Технология регенерации трансформаторного масла с многократным восстановлением адсорбента в установке без его замены

Автором представлены результаты разработки технологии регенерации трансформаторного масла, особенностью которой является процесс восстановления свойств применяемого адсорбента непосредственно в установке без его замены.

Проблема регенерации трансформаторных масел существует, наверное, столько же, сколько и само трансформаторное масло. И практический опыт регенерации в мире, несомненно, можно оценивать, как положительный. Но, несмотря на несомненную экономическую эффективность и целесообразность регенерации, фактические объемы регенерируемых трансформаторных масел в странах СНГ очень незначительны. Так, в России из общего объема отработанных трансформаторных масел регенерируется не более 10%, остальное утилизируется в качестве печного топлива. При этом степень восстановления регенерируемых масел, как правило, далека от требований, предъявляемых к свежему маслу. Для сравнения, в таких странах, как Германия, Бельгия, Италия на регенерацию поступает 50% трансформаторного масла и более.

Основные факторы, объективно подтверждающие возможность высокой экономической эффективности регенерации:

Количество продуктов старения, присутствие которых в масле делает его непригодным к использованию в оборудовании (превышены предельно допустимые значения показателей старения) и удаление которых в результате регенерации позволяет получить практически свежее масло, составляет доли %. То есть, удалив продукты старения, масло в эксплуатацию может быть возвращено почти в полном объеме.

Расходы на регенерацию могут быть ниже 10% от стоимости свежего. Это означает, что практически свежее масло можно получить за 10% стоимости свежего. Чем же сдерживается более широкое применение такого эффективного метода, как регенерация? Основная причина, это отсутствие относительно недорогой и эффективной техники для регенерации. Да, зарубежные производители предлагают установки, позволяющие регенерировать масла с высоким качеством и почти без потерь (FLUIDEX, ENERVAC, FILTRVAC) но стоимость таких установок в 400-500 тыс. долларов существенный сдерживающий фактор широкого их применения.

Поэтому НИЦ «ЗТЗ-Сервис» (Запорожье) и ПКТБ «Электротехмонтаж» (Харьков) поставили задачу разработать технологию и изготовить оборудование, которое по всем параметрам, и техническим и ценовым более полно отвечало бы требованиям и возможностям рынка СНГ. Достижением цели, которая была поставлена и определена техническим заданием на проектирование, должно было быть создание технологии исключающей все технические недостатки, которые присущи применяемым сегодня методам. Практически все многообразие используемых регенерационных технологий сводится к следующему. Это, как правило, индивидуально изготовленное оборудование.

То ли контактная то ли перколяционная регенерация выполняется порционно, то есть, адсорбент после исчерпания его адсорбционной емкости подлежит удалению из установки и замене на свежий. Из недостатков таких технологий регенерации необходимо назвать следующие:

- высокая трудоемкость процесса, связанная с необходимостью перезагрузки адсорбента, включая его предварительную подготовку;

- экологические проблемы, связанные с необходимостью утилизации промасленного отработанного адсорбента;

- при контактном способе регенерации мелкодисперсными отбеливающими глинами возникают дополнительные трудноразрешимые проблемы с эффективной фильтрацией мелкодисперсной фракции (менее 5 мкм).

Все перечисленные проблемы удалось решить в разработанной технологии.

Основные технические задачи, поставленные перед разработкой:

- выбор эффективного и широкодоступного, а также многократно восстанавливаемого адсорбента;

- выбор оптимального гранулометрического состава адсорбента;

- разработка под выбранный адсорбент технологии его восстановления непосредственно в адсорбере, в котором выполняется регенерация;

- решение экологических вопросов, путем максимально полного окисления продуктов старения масла, удаляемых из отработанного адсорбента.

Основные особенности разработанной технологии

В качестве адсорбента выбрана активная окись алюминия, промышленно изготавливаемая в РФ. Оптимальный гранулометрический состав выбирался исходя из необходимости удовлетворения двум противоположным требованиям, с одной стороны обеспечить максимальную эффективность адсорбента, то есть минимальный размер зерна, и максимально допустимого гидравлического сопротивления слоя адсорбента, увеличивающегося с уменьшением размера зерна адсорбента. При этом необходимо было обеспечить максимальную однородность гранулометрического состава и отсутствие пылевидной фракции.

Была выбрана перколяционная схема регенерации, то есть схема, когда масло принудительно прокачивается через неподвижный слой адсорбента.

Наиболее сложной задачей была разработка технологии восстановления адсорбента непосредственно в том же адсорбере, в котором происходит регенерация масла. Но ее удалось решить, и разработанная технология восстановления адсорбента показала практически полное восстановление его свойств. Технологически восстановление адсорбента представляет собой процесс контролируемого термоокисления продуктов старения масла, поглощенных отработанным адсорбентом. Основными параметрами этого процесса является соблюдение необходимого температурного режима и обеспечение строго заданного расхода воздуха через адсорбент, как основного фактора окисления.

