Отмыть от трансформаторного масла
Масло в трансформаторе – рабочая жидкость. Передает тепло в систему охлаждения, служит изоляцией для ткани, бумаги или картона, повышая у них пробивное электронапряжение. Благодаря маслу агрегат работает в режиме высоких температур. Но постепенно жидкость снижает химические и электростатические свойства, загрязняется, окисляется. В ней скапливаются примеси, взвеси, шлаки, соли металлов от попадания влаги, прямых солнечных лучей. Если своевременно провести регенерацию (очистку) трансформаторного масла, то трансформатор не выйдет из строя раньше времени, не произойдет поломок в системе изоляции.
Зачем нужно восстановление
Восстановление очищающей жидкости производится путем нагревания в специальных установках. Если кислотное число опускается до 0,1 мг, значит, трансформаторная система забита продуктами старения, а отвод перегрева и тепла значительно снижен.
Рабочая жидкость по мере эксплуатации трансформатора неизбежно увлажняется, загрязняется, окисляется активными веществами. Также негативизм оказывают:
- воздействие электрического поля;
- постоянно высокие температуры;
- попадание кислорода, прямых солнечных лучей, солей, металлов, влаги, грязи в процессе усадки изоляционных материалов (целюлоза, лаки).
Восстановление параметров масла в процессе дегазации, дегидратации, прокачки, механической фильтрации:
- позволит повысить его оптимальные свойства;
- очистить от продуктов распада;
- увеличить межфазное напряжение до 40дн;
- снизить содержание влаги на 10 ppm, степень кислотности 0,02 мгм КОН;
- увеличить пробивное напряжение на 70 кВт.
Справка! В идеале лучше заменять отработанное масло в трансформаторе на свежее.
Это обходится дорого, поэтому в качестве выгоды и экономии можно сохранить ценное сырье известными эффективными способами. Главное – восстановить маcло вовремя, чтобы загрязнение не привело к сокращению охлаждающей способности, повышению вязкости и сбою работы силового электротехнического оборудования.
Выполнение анализа
Анализ на уровень загрязнения и окисления – неотъемлемая процедура, позволяющая:
- выявить причину, степень износа масла и изоляционных материалов;
- обозначить оптимальный способ для устранения неполадок;
- дать прогнозы на срок службы агрегата.
Анализ проводится полностью на предприятиях-изготовителях в ходе приемочных испытаний. Диагностике подлежат силовые агрегаты после капитального ремонта с мощностью 630 кВт и выше или неоснащенные термосифонными фильтрами. Берется на пробу 2 л масла.
Жидкость в ходе процедуры проверяется на:
- внешний вид;
- цвет;
- вязкость;
- кислотное число;
- температуру вспышки и застывания;
- содержание примесей (%);
- показатель пробивного напряжения;
- степень стабильности рабочей жидкости против диэлектрических потерь и окисления;
- зольность;
- содержание серы.
Для определения качества и цвета масла, температуры вспышки в закрытом тигле, реакции вытяжки воды может проводиться сокращенная диагностика с целью профилактики, контроля качества.
Способы регенерации трансформаторного масла
Используются разные методы очистки с учетом степени, характера загрязнения рабочей жидкости:
Физические способы
Удаляются исключительно механические твердые примеси: смолы, частицы металлов, взвешенная грязь). Варианты:
- вакуумная сушка;
- фильтрация под силовым давлением;
- обработка магнитными полями;
- центробежная очистка;
- гравитационное отталкивание;
- дистилляция;
- обезвоживание нефтяных масел.
Физико-химические
Способы, позволяющие удалить из рабочей жидкости как загрязнения, так и:
- мелкодисперсные крупные частицы;
- вещества химического происхождения;
- сернистые кислородные соединения, снижающие вязкость и температурные свойства масла.
Коагуляция
Используются специальные коагулянты (органические электролиты, гидрофильные соединения, коллоидные растворы) для растворения крупных мелкодисперсных частиц. Процедура по отстаиванию, коагуляции проходит за 30-40 минут.
Заметка! Хорошо прилипает грязь к неорганическим электролитам.
Благодаря им изменяются свойства двойного электрического поля, нейтрализуются на поверхности масла заряды. Другие неплохие коагулянты для регенерации отработанной жидкости – серная кислота (38%), алкилбензол – и, алкилтолуолсульфонаты. Хотя с их помощью невозможно удалить крупные примеси. В дополнение рекомендуется проводить отстаивание, центрифугу, фильтрацию.
