Общество ограниченной ответственности "ДеКо Вакуум"

DeKo Vacuum Ltd.       

3.      МЕТОДЫ РЕГЕНЕРАЦИИ, СУШКИ И ДЕГАЗАЦИИ МАСЕЛ

В предыдущей главе были рассмотрены основные приемы поддержания характеристик масел на работающем оборудовании. Однако на практике существует большое количество оборудования, не охваченного описанными системами. Поэтому в процессе эксплуатации в масле накапливаются продукты старения и наблюдается ухудшение его эксплуатационных характеристик. При достижении ими предельно допустимых значений масло необходимо сливать и подвергать регенерации, а оборудование заливать свежим маслом. Перед заливкой в оборудование, а также при необходимости доливки масла в действующее оборудование (например, после отбора проб из маломасляного оборудования), масло должно быть подготовлено с целью снижения его влажности и общего газосодержания, так как в процессе длительного хранения не всегда удается избежать увлажнения и газонасыщения масла. В настоящей главе будут рассмотрены вопросы регенерации масла, слитого из оборудования, а также методы подготовки масла перед его заливкой.

Как было показано в главе 1, все методы регенерации и подготовки масла направлены на удаление из него вредных продуктов окисления и различного рода примесей. При этом различают методы чисто физической очистки, при которых не меняется химический состав масла, и методы физико-химической очистки, при которых из масла удаляются низко- и высокомолекулярные продукты окисления масел. К физическим методам очистки относятся: сепарация в вакуумных центрифугах, фильтрация через механические фильтры, вакуумная сушка и дегазация. Методы физико-химической очистки включают в себя перколяционную  и контактную очистку с помощью крупно- и мелкопористых сорбентов, а также щелочную и кислотную очистку. Рассмотрим более подробно вышеперечисленные методы.

При образовании в масле или при попадании в него извне различного рода примесей, включающих эмульгированную влагу, механические примеси, коагулированные высокомолекулярные продукты окисления масла и др., происходит снижение пробивного напряжения, увеличение tgd и других характеристик. В этом случае для восстановления масла может использоваться метод центробежной сепарации, основанный на разделении веществ, имеющих разную плотность. При вращении цилиндрического сосуда с жидкостью, поверхность жидкости принимает форму воронки, а при больших скоростях вращения глубина воронки делается значительно больше глубины сосуда и жидкость, обнажая дно, переходит на стенки. Если во вращающийся барабан подавать смесь, состоящую из масла, твердых частиц и воды, то под действием центробежной силы смесь будет двигаться вдоль барабана и одновременно радиально по направлению к боковой стенке. Твердые частицы образуют на стенках осадок, вода - внешнее кольцо, масло - внутреннее кольцо. При очистке масла пользуются тарельчатыми центрифугами. Внутрь барабана такой центрифуги помещается пакет из большого числа тарелок - усеченных конусов из тонкого листового металла, имеющих несколько отверстий по окружности. Эмульсия разделяется центробежной силой в тонких слоях (0,5-1,5 мм ) между тарелками, что ускоряет разделение. Тяжелая и легкая жидкости выводятся из барабанов на разных уровнях. В зависимости от степени увлажнения масла, барабан центрифуги может работать в режиме кларификации, при котором незначительные количества воды и механические примеси выделяются из масла и собираются в грязевике барабана; и режиме пурификации: когда при большом влагосодержании масла (более 0,5 %) вода отводится из барабана непрерывно. Интенсивность процессов сепарации повышается с увеличением температуры, однако, если центрифуга работает при атмосферном давлении, происходит интенсивное насыщение масла воздухом и при повышении температуры выше 70 ⁰С наблюдается интенсификация процессов окисления масла. Поэтому в последнее время используются центрифуги, в которых процессы сепарации проводятся под вакуумом. Необходимо учитывать, что в центрифугах без вакуума выделяется лишь эмульгированная влага, поэтому нецелесообразно использование центрифуги в замкнутом контуре, так как в этом случае производительность по мере удаления из масла влаги резко падает. Достоинство метода состоит в том, что при очистке масла от механических примесей не используется дополнительных элементов и веществ, способных вносить в масло собственные примеси. К недостаткам следует отнести сложность самого технологического оборудования, его настройки, необходимость частой очистки, что в конечном итоге приводит к низкой производительности.

