для чего очищают трансформаторные масла
Очистка трансформаторного масла
Проблема старения парка силовых трансформаторов является достаточно актуальной. Это связано, главным образом, с высокими ценами на новое оборудование. Поэтому большинство электроэнергетических компаний старается оптимизировать свои финансовые затраты и продлить срок жизни трансформаторов, уже пребывающих в эксплуатации. Это обходится на порядок дешевле, а качество передачи и распределения энергии не страдает. Давайте попробуем разобраться в причинах старения силовых трансформаторов и возможных способах продления срока их эксплуатации. Один из вариантов экономии финансовых средств – установка фильтрации масел.
Причины старения трансформаторов
Но обо всем по порядку. Анализируя специальную литературу по теме эксплуатации маслонаполненного электротехнического оборудования, можно заметить, что чаще всего среди возможных причин старения трансформаторов называются:
В меньшей степени влияют неблагоприятные условия окружающей среды и эксплуатация в экстремальных условиях. Это обусловлено тем, что длительность воздействия таких факторов на трансформатор в отношении к времени его работы ничтожно масла, в то время как влажность, температура и кислород планомерно воздействуют на трансформатор и его составляющие.
Длительное влияние высоких температур неблагоприятно сказывается на изоляции трансформатора, ускоряя ее старение. В конченом итоге это может привести к сбоям в работе оборудования.
Если в системе изоляции присутствует влага, то это чревато разложением молекулярных цепей, ускорением процесса старения целлюлозы, а также ухудшением диэлектрических свойств.
Чаще всего влага проникает в трансформатор из воздуха, чему способствуют неправильно выполненные или стареющие прокладки и уплотнения. Стоит отметить, что водяной пар может образоваться в результате деградации бумажной изоляции. Чем выше уровень влажности, тем меньше электрическая прочность изоляции трансформатора.
При высоком уровне кислорода и влаги в масле образуются пузырьки, которые приводят к появлению пустот и локальных напряженностей. Это провоцирует пробои и аварии.
Загрязнение масла
Как известно, новое, «свежее» масло, предназначенное для эксплуатации в различного вида двигателях и системах, является не менее опасным и содержит в себе множество вредных веществ. Разговор не о качестве топлива, а возможности попадания влаги, газов или случайных примесей во время транспортировки или хранения.
Очистка масла
Поэтому, перед тем, как залить масло в трансформатор, его следует очистить. Новое масло не требует регенерации и восстановлении своих свойств. Фильтры используют для удаления вредных инородных частиц из масла.
Как показывают исследования, использование фильтров тонкой очистки является более эффективным. При фильтрации задерживаются нерастворимые в масле частицы, размеры которых превышают размеры фильтрующего элемента независимо от плотности этих частиц. В отложениях на фильтрах тонкой очистки остается большинство лишних органических веществ.
Для фильтрации масла чаще всего применяют фильтры поверхностно-адсорбирующего типа с тонкостью очистки до 5 мкм, однако имеются фильтры тонкой очистки, улавливающие и более мелкие частицы. Основная особенность этих фильтров (по сравнению со щелевыми и объемно-адсорбирующими) — большая фильтрующая поверхность.
Фильтр тонкой очистки служит для окончательной очистки топлива от мелких примесей и воды. Он установлен между топливным насосом и карбюратором. Топливо под давлением от топливного насоса по топливопроводу подводится в корпус фильтра и опускается в стакан-отстойник, где от него отделяется вода и другие примеси. Далее оно проходит через поры фильтрующего элемента, окончательно очищается и по топливоотводящему трубопроводу отводится в поплавковую камеру.
Установка фильтрации масел: как выбрать
На выбор того или иного продукта влияют разные внешние факторы: желание клиента, настроение продавца, погода и уровень атмосферного давления, воздух в помещении магазина и т.п.
Но выбор промышленной техники, хоть и очень часто зависит от таких же самых причин и обстоятельств, все-таки имеет ряд физических параметров, на основании которых формируется мнение будущего владельца.
Различные типы установок предназначенных для очистки от механических примесей разных рабочих жидкостей на нефтяной основе – индустриальных, энергетических масел и топлив – работают на основании методов фильтрации.
Большое количество компаний-производителей специализируется на производстве широкого диапазона продукции и услуг, в большом объеме выпуская на рынок установки для фильтрации трансформаторных, смазочных, гидравлических и турбинных масел, комплексные системы для регенерации рабочих жидкостей и прочее оборудование такого рода.