Адсорбция
Способ основан на использовании природных и химических адсорбентов, притягивающих к себе грязные вещества. Вариант сорбционной очистки – перколяция заключается в:
- заливе адсорбента (до 200 л) в цилиндрический сосуд или термосифонный фильтр;
- пропуске очищающего масла через них;
- установке оптимальной температуры для снижения вязкости масла.
Рабочая жидкость начинает непрерывно циркулировать в системе, перемешивается с молотым сорбентом, постепенно очищается по мере повышения теплового движения сорбирующих молекул. Время для процедуры – 25 40 минут.
Селективная очистка
Применяются растворители: ацетон, фенол, фурфурол, нитробензол, метилэтилкетон. Они выборочно растворяют:
- химически сложные азотные, сернистые, кислородные соединения;
- кислотные загрязнения.
Химические способы
Для регенерации масла могут использоваться химические варианты с использованием реагентов (серная кислота, водород, карбонат натрия, гидроокись водород):
- Сернокислотная очистка.
- Щелочная очистка (карбонат натрия, тринатрийфосфат) для обработки нефтепродуктов.
Дополнительная информация! Бывает, что на производстве производители используют гашеную известь. Затем очищают масло горячим воздухом (t + 90 градусов) путем сушки в вакууме, продувания, прогона через центробежный сепаратор.
Сернокислотная
Концентрированная серная кислота обрабатывает:
- продукты распада;
- нефтепродукты.
Хотя вместо очистки кислота может образовывать соединения хлора и кислый гудрон, неподдающиеся утилизации.
Данный метод используется редко, т.к. не может удалять из трансформаторного масла высокотоксичные хлористые соединения, полициклические арены.
Гидрооочистка
Очищает рабочую жидкость водород под высоким давлением и температурой. Хотя его нужно много, поэтому использовать невыгодно.
Справка! Гидроочистка с водородом при повышенном давлении – один из самых экологически чистых, но дорогих методов.
Комбинированные методы
Если знать природу и характер отработанных продуктов старения для удаления твердых механических примесей и воды, то можно регенерировать масло комбинированными вариантами:
- фильтрация и отстой;
- обезвоживание и отгон воды;
- обработка сорбентами, ПАВ, кислотами, щелочью.
Методы удаления влаги
Чтобы удалить излишки жидкости из масла проводится:
- Гидровакуумная сушка.
- Центрифуга.
- Дегазация.
- Ультразвуковая кавитация.
Именно вода часто попадает из окружающей среды, провоцирует быстрое старение трансформаторного масла и резкое увеличение уровня влаги.
Центрифуга
Установка центрифуги путем подачи центробежной силы позволяет удалять воду и механические примеси, разделяя их на фракции.
Стоит знать! Хорошо очищает центрифуга в сочетании с фильтром-прессом. Особенно, если рабочая жидкость функционирует в трансформаторах с напряжением до 110кВ.
Термовакуумная сушка
Для сушки используются цеолиты в составе алюмосиликат кальцием, натрием. Метод позволяет удалить воду, высушивать масло при пропускании через фильтрующий слой. Так жидкость начинает проникать в поры и удерживаться в цеолитах.
Ультразвуковая кавитация
Метод основан на применении ультразвука. По мере размещения в масле он начинают образовывать пузырьки, собирать излишки газа и воды. Затем они попросту всплывают вверх, выводятся совместно с примесями.
Чистка и дегазация
Чистка не восстанавливает естественный цвет масла до желтого, не растворяет кетоны, альдегиды и кислоты. Но если проводить в сочетании с другими методами, то позволяет вывести грязные осадки. При процессе масло нагревается, пока температура не достигнет точки растворения грязи в трансформаторе и целлюлозной изоляции.
В процессе дегазации используется вакуум, заполненный кислородом. Масло с его помощью продувается. Далее кислород заменяется азотом и попросту выветривается наружу. Азотная защита создает подвижную пленку на поверхности масла, изолирует в расширителе от соприкосновения с атмосферным воздухом, позволяет сохранять нормальное атмосферное давление в пространстве трансформатора.
Подпитывать рабочую жидкость азотом рекомендуется 1 раз в 2 месяца.
