Турбинное масло
Владельцы патента RU 2451060:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Российский государственный университет нефти и газа имени И.М. Губкина (RU)
Использование: для смазки газовых, паровых гидротурбин и турбокомпрессоров в качестве гидравлической жидкости в системах регулирования этих агрегатов. Сущность: турбинное масло содержит, % мас: кислый эфир алкенилянтарной кислоты - 0,01-0,03, 2,6-ди-трет-бутил-4-метилфенол - 0,8-1,0, азотсодержащий блок-сополимер окисей этилена и пропилена - 0,01-0,07, алкилтолуолалкиламинотриазол - 0,01-0,05, 2,6-диалкилфенол-п-этилалкилат - 0,1-0,5, эфир алкилтиофосфата - 0,01-0,05, гидроксилсодержащий сополимер оксидов этилена и пропилена - 0,005-0,1, смесь имидазолинов на основе органических кислот растительного происхождения и аминов - 0,01-0,10, нефтяное масло с кинематической вязкостью при 50°С 20-23 мм2/с - до 100. Смесь имидазолинов на основе органических кислот растительного происхождения и аминов и гидроксилсодержащий сополимер оксидов этилена и пропилена в виде термообработанной при температуре 30-90°С в течение 0,5-2 ч смеси. Технический результат - улучшение деэмульгирующих и антикоррозионных свойств масла. 3 табл., 11 пр.
Изобретение относится к составам турбинных масел, применяемым в маслосистемах для смазки турбокомпрессоров, в качестве гидравлической жидкости в системах регулирования этих агрегатов.
Известно турбинное масло (US №3785975, 1974), содержащее антиоксидант 2,6-ди-трет-бутил-4-метилфенол и антиржавейную присадку.
Известно турбинное масло (SU №288213, 1970) состава, % мас.: полисилоксановая жидкость ПМС-200А - до 0,005, кислый эфир пентадецилянтарной кислоты - до 0,02, дипроксамин-157 - до 0,01, ионол - до 1,00, нефтяная основа - остальное.
Известно турбинное масло (SU №810768,1981) состава, % мас.: 2,6-ди-трет-бутил-4-метилфенол - 0,2-1,0, хинизарин - 0,01-0,05, кислый эфир алкенилянтарной кислоты - 0,02-0,1, полиоксипропиленгликолевый эфир этилендиамина, или пропиленгликоля, или алкилфенола - 0,02-0,2, полиметилсилоксан - 0,003-0,005, нефтяное масло - остальное.
Известно турбинное масло (RU №2058376, 1996) следующего состава, % мас.: 2,6-ди-трет-бутил-4-метилфенол - 0,2-1,0, кислый эфир пентадецилянтарной кислоты - 0,01-0,1, 1-(диэтиламинометил)бензотриазол - 0,01-0,2, минеральное масло - до 100. Масло может содержать азотсодержащий блок-сополимер окисей этилена и пропилена в количестве 0,01-0,05 мас.%.
Известно турбинное масло (RU №2144943, 2000) следующего состава, % мас.: кислый эфир алкенилянтарной кислоты - 0,01-0,03, 1-(диэтиламинометил)бензотриазол - 0,01-0,1, 2,6-ди-трет-бутил-4-метилфенол - до 1,0; 3,3', 5,5'-тетра-трет-бутил-4,4'-диоксидифенилметан - 0,1-2,0, минеральное масло - до 100.
Масло может содержать деэмульгирующую присадку Дипроксамин-157 - азотсодержащий блок-сополимер окисей этилена и пропилена в количестве 0,01-0,07% мас., а для улучшения антипенных свойств в условиях эксплуатации может содержать полиметилсилоксан (ПМС-200А) в количестве 0,003-0,005 мас.%.
Вышеописанные масла обладают недостаточно высокими деэмульгирующими и антикоррозионными свойствами, а также невысокими химической стабильностью и смазочной способностью.
Наиболее близким к предложенному маслу является турбинное масло Тп-22с (марка 1) по ТУ 38.101821-2001 (Пат. №2114157, 1998 г.) следующего состава, % мас.: агидол-1 (Ионол) - 0,2-0,8, кислый, эфир алкенилянтарной кислоты (присадка В 15/41) - 0,01-0,05, азотсодержащий блок-сополимер окисей этилена и пропилена (Дипроксамин-157) - 0,01-0,03 и алкилтолуолалкиламинотриазол (Irgamet 39) - 0,005-0,1, нефтяное масло - остальное.
