На главную

Статьи, публикации, архив номеров  

«     2018     2017  |   2016  |   2015  |   2014  |   2013  |   2012  |   2011  |   2010  |   2009  |   2008  |   »
«     Январь  |   Февраль  |   Март  |   Апрель  |   Май  |   Июнь  |   Июль  |   Август  |   Сентябрь  |   Октябрь  |   Ноябрь  |   Декабрь     »

Наука для практики

01.03.2016 Адсорбционная очистка трансформаторного масла силикагелем в сочетании с керамическими мембранами

 

Адсорбционная очистка трансформаторного масла силикагелем в сочетании с керамическими мембранами

 

Для оценки загрязненности трансформаторного масла механическими примесями используется стандартная методика ГОСТ 6370-83 (стандарт СНГ), которая предусматривает фильтрацию масла через бумажный фильтр и весовое определение общего количества фильтрата. Однако указанный метод не позволяет оценить общий диапазон размеров частиц и тем более их распределение по нескольким выбранным диапазонам размеров. Эта методика также не позволяет классифицировать чистоту масла по принятым классам чистоты межгосударственного стандарта ГОСТ 17216-2001. Между тем электрическая прочность масла существенным образом зависит не только от количества, но и от размеров частиц.

Данные о фактически наблюдаемых размерах частиц механических примесей в масле трансформаторов при введении в работу и при эксплуатации в литературе практически отсутствуют. В связи с этим узбекские ученые сочли целесообразным провести исследования трансформаторного масла на объектах АК «Узбекэнерго» (СРП ОАО «Энерготаъмир»).

 

В статье приведены результаты регенерации отработанного масла силового трансформатора длительной эксплуатации. Рассмотрены способы адсорбционной очистки трансформаторного масла. Экспериментально произведена очистка трансформаторного масла от различных видов примесей с применением разработанных керамических мембран. Очищенное масло показало высокие диэлектрические свойства и вполне соответствовало требованиям нормативных документов.

 

The results of regeneration of power transformers’ waste oil of long-term operation are presented in the article. The ways of transformer oil adsorption treatment are considered. The authors have showed the process of cleaning transformer oil of different kinds of impurities using developed ceramic membranes in experimental way. Cleaned oil revealed high dielectric properties and corresponded to the requirements of regulatory documents.

 

В зависимости от происхождения мелкие частицы в масле трансформатора можно разделить на три вида:

1. Примеси, находившиеся в масле при заливке трансформатора.

2. Примеси, попавшие в масло с частей трансформатора, куда они были занесены при изготовлении и сборке.

3. Примеси, образовавшиеся в процессе эксплуатации.

Первоначально в масле имеются очень мелкие частицы, которые образуются из примесей в сырой нефти или же при ее обработке. При изготовлении и сборке трансформатора в масло могут попасть волокна целлюлозы, частицы смол и металлов, пыль. При работе трансформатора концентрация таких частиц, как волокна целлюлозы, крупицы металла и смолы, нарастает по мере старения материалов. Они разносятся по всему объему при принудительной циркуляции масла. При местных перегревах и частичных разрядах нарастают также концентрации углеводородных частиц.

Экспериментальные исследования показали [1], что при распределении примесей по размерам в трансформаторном масле наблюдается тенденция к смещению в сторону субмикронных частиц.

Исследования также выявили [2], что примеси, имеющие размер менее 5 мкм, являются наиболее опасными для функционирования силового трансформатора, так как они занимают примерно 95 % от общего числа загрязнителей в масле и в основном являются продуктами его окисления.

Анализ отказов силовых масляных трансформаторов длительной эксплуатации показывает, что среди причин повреждений – увлажнение, загрязнение трансформаторного масла, в том числе продуктами старения [3]. Основным фактором, определяющим реальный срок службы силовых трансформаторов, является твердая изоляция. Ее состояние существенно зависит от качества залитого эксплуатационного трансформаторного масла и протекающих в нем процессов [4–5].

В связи с этим актуальной задачей электроэнергетики является своевременная очистка масла силовых трансформаторов от различных видов примесей.

Цель работы – описание процесса очистки трансформаторного масла от влаги, кислот, механической грязи, а также нежелательных компонентов – непредельных углеводородов и асфальтосмолистых веществ.

Для регенерации отработанных масел применяют разнообразные технологические операции, основанные на физических, физико-химических и химических процессах [6].

В качестве технологических операций обычно соблюдается следующая последовательность методов:

• механический – для удаления из масла свободной воды и твердых загрязнений (фильтрация, центрифугирование, отстой);

• теплофизический – выпаривание, вакуумная перегонка;

• физико-химический – коагуляция, адсорбция;

• химический, если недостаточно предыдущих методов. Он связан с применением более сложного оборудования и с большими затратами.