Эффективное удаление механических примесей, а также эмульгированной и частично растворенной воды можно производить с помощью фильтр прессов, в которых масло пропускается через пористую среду, задерживающую воду и механические загрязнения. Выбор фильтрующей среды зависит от характера подлежащих удалению примесей. Для очистки трансформаторных масел применяется мягкий картон, обладающий большой гигроскопичностью. Он хорошо адсорбирует влагу из масла, однако плохо задерживает уголь и тонкий шлам и засоряет масло волокнами бумаги. Поэтому листы мягкого картона чередуют с листами плотного и мелкопористого, задерживающего мелкие механические примеси. Скорость фильтрации зависит от площади фильтра, избыточного давления масла, его вязкости и толщины фильтрующего слоя. Необходимо отметить, что использование целлюлозных фильтрующих элементов приводит к попаданию в отфильтрованное масло волокон целлюлозы. Волокна целлюлозы являются наиболее опасным видом механических примесей, поскольку имеют значительную длину (до нескольких сотен микрон) и повышенную по сравнению с маслом влажность. Наличие в масле волокон целлюлозы снижает пробивное напряжение, увеличивает диэлектрические потери. В то же время принятая в энергетике методика определение содержания механических примесей в масле (ГОСТ 6370-83) не позволяет дифференцировать механические примеси. Поэтому при обработке масла фильтр-прессами с целлюлозными фильтрующими элементами может возникнуть ситуация, когда происходит удаление из масла мелких (с размерами 2-20 мкм) тяжелых примесей (металлическая или кремниевая пыль, тонкий шлам и др.) и одновременно увеличивается содержание волокон целлюлозы. Общее содержание механических примесей (ГОСТ 6370-83) при этом снижается, а эксплуатационные характеристики ухудшаются. Поэтому в последнее время для фильтрации масла все большее распространение получают пористые полимерные фильтры или щелевые суперфильтры, а для определения концентрации механических примесей – счетчики частиц в масле, позволяющие дифференцировать концентрацию примесей по размерным группам. Пористые полимерные материалы имеют гораздо меньшую склонность к вымыванию, по сравнению с целлюлозными материалами, а наиболее совершенные из них имеют лабиринтообразную конфигурацию пор с уменьшающимся диаметром. Такие материалы поглощают механические примеси в широком диапазоне их размеров и сравнительно медленно теряют пропускную способность. В качестве характеристик фильтров принято использовать интегральные спектры концентрации механических примесей по размерным группам на входе и выходе фильтра. Для примера на рис. 4 приведена характеристика фильтра Ultipor^R серии 9680 фирмы PALL.

Рис. 4.Качество трансформаторного масла относительно содержания частиц

 Наиболее эффективным методом сушки и дегазации масла является термовакуумная обработка, в которой различают две стадии. На первой стадии масло вспенивается под вакуумом и происходит интенсивный выход газов и паров воды из большой поверхности масляной пленки, разделяющей пузырьки в объем этих пузырьков. На второй стадии прекращения пенообразования скорость выхода газов и влаги из толщи масла уменьшается на несколько порядков, а количество оставшихся в масле газа и влаги составляет 10-40 % от первоначального. Для увеличения скорости удаления газов и влаги на второй стадии используют специальные меры, суть которых сводится к увеличению поверхности раздела между масляной и газовой фазой и уменьшением толщины слоя масла. Наиболее распространенными в силу технической простоты долгое время были конструкции, в которых происходило растекание масла тонким слоем по большим поверхностям. К ним относятся дегазирующие устройства с использованием плоских пластин, кольцами Рашига и др. Анализ выделения газа в таких системах показал, что скорость извлечения зависит от размеров растекателя, коэффициента диффузии газа (зависящего от температуры масла), плотности и вязкости масла, а также от толщины его слоя.

Известны также конструкции, в которых реализуется мелкодисперсное растекание масла в вакуумную полость при помощи механических форсунок. При мелкодисперсном распылении с помощью форсунок типа форсунок Кертинга удается достичь размеров распыления капель масла на уровне десятков микрон. Последующее совершенствование форсунок позволило создать ультразвуковые форсунки, обеспечивающие дисперсность до 10 мкм. Скорость обработки масла при использовании форсунок оказывается в 5-7 раз выше, чем на растекателях.

В последнее время появились конструкции, в которых используются форсунки, обеспечивающие тонкопленочное распыление масла с толщиной пленки на уровне нескольких микрон. Использование таких форсунок позволило увеличить скорость обработки масла до 20 л/мин на каждую форсунку.

Существует еще один метод быстрого выделения газа и влаги из толщи масла основанный на ультразвуковой кавитации. При этом методе в толщу масла, находящегося под вакуумом, помещается ультразвуковой вибратор, который обеспечивает образование вакуумных микро пузырьков, со стенок которых происходит интенсивное газо- и влаговыделение внутрь пузырька. Далее пузырьки всплывают на поверхность масла, удаляя из толщи газы и влагу. На сегодняшний день этот метод находится в стадии разработки, поэтому привести его количественные характеристики не представляется возможным, однако проведенные оценки покрывают, что эффективность его не хуже рассмотренных выше методов.

