器油，但其收率较低，加工成本较高。

(2)直接切割绥中36-1常二线馏分油生产的I-20 ℃变压器油基础油，再经过添加剂复配也可以得到合格的直流变压器油，且加工成本较低。

(3)采用中海油环烷基原油秦皇岛32-6和绥中36-1原料进行生产的直流变压器油其性能与中国石油KI50X的性能相当，并通过了美国DOBLE公司的检测。

参考文献：

[1] 王学峰，余小菲,周俊宇，等.直流输电系统对交流变压器影响的研究[J].电力系统保护与控制，2008,36(24)：101-109.

[2]马书杰，张玲俊,于会民，等.超高压换流变用变压器油[J].电力设备，2004,5(11)：79-84.

[3]马书杰，张玲俊,于会民，等.超高压交直流通用变压器油的开发[J].润滑油，2003,18(10)：48-56.