В эксплуатационном трансформаторном масле содержится вода, которая образуется в процессе старения масла и изоляции, а также вода, попадающая в масло из окружающей среды. Вода представляет собой наиболее опасную примесь в масле, поскольку даже небольшое ее количество значительно снижает пробивное напряжение трансформаторного масла.

Наиболее эффективен адсорбционный способ, суть которого заключается в очистке масел с помощью твердых пористых тел, называемых адсорбентами. Примеси задерживаются на поверхности и во внутренних порах адсорбентов.

Адсорбционная очистка может производиться следующими способами: перколяционным, контактным или методом противотока. Так, при перколяционном способе отработанное масло фильтруется через слой зерненого адсорбента (чаще всего силикагеля), загруженного в вертикальный цилиндрический сосуд.

При контактной очистке восстанавливаемое масло при 70–75 °С контактирует (перемешивается) с порошкообразным адсорбентом в течение определенного времени, а затем освобождается от адсорбента на фильтре-прессе. Мелкая фракция адсорбента и температура обеспечивают достаточно высокую скорость массообмена, и очистка масла проходит быстро. К недостаткам контактной очистки следует отнести необходимость утилизации большого количества адсорбента, загрязняющего окружающую среду.

При методе противотока масло и адсорбент движутся навстречу друг другу.

Наиболее перспективный метод – адсорбционная очистка масла в движущемся слое адсорбента, при котором процесс протекает непрерывно, без остановки для периодической замены, регенерации или фильтрования адсорбента, однако применение этого метода связано с использованием довольно сложного оборудования.

В качестве адсорбентов для осушки и очистки масел можно использовать силикагель, окись алюминия, алюмосиликатные соединения, отбеливающие глины, синтетические цеолиты [7–8].

Авторами статьи была изготовлена партия многослойных керамических мембранных фильтроэлементов со средней пористостью 3 мкм [8] и произведена очистка экспериментальных проб трансформаторного масла, полученных на объектах СРП «Энерготаъмир». Селективный слой керамических мембран формировался послойным нанесением керамической суспензии на основе 20 мкм порошка и после просушки – суспензии на основе 5 мкм порошка. Предварительная фильтрация масла керамическими мембранами позволила удалить механические примеси с угольными проводящими компонентами. Для оценки влияния угольной составляющей на пробойное напряжение был проведен анализ исходного отфильтрованного масла (табл. 1).

 

Таблица 1

 

Электрофизические свойства исходного отфильтрованного масла

Электрофизические свойства масла

Значение

Электрическая прочность

35,5 кВ

Содержание воды

Присутствует

Механические примеси

Не определены

Содержание взвешенного угля

Присутствует

Цвет

Темно-коричневый

Содержание органических кислот (в мг КОН на 1 г масла)

0,27

(норма до 0,02)

Температура вспышки

148 °С

(норма до 135 °С)

Тангенс угла d при 30 °С

2,01 %

Тангенс угла d при 70 °С

5,83 %

Тангенс угла d при 90 °С

11,21 %

 

Результаты данного исследования отработанного масла на содержание мелкодисперсных механических примесей показали, что основная масса частиц находится в субмикронной области распределения (рис. 1). Это подтверждает предположение о том, что наиболее вредные частицы в трансформаторном масле – меньше 5 мкм. Результат был получен на лазерном дифракционном анализаторе частиц (фирма Malvern Ltd). Образец отработанного трансформаторного масла был взят с объекта СРП ОАО «Энерготаъмир» (с трансформатора, работающего с 1970 г.).

 

 

Регенерация отработанного масла осуществлялась по замкнутой схеме, разработанной авторами статьи [9–10]. Очищенные от механических примесей образцы масла при температуре 50–70 °С были пропущены через крупнопористый силикагель для удаления продуктов старения трансформаторного масла. Общее время контакта масла с адсорбентом составляло 4 ч. После адсорбента масло фильтровалось через керамические мембраны.

Анализ масла показал его высокие диэлектрические свойства (табл. 2), и масло вполне соответствовало требованиям нормативных документов (RH 34-301-633:2011 и ГОСТ 6370-83).

 

Таблица 2

 

Электрофизические свойства очищенного масла
(силикагель + мембрана)

Электрофизические свойства масла

Значение

Электрическая прочность

60 кВ

Содержание воды

Отсутствует

Механические примеси

Отсутствуют

Содержание взвешенного угля

Отсутствует

Цвет

Желтый

Содержание органических кислот (в мг КОН

на 1 г масла)

0,019

(норма – до 0,02)

Температура вспышки

151,5 °С (норма – до 135 °С)

Тангенс угла d при 20 °С

0,02 %

Тангенс угла d при 70 °С

0,10 %

Тангенс угла d при 90 °С

0,30 % (норма – до 1,7 %)

 

В ходе исследования проводился мониторинг спектрального коэффициента пропускания трансформаторного масла для оценки его визуальной прозрачности в видимом диапазоне спектра. На рис. 2 показаны спектральные зависимости коэффициентов пропускания трансформаторного масла до очистки и после адсорбционной очистки (силикагель + керамическая мембрана). Из графика видно, что адсорбционная очистка привела к существенному осветлению трансформаторного масла.