Недостатками данного масла являются как неудовлетворительные антиокислительные, антикоррозионные и противоизносные свойства, так и низкая деэмульгирующая способность.
Задача изобретения заключается в повышении свойств турбинного масла.
Поставленная задача достигается созданием турбинного масла, содержащего нефтяное масло с кинематической вязкостью при 50°С 20-23 мм2/с, 2,6-ди-трет-бутил-4-метилфенол, кислый эфир алкенилянтарной кислоты, азотсодержащий блок-сополимер окисей этилена и пропилена, алкилтолуолалкиламинотриазол, которое, согласно изобретению, дополнительно содержит 2,6-диалкилфенол-п-этилалкилат, эфир алкилтиофосфата, смесь имидазолинов на основе органических кислот растительного происхождения и аминов, гидроксилсодержащий сополимер оксидов этилена и пропилена при следующем соотношении компонентов, % мас.:
2,6-ди-трет-бутил-4-метилфенол | 0,8-1,0 |
кислый эфир алкенилянтарной кислоты | 0,01-0,03 |
азотсодержащий блок-сополимер | |
окисей этилена и пропилена | 0,01-0,07 |
алкилтолуолалкиламинотриазол | 0,01-0,05 |
2,6-диалкилфенол-п-этилалкилат | 0,1-0,5 |
эфир алкилтиофосфата | 0,01-0,05 |
смесь имидазолинов на основе | |
органических кислот растительного | |
происхождения и аминов | 0,01-0,10 |
гидроксилсодержащий сополимер | |
оксидов этилена и пропилена | 0,01-0,1 |
нефтяное масло с кинематической | |
вязкостью при 50°С - 20-23 мм2/с | до 100, |
при этом турбинное масло содержит смесь имидазолинов на основе органических кислот растительного происхождения и аминов и гидроксилсодержащий сополимер оксидов этилена и пропилена в виде смеси, термообработанной при температуре 30-90°С в течение 0,5-2 ч.
Достигаемый при этом технический результат заключается в улучшении деэмульгирующих и антикоррозионных свойств турбинного масла. Кроме того, повышаются также антиокислительные и противоизносные свойства описываемого масла.
Ниже приведена характеристика используемых присадок:
- 2,6-ди-трет-бутил-4-метилфенол (Ионол) - вырабатывается по ТУ 38.5901237-90, используется как антиоксидант в маслах, топливах и других продуктах. Температуры: плавления - 69,5-70°С, кристаллизации - 69°С;
- кислый эфир алкенилянтарной кислоты (антиржавейная присадка В-15/41) - вырабатывается по ТУ 6-14-866-86, используется в маслах. Представляет собой жидкость от светло-желтого до коричневого цвета с кислотным числом 180-205 мг КОН/г;
- азотсодержащий блок-сополимер окисей этилена и пропилена (Дипроксамин-157) - вырабатывается по ТУ 6-14-614-76, используется как деэмульгатор в маслах и нефтях. Содержание азота 0,50-0,55%, водородный показатель не менее 10,5, содержание золы - 0,5%;
- алкилтолуолалкиламинотриазол (Irgamet 39) - деактиватор металла, вырабатывается фирмой Ciba по спецификации PS-184210 Version 6. Кинематическая вязкость при 40°С 70-90 мм2/с, nd 20 1,503-1,513, плотность при 20°С 940-960 кг/м3;
- 2,6-диалкилфенол-п-этилалкилат (Irganox L 135) - высокомолекулярный антиоксидант алкилфенольного типа, вырабатывается фирмой Ciba по спецификации PS-193. Кинематическая вязкость при 40°С 95-150 мм2/с, кислотное число менее 10 мг КОН/г, nd 20 1,493-1,499, плотность при 20°С 950-990 кг/м3;
- эфир алкилтиофосфата (Hitec 511Т), вырабатывается фирмой Afton Chemical. Жидкость от оранжевого до желтого цвета, кинематическая вязкость при 40°С 95 мм2/с, кислотное число не более 175 мг КОН/г, nd 20 1,450-1,500, плотность при 20°С 1111 кг/м3, температуры самовоспламенения 390°С, вспышки в закрытом тигле 95°С (прибор Пенски-Мартенса), содержание фосфора 9-10% мас., содержание серы 18-20% мас. (Afton Chemical. HiTEC 511T Perfomance Additive. Паспорт безопасности на материал. Preparation information, 07.11.2008; US 2010/0009881, 14.01.2010);
- смесь имидазолинов на основе органических кислот растительного происхождения и аминов (ингибитор Нефтехимеко-1) выпускается по ТУ 2483-022-17197708-94 «Ингибитор коррозии Нефтехимико-1», массовая доля основного вещества 40%, кислотное число не более 10 мг КОН/1 г, температура застывания не выше -40°С, температура вспышки в открытом тигле не ниже 30°С. Получают в результате взаимодействия при температуре 120-140°С полиэтиленполиаминов и высокомолекулярных жирных кислот C12-C18 растительных масел (Научно-технический журнал «Защита окружающей среды в нефтегазовом комплексе», Москва, 2007, №3, с.18-21, Р.С.Магадов, М.А.Силин, Н.М.Николаева и др. Влияние полярных растворителей на свойства ингибиторов серии «НЕФТЕХИМЕКО»);
- гидроксилсодержащий сополимер оксидов этилена и пропилена - неионогенный ПАВ (Нефтенол БС, марка Б-1) - ТУ 0258-027-17197708-97 с плотностью при 20°С 1030-1040 кг/м3, температурой помутнения 2% раствора в дистиллированной воде 39-44°С, гидроксильным числом 71,00-75,00 мг КОН/г, вязкостью кинематической при 40°С 200,00-240,00 мм2/с.