Справка! При очищении само масло становится растворителем собственных продуктов распада.
Если проводить на месте, то повышается пробивное напряжение на 70 кВт, снижается содержание грязей на 10 ррт и кислотность на 0,02мгм, увеличивается межфазное напряжение до 40дн.
Как выполнить замену
Замена масла проводится поэтапно:
- Берутся пробы.
- Жидкость сливается, полностью опустошается трансформатор с целью выведения скоплений грязи.
- Промываются, продуваются внутренние узлы трансформатора через смотровое отверстие.
- Материал регенерируется.
К сожалению, вывести всю грязь между обмотками в системе охлаждения простой заменой масла невозможно. Если останутся частицы, то даже при заливе новой жидкости осадочные загрязнения быстро окислятся вновь.
Важно! Замена очищает внутреннюю поверхность не более чем 10%. Для полного восстановления по масла стоит проводить регенерацию подходящим вышеописанным способом.
Техника безопасности
Масло очищается под напряжением или с использованием ядовитых, легко воспламеняющихся жидкостей. При работе важно соблюдать безопасность:
- Проводить обслуживание оборудования, наполненного маслом, могут люди только с допуском, знакомые с устройством и принципом действия регенерационной установки.
- Нельзя жечь спички во избежание взрыва смесей в камере выключателя. Даже после того, как масляный выключатель тока будет полностью отключен.
- Соблюдать меры предосторожности при работе с серной кислотой.
- Очищать масло под напряжением только, если невозможно отключить электроэнергию от трансформатора.
- При проведении адсорбции проследить, чтобы бы уровень масла в расширителе не снизился более 50% по отношению к верхней первоначальной отметке.
- Проводить работы исключительно в спецодежде из капронового пластика либо пропитанной раствором диаммонийфосфата. Иначе при движении масла под действием высоких температур возможно раздражение кожи, ожоги.
- Надевать респиратор, противогаз, маслослойные резиновые перчатки при работе с высоковольтным оборудованием, заполненный маслом.
Регенерация рабочей жидкости обычно проводится на месте установки трансформатора. Масло выливается в технологическую емкость. Далее подключается оборудование, производится обработка до тех пор, пока рабочая жидкость не будет соответствовать нормам показателей качества. После ее можно вновь залить в бак трансформатора и использовать по назначению. Если проводить процесс по всем правилам, то на выходе даже самое загрязненное масло будет очищено и соответствовать свежему на 75-80%.
Трансформаторные масла используются в качестве жидкой изоляции и теплоотводящей среды в электротехнической аппаратуре, например, в трансформаторах, масляных выключателях, конденсаторах высокого напряжения, силовых кабелях. В масляных выключателях масла выполняют функцию дугогасящей среды.
Трансформаторные масла получают глубокой очисткой нефтяных масел различными способами. При этом нефти различных месторождений отличаются химическим составом, что оказывает существенное влияние на физико-химические показатели и углеводородный состав масел, получаемых из них.
С развитием техники ужесточились требования, предъявляемые к чистоте трансформаторных масел. Сроком эксплуатации трансформатора, в действительности, является срок жизни изоляционной системы (т.е. трансформаторного масла). В процессе эксплуатации масел в них накапливаются продукты окисления, загрязнения и другие примеси.
При появлении в масле кислорода и воды, трансформаторное масло окисляется даже при идеальных условиях. На состояние изоляционного масла также влияют загрязнения, появляющиеся от твердых материалов трансформатора, которые растворяются в масле.
Кислоты, образовавшиеся в процессе окисления, действуют на углерод и металлы и создают мыльный металл, альдегид, спирт, которые осаждаются как кислотные грязи (тяжелые вещества) на изоляции. Грязь появляется быстрее при сильно загруженном, горячем и не правильно эксплуатируемом трансформаторе. Грязь увеличивает вязкость масла, и тем самым, уменьшает его охлаждающую способность, что ведет к сокращению службы трансформатора.
Рыбаков К.В. в своей работе «Очистка нефтепродуктов от механических примесей и воды» предложил следующую схему классификации загрязнений топлив и масел (см. схему 1).
Схема 1. Классификация загрязнений топлив и масел
Целью очистки (регенерации) трансформаторного масла является извлечение из него влаги, кислот, механической грязи, а также нежелательных компонентов, таких как непредельные углеводороды, асфальто-смолистые вещества, сернистые и азотистые соединения. Для регенерации отработанных масел применяют разнообразные технологические операции, основанные на физических, физико-химических и химических процессах.
