Трансформаторное масло (стр. 2 )

Например:

3. Ароматические углеводороды, содержащие одно (I) или несколько ароматических ядер, которые могут быть соединены с нафтеновыми кольцами (последние могут иметь или не иметь алкильные цепи) я (или) боковыми парафиновыми цепями. Ароматические ядра могут быть конденсированными, как у нафталина или фенантрена (II), или же изолированными (III). Смешанные нафтено-ароматические углеводороды представлены структурой (IV).

Например:

Непредельные углеводороды, г. е. углеводороды, имеющие одну или более олефиновых (ненасыщенных) связей в молекуле, обычно отсутствуют в продуктах прямой перегонки нефти, очищенных подобно трансформаторному маслу.

Кроме упомянутых углеводородных компонентов, в составе масла содержатся неуглеводородные соединения. Последние могут иметь соответствующий углеводородный скелет с одним, двумя, тремя и т. д. атомами серы, кислорода, азота.

Трансформаторное масло представляет собой соответствующим образом очищенную нефтяную фракцию, выкипающую при температурах в пределах примерно 300-400° С. В некоторых случаях фракционный состав масла может быть более узким или же, наоборот, расширенным.

До настоящего времени (наиболее полно изучен углеводородный состав бензино-керосино-газойлевых фракций нефти [Л. 1-2-1-9].

Из масляных фракций нефти пока не выделено индивидуальных углеводородов, за исключением нормальных парафинов. Ван-Нес [Л. 1-1] считает, что возможность идентификации индивидуальных компонентов масляных фракций a priori исключается. В то же время практика настоятельно требует данных о качественном и количественном составах нефтяных продуктов, в частности масляных фракций. Возможны два подхода к изучению этой проблемы. Первый заключается в разделении масляной фракции по размерам молекул с помощью перегонки. Затем кипящие в определенных границах фракции разделяются по типу молекул.

Применяя последовательно ряд физических методов, удается разделить масло на фракции, содержащие практически соединения одного типа и близкие по молекулярному весу.

По типу фракции и их процентному содержанию в масле можно получить представление о его составе [Л. 1-10].

Другой путь, хотя и не дающий исчерпывающего представления о составе масел,-это определение статического распределения структурных элементов в масляной фракции независимо от того, каким образом эти элементы соединяются в молекулы, так называемый метод структурно-группового анализа. В этом методе исходят из положения, что нефтяное масло построено из ароматических и нафтеновых колец, а также парафиновых цепей. Условно к классу ароматических углеводородов относят соединения, содержащие хотя бы одно ароматическое кольцо, к классу нафтеновых - содержащие хотя бы одно нафтеновое кольцо, к классу парафиновых - не содержащие ни ароматического, ни нафтенового кольца, ни непредельной связи. Существует два метода интерпретации результатов структурно-группового анализа. Первый состоит в определении числа колец (или цепей) в гипотетической «средней молекуле» образца, т. е. молекуле, содержащей структурные группы в количествах, найденных структурно-групповым анализом. Обычно обозначают через Кa содержание ароматических колец, через Кн - содержание нафтеновых колеи, через Коб = Кa + Кн - общее число колец.

Другой метод интерпретации заключается в определении числа углеродных атомов в ароматической (% Сa), нафтеновой (% Сн) и парафиновой (% Сп) структурах, причем все выражают в расчете на 100 углеродных атомов образца.

Данные о структурно-групповом составе получаются на основании легко определяемых физических констант масел, таких, как: плотность , коэффициент преломления , молекулярный вес М, кинематическая вязкость.

Известны различные модификации структурно-группового анализа, подробно описанные в [Л.1-1, 1-1−1-15]. Для трансформаторных масел весьма удобен метод, основанный на экспериментально определяемых величинах, и [Л. 1-13].

Рис. 1-1. Номограмма для проведения структурно-группового анализа трансформаторные масел ()

[Л. 1-13].

На рис. 1-1 и 1-2 приведены номограммы, позволяющие сравнительно просто осуществить структурно-групповой анализ масел на основании известных физических показателей. Порядок пользования номограммами иллюстрируем следующим примером.

Рис. 1-2. Номограмма для проведения структурно-группового анализа трансформаторных масел () [Л. 1-13].

Требуется определить содержание структурных элементов в масле, характеризующемся следующими показателями:

1) кинематическая вязкость при температуре +20° С ccт;

2) коэффициент преломления ;

3) плотность .

Сначала вычисляют значение десятичного логарифма вязкости, которое составляет 1,428. По номограмме на рис. 1-1 находим для и %, %, ;;;. По номограмме на рис. 1-2 находим для и : %; %; ; ; . Поскольку значение логарифма вязкости исследуемого масла 1, 428 находится в промежутке между значениями и , то и величины, характеризующие количество структурных элементов, находятся в промежутке между значениями, которые были определены из номограмм. По правилу линейной экстраполяции вычисляют искомые величины:

;

.

Аналогично вычисляют:

;

получают из соотношения:

;

;

;

;

Результаты структурно-группового анализа, полученные с помощью упомянутых номограмм, хорошо согласуются с данными методами n-d-М [Л. 1-13].

В случае анализа масел из сернистых нефтей вносится поправка, которая вычитается из значения :

,

где М-молекулярный вес масла;

S - содержание серы в масле, %.

Для значения поправка не вычисляется.

Большинство опубликованных данных о химическом составе трансформаторных масел получено методами структурно-группового анализа. В табл. 1-1 приведены данные по структурно-групповому анализу отечественных трансформаторных масел. В силу известной условности этих методов они не могут дать исчерпывающего представления о химической природе масла. В этом направлении существенную роль призваны сыграть современные методы спектроскопии и масс-спектроскопии в комбинации с такими методами разделения, как термодиффузионные, газохроматографические и др.

Таблица 1-1

Структурно-групповой анализ трансформаторных масел (по методу )