Описываемое масло готовят смешением при 20-40°С нефтяного масла с кинематической вязкостью при 50°С 20-23 мм2/с с композицией присадок, взятых в указанных выше концентрациях. При этом присадки смесь имидазолинов на основе органических кислот растительного происхождения и аминов и гидроксилсодержащий сополимер оксидов этилена и пропилена используют в виде смеси, термообработанной при температуре 30-90°С в течение 0,5-2 ч.
Готовят образцы масел по примерам 1-11, состав которых приведен в таблице 1, и подвергают их испытаниям для определения времени деэмульсации (τд) по ГОСТ 12068, стабильности против окисления по ГОСТ 981 с оценкой кислотного числа (к.ч.), массовой доли осадка и летучих кислот после окисления, смазочной способности по ГОСТ 9490, скорости коррозии по ГОСТ 9.506 (металлические пластины из стали марки 3, температура 20±2°С, время - 6 часов, среда - 3% водный раствор NaCl, насыщенный сероводородом до концентрации около 3000 мг/л).
Результаты сравнительных испытаний образцов турбинных масел с различными концентрациями присадок и известного масла представлены в таблице 2.
Необходимость использования присадок: смеси имидазолинов на основе органических кислот растительного происхождения и аминов и гидроксилсодержащего сополимера оксидов этилена и пропилена в виде смеси, термообработанной при температуре 30-90°С в течение 0,5-2 ч. продиктована тем, что при использовании в турбинном масле вышеуказанных присадок, не прошедших термообработку, положительный эффект не наблюдается (предположительно вследствие взаимодействия присадок между собой).
Предварительная термообработка смеси указанных присадок до введения их в турбинное масло блокирует процесс снижения деэмульгирующих и антикоррозионных свойств турбинного масла и стабилизирует указанные свойства.
Смешение присадок при нормальной или пониженной температуре +20-25°С не активирует смесь и улучшения деэмульгирующих и антикоррозионных свойств турбинного масла не происходит.
Смешение композиции присадок при 30°С, т.е. слабая термообработка в течение 2 ч, уже активирует смесь. Повышение температуры термообработки до 90°С ускоряет процесс активирования и время термообработки снижается до 0,5 ч. Температура ниже 30°С увеличивает длительность процесса, выше 90°С - может вызывать термическую деструкцию наименее стабильных компонентов смеси.
Описываемый эффект использования термообработанной смеси данных присадок является неожиданным.
Таблица 3 иллюстрирует эффективность использования термообработанной смеси присадок - смеси имидазолинов на основе органических кислот растительного происхождения и аминов и гидроксилсодержащего сополимера оксидов этилена и пропилена.
Как видно из таблицы, использование в составе турбинного масла смеси вышеописанных двух присадок без термообработки в вышеуказанных условиях практически не улучшает свойства турбинного масла. Применение термообработанной смеси присадок резко улучшает эксплуатационные показатели масла.
Из данных таблицы 2 следует, что достигается значительное улучшение эксплуатационных показателей турбинного масла, а именно улучшаются деэмульгирующие и антикоррозионные, а также дополнительно антиокислительные и противоизносные свойства описываемого масла.
Так, время деэмульсации (удаления воды) для масла Тп-22с (марка 1) составляет 120 с, а для образцов (например, для образца 3) описываемого масла с композицией присадок, включающих термообработанную смесь вышеуказанных присадок, время деэмульсации сокращается до 40 с, т.е. в 3,0 раза, скорость коррозии Ст.3 снижается в 2,8 раза, а также дополнительно улучшаются антиокислительная стабильность, противоизносные свойства турбинного масла.