Таковы основные методы очисти масла от различного рода механических примесей, влаги и газов, растворенных в масле. В процессе эксплуатации происходит не только загрязнение, но и термоокислительное старение масла, степень которого достаточно хорошо коррелированна с кислотным числом. По степени старения отработанные масла делятся на три группы. К первой группе относятся масла, кислотное число которых не превышает 0,25 мг КОН на 1 г масла. Ко второй группе относятся масла с повышенной степенью старения, кислотное число которых лежит в пределах 0,25-0,5 мг КОН. И к третьей группе относятся сильно окисленные масла с кислотным числом, превышающим 0,5 мг КОН на 1 г масла.

Как видно из табл. 4 масла первой группы имеют кислотное число, превосходящее предельно допустимую величину только для силовых трансформаторов. Для остального оборудования они еще могут эксплуатироваться. Масла первой группы восстанавливаются до первоначальных свойств регенерацией с помощью контактной или (и) перколяционной очистки сорбентами. В первом случае используют адсорберы, наполненные мелкопористыми сорбентами, во втором - крупнопористыми. Возможно восстановление масел первой группы методом щелочной очистки: отработанное масло нагревают и перемешивают в щелочной мешалке с 5 %-ным водным раствором тринатрийфосфата или 2-3 % -ным раствором едкого натра. Смесь отстаивается и после удаления щелочного раствора масло подвергается обработке в центрифуге. После этого масло перекачивается в другую мешалку, в которой промывается горячей водой и отстаивается. Промытое масло обезвоживается сначала в центрифуге, а затем высушивается под вакуумом или с помощью цеолитов. Метод щелочной очистки в силу трудоемкости в последнее время применяется сравнительно редко.

При регенерации сильно окислившихся масел второй и третьей группы использование очистки сорбентами приводит к быстрому их загрязняю, поэтому эти масла лучше восстанавливать с использованием серной кислоты по схемам: «кислота-земля», «кислота-щелочь-земля». При реализации схемы «кислота-земля» в масло добавляют 0,5-2 % (в зависимости от степени окисления) концентрированной серной кислоты и перемешивают мешалкой 30-40 мин, после чего отстаивают масло и спускают кислый гудрон. Для осаждения остатков кислого гудрона и нейтрализации его добавляют 2-3 % отбеливающей земли и снова перемешивают масло 30 мин. После отстоя и спуска кислого гудрона и отбеливающей земли масло через фильтр-пресс перекачивают в бак для окончательной очистки его отбеливающей землей. В нагретое до температуры 70- 80 ⁰С масло добавляют  6-10 % отбеливающей земли, перемешивают его 50-60 мин и дают отстояться, после чего масло пропускается через филътр-пресс или центрифугу. Этим методом можно восстанавливать масла с кислотным числом до 0,8-1 мг КОН на 1 г масла.

Рассмотренные методы регенерации и подготовки масла используются, как правило, не самостоятельно, а в комплексе, поскольку каждый из методов наиболее эффективно удаляет из масла лишь часть продуктов окисления или загрязнения. При комплексной обработке масла организуется технологическая схема, включающая те или иные методы очистки в зависимости от конкретного состояния масла. В некоторых случаях очистка масла может производиться без слива его из основного оборудования. В этом случае бак основного оборудования включается в технологическую схему и происходит очистка масла в режиме циркуляции. Пример технологической схемы для регенерации масла силового трансформатора крупнопористым адсорбентом показан на рис. 5. В некоторых случаях, учитывая длительность технологических процессов регенерации, допускается проводить их на работающем оборудовании при условии соблюдения герметичности и требований техники безопасности.

Рис. 5. Технологическая схема регенерации трансформаторного масла крупнопористым адсорбентом непосредственно в оборудовании.

1-бак трансформатора; 2-расширитель; 3-маслонасос; 4-подогреватель; 5-адсорберы с крупнопористым адсорбентом; 6-фильтр тонкой очистки (фильтр-пресс); 7-манометр; 8-расходомер; 9-подсоединительные трубопроводы (шланги); 10-трехходовые краны; 11-вентили; 12-нижний боковой кран трансформатора.

ПЕРКОЛЯЦИЯ (от лат. регсоlаtio– процеживание, Фильтрация) – извлечение металла или его хим. соединения пропусканием жидкою реагента (р-ра) сквозь слой мелкой руды, песка или др. сыпучих материалов, содержащих этот металл. П. осуществляют с помощью аппарата, наз. перколятором, и вспомогат. оборудования (конвейеров, распределителей, насосов, компрессоров и др.). 

Микрон= 1 мкм=10 ^-3 мм

Послать письмо admin@deko-vacuum.ru with questions or comments about this web site.
Авторские права © 2001 Конев Сергей Александрович (идея, графика, все материалы, оцифровка текстов, Web- дизайн).
Последнее изменение: февраля 05, 2017.

При перепечатке материалов, ссылки на страницы сайта:

http://www.deko-vacuum.ru  http://www.deko-vacuum.narod.ru  - обязательны.