 

 

Выводы

 

1. Распределение примесей по размерам в трансформаторном масле обнаруживает тенденцию к смещению в сторону субмикронных частиц. Примеси, имеющие размер менее 5 мкм, являются наиболее опасными для функционирования силового трансформатора.

2. Своевременная очистка масла от различных видов примесей позволяет продлить срок службы силовых трансформаторов на несколько лет, что существенно повышает экономическую и энергетическую эффективность энергетических объектов.

3. Отличительная особенность керамических мембранных фильтров перед бумажными фильтрами заключается в том, что их можно использовать несколько раз, то есть они регенерируемые.

4. В настоящее время авторами статьи разрабатывается мобильная установка на базе керамических мембран, которая позволяет регенерировать масла на месте эксплуатации силового трансформатора.

 

Темур САЛИХОВ,
доктор технических наук, профессор, заведующий лабораторией Института материаловедения Академии наук Республики Узбекистан,
Валерий КАН,
кандидат технических наук, старший научный сотрудник Института материаловедения Академии наук Республики Узбекистан,
Дилмурод ЮСУПОВ, младший научный сотрудник Института энергетики и автоматики Академии наук Республики Узбекистан

 

(Статья поступила в редакцию 04.03.2016 г.)

 

Литература

 

1. Каменчук Я. А., Писарева С. И. Изменение содержания ингибиторов окисления и парамагнитных центров в процессах старения нефтяных трансформаторных масел // Нефтехимия. – 2006. – № 5.

2. Курочкин А. С., Курочкин С. А., Львов Е. В., Осадчий В. Л. Метод сверхглубокой очистки трансформаторного масла – http://forca.ru/stati/podstancii/metod-sverhglubokoy-ochistki-transformatornogo-masla.html.

3. Соколов В. В. и др. Вопросы оценки и обеспечения надежности силовых трансформаторов. – Екатеринбург: Издательский дом «Автограф», 2010.

4. Высогорец С. П., Васильев А. П. Оценка качества эксплуатационных масел силовых трансформаторов напряжением 35–110 кВ // Научно-технические ведомости Cанкт-Петербургского государственного политехнического университета. – 2013. – № 1.

5. Черкашина В. В. Анализ эффективности методов оценки механической прочности целлюлозной изоляции высоковольтных трансформаторов // Интегрированные технологии и энергосбережение. – 2006. – № 4.

6. Горбунов Н. И. и др. Повышение эффективности регенерации отработанного масла // Вicник СевНТУ: зб. наук. пр. – 2011. – Вип. 122.

7. Коваль Е. А. и др. Адсорбционная очистка отработанного трансформаторного масла с использованием промышленных монтмориллонит содержащих сорбентов // Известия Томского политехнического университета. – 2007. – № 3.

8. Кипелов Б. Г., Мезенцев А. И. Контактная очистка отработанных трансформаторных масел отбеливающими землями зикеевского месторождения // Электро. – 2002. – № 5.

9. Салихов Т. П., Кан В. В., Уразаева Э. М., Саватюгина Т. М., Арушанов Г. М., Кан С. Н., Юсупов Д. Т. Пористая структура керамических мембран для тонкой очистки технологических жидкостей нефтегазовой отрасли // Научно-технический журнал ФерПИ. – 2015. – № 3.

10. Салихов Т. П., Кан В. В., Аскаров Ш. Ш., Юсупов Д. Т. Экономические аспекты регенерации трансформаторного масла // Проблемы информатики и энергетики. – 2014. – № 3–4.

11. Салихов Т. П., Кан В. В., Юсупов Д. Т. Метод циркуляционной промывки трансформаторов с использованием адсорбентов и керамических мембран // Научно-технический журнал ФерПИ. – 2014. – № 4.

 

УДК 621.314.2

© Салихов Т. П., Кан В. В., Юсупов Д. Т., 2016

 

Контакты

Беларусь: 220121, г. Минск
а/я 72
Тел.: +375 (17) 385-94-44,
385-96-66

Факс: +375 (17) 392-33-33
Gsm: +375 (29) 385-96-66 (Vel)

Е-mail: energopress@energetika.by
E-mail отдела рекламы:
reklama@energetika.by

© ОДО Энергопресс, 2003—2009. Все права защищены.
Мониторинг состояния сайта
Создание сайта Атлант Телеком