На основании полученных результатов испытаний выбраны оптимальные интервалы концентраций присадок.
Так, нижний предел концентраций присадок 2,6-диалкилфенол-п-этилалкилата (Irganox L 135), эфира алкилтиофосфата, гидроксилсодержащего сополимера оксидов этилена и пропилена, смеси имидазолинов на основе органических кислот растительного происхождения и аминов определяется возможностью достижения минимального времени удаления воды из масла 40 с и скорости коррозии 1,14 г/м2ч. Верхний предел концентраций вводимых присадок определяется периодом времени удаления воды из турбинного масла и скоростью коррозии стали, которые практически не изменяются при дальнейшем увеличении концентраций присадок и, следовательно, такое увеличение становится экономически нецелесообразным (см. данные по составу 5 таблиц 1-3).
Таким образом, описываемое турбинное масло обладает высокими эксплуатационными показателями, в частности деэмульгирующими, антикоррозионными, антиокислительными и противоизносными свойствами, что приводит к увеличению ресурса работы оборудования.
Таблица 1 | |||||||||||||
Состав турбинного масла | |||||||||||||
№ п/ п | Наименование компонентов | Состав, % мас. | |||||||||||
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | Известное масло Тп-22с марки 1 | ||
1. | 2,6-ди-трет-бутил-4-метилфенол (присадка Ионол) | 0,7 | 0,8 | 0,9 | 1.0 | 1,0 | 0,9 | 0,9 | 0,9 | 0,9 | 0,9 | 0,9 | 0,8 |
2. | Кислый эфир алкенилянтарной кислоты (присадка B15/41) | 0,009 | 0,01 | 0,02 | 0.03 | 0,04 | 0,02 | 0,02 | 0,02 | 0,02 | 0,02 | 0,02 | 0,02 |
3. | Азотсодержащий блок-сополимер окисей этилена и пропилена (присадка Дипроксамин 157) | 0,009 | 0,01 | 0,04 | 0,07 | 0,07 | 0,04 | 0,04 | 0,04 | 0,04 | 0,04 | 0,04 | 0,03 |
4. | Алкилтолуолалкилам инотриазол (присадка Irgament 39) | 0,09 | 0,01 | 0,03 | 0,05 | 0,06 | 0,03 | 0,03 | 0,03 | 0,03 | 0,08 | 0,10 | 0,05 |
5. | 2,6-диалкилфенол-п-этилалкилат (присадка Irganox L135) | 0,08 | 0,10 | 0,20 | 0,50 | 0,40 | 0,50 | 0,60 | 0,70 | 0,80 | 1,00 | 1,10 | - |
6. | Смесь имидазолинов на основе органических кислот растительного происхождения и аминов (присадка Нефтехимеко-1) | 0,009 | 0,01 | 0,04 | 0,10 | 0,10 | 0,11 | 0,04 | - | 0,04 | 0,04 | 0,04 | - |
7. | Гидроксилсодержащий сополимер оксидов этилена и пропилена (присадка Нефтенол БС марка Б-1 | 0,009 | 0,01 | 0,04 | 0,10 | 0,10 | 0,11 | 0,12 | 0,04 | 0,04 | 0,04 | 0,04 | - |
8. | Эфир лкилтиофосфата Hitec 511Т | 0,09 | 0,01 | 0,03 | 0,05 | 0,06 | 0,03 | 0,03 | 0,03 | 0,03 | 0,08 | 0,10 | - |
9. | Нефтяное масло с кинематической вязкостью при 50°С 20-23 мм2/с | До 100,00 |
Таблица 2 | |||||||||||||
Показатели турбинного масла | |||||||||||||
№ п/п | Показатели | Значения по примерам (составам) таблицы 1 | |||||||||||
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | Известное масло Тп-22с марка 1 | ||
1. | Стабильность против окисления при 150°С, 16 ч и расходе кислорода 3 дм3/ч: | ||||||||||||
- массовая доля осадка, % мас. | 0,006 | 0,001 | 0,001 | 0,001 | 0,001 | 0,001 | 0,006 | 0,006 | 0,007 | 0,007 | 0,007 | 0,006 | |
- кислотное число, мг КОН/г | 0,10 | 0,05 | 0,05 | 0,05 | 0,05 | 0,05 | 0,10 | 0,10 | 0,12 | 0,12 | 0,12 | 0,10 | |