Для решения экологических проблем был разработан модуль полного окисления газообразных продуктов, образующихся на выходе из адсорбера во время реактивации адсорбента. Испытания этого модуля показали высокую его эффективность, на выходе из адсорбера в процессе реактивации адсорбента отсутствует дым и характерный для процесса окисления трансформаторного масла запах.

Разработанная технология явилась результатом сотен лабораторных экспериментов, проверок и отладки технологии на изготовленном макетном образце, а также на полномасштабной опытной установке. На базе опытной установки разработана схема с двумя параллельно работающими группами адсорберов (по 2 или 3 параллельных адсорбера). Это позволит обеспечить практически непрерывный режим работы - во время регенерации масла через одну группу адсорберов, в другой группе выполняется процесс реактивации адсорбента, затем группы адсорберов коммутацией запорной арматуры меняются местами.

Преимущества и особенности предлагаемой технологии

Минимальные трудозатраты при работе на установке. Многократное использование адсорбента позволяет работать без его замены на свежий, то есть обслуживание установки сводится к контролю процесса и своевременному переключению потока масла с одной группы адсорберов на другую. По практическому опыту эксплуатации на опытно - промышленной установке уже выполнено более 100 циклов реактивации адсорбента без признаков снижения его первоначальной адсорбционной емкости. По предварительным расчетам количество реактиваций может быть доведено до 400 до замены адсорбента;

Многократное использование адсорбента решает экологические проблемы, связанные с необходимостью утилизации значительных объемов промасленного адсорбента и вредными выбросами в окружающую среду;

Качество обработки позволяет получать на выходе из установки масло, по качеству, удовлетворяющему всем требованиям, предъявляемым к свежему маслу, включая стабильность против окисления. Стабильность против окисления, кроме высокой степени удаления продуктов старения, обеспечивается введением антиокислительной присадки, - в установке предусмотрен модуль подготовки и введения ионола.

Результаты испытаний установки

На опытно-промышленной установке в НИЦ «ЗТЗ-Сервис» регенерировано около 50 тонн эксплуатационного трансформаторного масла. Результаты регенерации, приведены в таблице 1.

Показатели	До регенерации	После регенерации
Цвет, баллы	3,5	2,0
Кислотное число, мгКОН/г	0,09	0,004
tgδ при 90°С, %	5,0	0,4
Поверхностное натяжение, мН/м	28,0	42,2
Содержание водорастворимых кислот и щелочей, мгКОН/г	0,02	отс.
Пробивное напряжение, кВ	23,4	68,3

По всем измеренным показателям масло удовлетворяет требованиям, предъявляемым к свежему маслу.

Выбор момента регенерации масла в трансформаторе

При решении вопроса о необходимости регенерации масла в трансформаторе, как правило, руководствуются положениями действующих нормативных документов. В РД 34.45-51.300-97 с изменениями и дополнениями (ОБЪЕМ И НОРМЫ ИСПЫТАНИЙ ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ), основном документе определяющем, что и когда необходимо делать с трансформаторным маслом, область риска в разделе 25 (Контроль качества трансформаторных масел при их эксплуатации) определяется следующим образом:

- «область «риска», когда ухудшение даже одного показателя качества масла приводит к снижению надежности работы электрооборудования и требуется более учащенный и расширенный контроль для прогнозирования срока его службы и (или) принятия специальных мер по восстановлению эксплуатационных свойств масла с целью предотвращения его замены и вывода электрооборудования в ремонт».

Таким образом, указанный нормативный документ допускает эксплуатацию трансформаторного оборудования с учащенным контролем состояния трансформаторного масла до достижения предельно допустимых значений.

Но, если с точки зрения обеспечения работоспособности оборудования это и можно считать допустимым, то, принимая во внимание влияние состаренного масла на ресурс оборудования, это означает неоправданно ускоренное и необратимое разрушение целлюлозной изоляции и расходование ресурса трансформатора в целом.

Многочисленные данные лабораторных исследований и практического опыта по оценке влияния продуктов старения масла на скорость разрушения целлюлозной изоляции убедительно говорят о том, что состаренное масло активно разрушает целлюлозную изоляцию и зачастую может определять ресурс трансформатора. Учитывая это, эксплуатационные нормы указанного нормативного документа (РД 34.45-51.300-97) необходимо признать неоправданно мягкими. Обеспечить существенное продление срока службы трансформатора, по мнению НИЦ «ЗТЗ - Сервис», возможно поддерживая степень старения масла на уровне не хуже значений ограничивающих область нормального состояния, а не предельно допустимых значений. Это также позволит существенно снизить затраты на регенерацию как самого масла, так и изоляционной системы в целом.

Заключение

Технологические установки на базе представленной технология регенерации трансформаторного масла обеспечивают восстановление масла с высокой экономической эффективностью без ущерба окружающей среде. Своевременная регенерация трансформаторного масла позволит значительно повысить надежность эксплуатации трансформаторного оборудования и существенно продлит срок его эксплуатации.