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 первых трех; он связан с применением более сложного оборудования и большими затратами.
В эксплуатационном трансформаторном масле содержится вода, образующаяся в процессе старения масла и изоляции, а также вода, попадающая в масло из окружающей среды. Вода является наиболее опасной примесью в масле, т.к. даже небольшие ее количества значительно снижают пробивное напряжение трансформаторного масла.
В эксплуатируемом масле вода находится в растворенном, капельном и дисперсном состоянии (в виде эмульсии). Между этими состояниями воды существует определенное равновесие, зависящее от температуры, давления и содержания стабилизирующих присадок.
Для удаления капельной и дисперсной воды целесообразнее применять методы центрифугирования и фильтрации. Молекулярно растворенная вода, которая не может быть отделена от масла в сепараторе, удаляется методами вакуумирования или адсорбции. Адсорбционный способ, суть которого заключается в очистке масел с помощью твердых пористых тел, называемых адсорбентами является наиболее эффективным. Примеси задерживаются на поверхности и во внутренних порах адсорбентов.
Адсорбционная очистка может осуществляться одним из трех способов:
1.Перколяционный.
2.Контактный.
3. Методом противотока.
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 оС 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 третьем способе – масло и адсорбент движутся навстречу друг другу.
Наиболее перспективным методом является 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.
Как правило, на линиях очистки трансформаторных масел применяется блок адсорберов, состоящий из четырех патронов на 50 кг каждый. Один патрон наполнен цеолитами (типа NaA), наиболее эффективно очищающими масло от растворенной воды. Целесообразнее осушку масла цеолитами производить при пробивном напряжении масла 10 кВ и более. Динамическая активность цеолитов типа А при осушке электроизоляционных масел составляет 7-16%.
Три остальных патрона заполнены силикагелем КСКГ, очищающим масло от продуктов окисления, непредельных углеводородов, асфальто-смолистых, сернистых и азотистых соединений. Кроме вышеназванных веществ силикагель способен поглощать и растворенную воду, поэтому, предочистка масла цеолитами способствует более длительной работе силикагеля.
Блоки адсорберов могут состоять из различного количества патронов, заполненных цеолитами и силикагелем в различных соотношениях.
Такие блоки адсорберов установлены на многих станциях, стендах и линиях очистки трансформаторных и нефтяных масел, таких как ЛТМ – 901 и ЛТМ – 902, МЦУ – 4С и МЦУ – 4ЦС, РИФ 3-5 и др.
Наиболее эффективной и быстрой является очистка за один проход, когда масло после УВМ (установка восстановления масла) подается в чистую емкость. При этом пробивное напряжение масла на выходе возрастает в несколько раз, в зависимости от производительности установки. При невозможности очистки за один проход применяют циркуляционный метод, когда масло после УВМ возвращается в исходную емкость. В этом случае величина пробивного напряжения масла в емкости зависит от кратности прохода всего объема масла через линию, возрастая постепенно от исходного значения до предельного (для соответствующей производительности) на выходе.
Для не очень загрязненных масел достаточна 2-3 кратная циркуляция, а для сильно загрязненных кратность циркуляции необходимо увеличить до 5-7.
К примеру, линия очистки ЛТМ обеспечивает очистку масла по следующим показателям:
— уменьшения содержания воды до 10-20 г на 1т масла;
— снижения его кислотности в 10 раз;
— удаление механических примесей;
— повышение пробивного напряжения трансформаторного масла с 10-15 до 70 кВ.
Поскольку периодически адсорбенты необходимо регенерировать, к блокам адсорберов присоединяют блоки регенерации сорбентов, позволяющие очищать адсорбенты, не перегружая их из рабочих адсорберов. Они бывают различных типов, например:
1. БРПС – предназначен для регенерации синтетических и натуральных адсорбентов методом обработками токами высокой чистоты под вакуумом без дополнительной перегрузки, непосредственно в адсорбере отдельно стоящих установок МЦУ.
2. ПС-1 – предназначена для регенерации синтетических и натуральных сорбентов термовакуумным методом.
БР – блок регенерации, предназначенный для нагрева атмосферного воздуха и регенерации адсорбентов путем продувки горячим воздухом до 400оС.