- летучие кислоты мг КОН/г | 0,08 | 0,009 | 0,009 | 0,009 | 0,009 | 0,04 | 0,08 | 0,08 | 0,09 | 0,09 | 0,09 | 0,08 | |
2. | Смазочная способность (ЧШМ); | ||||||||||||
- диаметр пятна износа, мм, при нагрузке 63 кгс | 1,99 | 0,39 | 0,39 | 0,39 | 0,39 | 1,99 | 1,55 | 1,99 | 1,55 | 1,55 | 1,99 | 1,99 | |
- индекс задира | 19,6 | 23,3 | 23,3 | 23,3 | 23,3 | 19,6 | 20,8 | 19,6 | 20,8 | 20,8 | 19,6 | 19,6 | |
- критическая нагрузка, кгс | 56 | 63 | 63 | 63 | 63 | 56 | 58 | 56 | 58 | 58 | 56 | 56 | |
- нагрузка сваривания, кгс | 112 | 119 | 119 | 119 | 119 | 112 | 114 | 112 | 114 | 114 | 112 | 112 | |
3. | Время деэмульсации, с | 120 | 40 | 40 | 40 | 40 | 118 | 119 | 118 | 119 | 118 | 119 | 120 |
4. | Скорость коррозии Ст.3, г/м2 | 3,24 | 1,14 | 1,14 | 1,14 | 1,14 | 1,18 | 3,20 | 3,22 | 3,24 | 3,23 | 3,24 | 3,24 |
Таблица 3 | ||||
Эффективность использования термообработанной смеси присадок: смеси имидазолинов на основе органических кислот растительного происхождения и аминов и гидроксилсодержащего сополимера оксидов этилена и пропилена | ||||
№ п/п | Показатели | Известное турбинное масло | Турбинное масло состава 3, полученное с использованием смеси присадок без термообработки | Турбинное масло состава 3, полученное с использованием термообработанной смеси присадок (60°С, 1 час) |
1 | Время деэмульсации, с | 120 | 118 | 40 |
2 | Стабильность против окисления (150°С, 16 ч, расход кислорода 3 дм3/ч): | |||
- кислотное число, мг КОН/г | 0,006 | 0,006 | 0,001 | |
- осадок, % мас. | 0,10 | 0,11 | 0,05 | |
- летучие кислоты, мг КОН/г | 0,08 | 0,09 | 0,009 | |
3 | Коррозия на Ст.3, г/м2 | 3,24 | 3,21 | 1,14 |
4 | Смазочная способность (ЧШМ): | 1,99 | 1,98 | 0,39 |
- диаметр пятна износа, мм, при нагрузке 63 кгс | ||||
- индекс задира | 19,60 | 19,64 | 23,30 | |
- критическая нагрузка, кгс | 56 | 58 | 63 | |
- нагрузка сваривания, кгс | 112 | 114 | 118 |
Турбинное масло на основе нефтяного масла с кинематической вязкостью при 50°С 20-23 мм2/с, содержащее 2,6-ди-трет-бутил-4-метилфенол, кислый эфир алкенилянтарной кислоты, азотсодержащий блок-сополимер окисей этилена и пропилена и алкилтолуолалкиламинотриазол, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит 2,6-диалкилфенол-п-этилалкилат, эфир алкилтиофосфата, смесь имидазолинов на основе органических кислот растительного происхождения и аминов, гидроксилсодержащий сополимер оксидов этилена и пропилена при следующем соотношении компонентов, мас.%:
2,6-ди-трет-бутил-4-метилфенол | 0,8-1,0 |
кислый эфир алкенилянтарной кислоты | 0,01-0,03 |
азотсодержащий блок-сополимер | |
окисей этилена и пропилена | 0,01-0,07 |
алкилтолуолалкиламинотриазол | 0,01-0,05 |
2,6-диалкилфенол-п-этилалкилат | 0,1-0,5 |
эфир алкилтиофосфата | 0,01-,05 |
смесь имидазолинов на основе | |
органических кислот растительного | |
происхождения и аминов | 0,01-0,10 |
гидроксилсодержащий сополимер | |
оксидов этилена и пропилена | 0,01-0,1 |
нефтяное масло с кинематической | |
вязкостью при 50°С 20-23 мм2/с | до 100, |
при этом турбинное масло содержит смесь имидазолинов на основе органических кислот растительного происхождения и аминов и гидроксилсодержащий сополимер оксидов этилена и пропилена в виде смеси, термообработанной при температуре 30-90°С в течение 0,5-2 ч.