Приобретение техники для фильтрации отработанных масел позиционируется, как экономия денег и ресурсов, уменьшение проблем с авариями и простоями, а так же экологически приемлемой утилизацией отходов. При этом увеличивается срок службы промышленного оборудования, и компания входит в новомодные тренды современного международного рынка.
Технические характеристики
Стоит обратить внимание на некоторые технические характеристики, которым должна соответствовать установка для фильтрации масел. Среди них находятся следующие:
Согласно с исследованиями, проведенными General Motors и опубликованными в издании общества автомобильных инженеров (SAE), было определено, что срок службы двигателя может быть увеличен в восемь раз, при использовании фильтров для очистки частиц размеров 5мкм вместо стандартных 40 мкм.
Это значит, что процесс усовершенствования систем для фильтрации различных масел не прекращается и предлагает все новые и новые виды продукции.
Среди промышленников бытует старая поговорка о том, что масло не изнашивается, а только становится грязным. В любом случае надежность работы систем обуславливается отсутствием в масле загрязняющих компонентов.
Поэтому замена масла не так уж необходима. Срок его эксплуатации зависит от того, в какой «чистоте» его содержат.
Установка фильтрации масел замедляет темпы его старения, удаляет сажу и шлам, грязь, влагу и растворенные газы.
Однако, если вы выбираете такого рода оборудования, стоит отнестись к этому, как к выполнению домашней работы в школе – весьма ответственно. Не все системы для фильтрации масла равны между собой. Иногда, яркие рекламные проспекты специально разрабатываются, чтобы запутать клиента. Красивые бумаги, хотя и кажутся впечатляющими, но не являются научными доказательствами.
Клиенту следует убедиться, что установка для фильтрации масел прошла все необходимые испытания и имеет тому подтверждение.
Оборудование для фильтрации загрязненных масел может обеспечить для промышленного предприятия большие преимущества. Стоит только задать правильные вопросы при выборе установки и выбрать соответствующую концепцию для ее внедрения прежде, чем осуществить покупку.
Оборудование для фильтрации масла
Системы фильтрации трансформаторного масла предназначены для трансформаторов малого объема, в которых уровень загрязнения вредными частицами и газами довольно низкий. В установках для фильтрации масла компании GlobeCore используется одно- или многоступенчатая фильтрация для удаления твердых веществ и воды. Кроме этого, как и большинство масляных установок, системы для фильтрации масла GlobeCore мобильны и монтируются в специальных контейнерах и могут быть установлены на специальный полуприцеп.
Установки типа CMM (https://www.youtube.com/watch?v=xy1FT7EOc8Y) имеются в большом ассортименте, подобранных специально под различные условия эксплуатации, размеры предприятия и техники.
Относительная простота в управлении, системы мониторинга и контроля, программирование систем, а также выполнение индивидуального заказа – это перечень минимального набора сопутствующих услуг к системам фильтрации масла от компании GlobeCore.
Установка для фильтрации масла компании GlobeCore использует несколько видов фильтров, как грубой очистки, так и тонкой очистки. В т.ч. как фильтр используются много видов сорбентов.
На фотографии изображен Комплект полипропиленовых фильтров. Они бывают с тонкостью фильтрации 5 мкм и/или 1 мкм. Детально посмотреть характеристики можно на странице запасных частей или можете сразу звонить менеджеру для заказа.
Комплект фильтров с тонкостью фильтрации 5 мкм и/или 1 мкм.
Фильтроэлементы полипропиленовые.
Номинальная эффективность = 99,9%
Максимальный перепад давления при 500С – 2,5 бар
Максимальная производительность на один картридж 7000 л/час.
Геометрические размеры:
Примечание: Количество фильтроэлементов оговаривается отдельно
Очистка трансформаторных масел
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.
В качестве адсорбентов для осушки и очистки масел можно использовать: силикагель, окись алюминия, алюмосиликатные соединения, отбеливающие глины, синтетические цеолиты.
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 400 о С
Способы очистки трансформаторного масла
Восстановление масла
С течением времени, под влиянием температуры, солнечного света, контакта с воздухом характеристики масла ухудшаются. Поэтому для поддержания бесперебойной и безопасной работы трансформатора следует либо заменить масло, либо регенерировать его. Второй вариант представляется более предпочтительным. Он позволяет существенно сэкономить потребление природных ресурсов, а значит является более экологичным и экономически выгодным. Именно о нем и пойдет речь в данной статье.
Методов регенерации «отработки» существует немало. Они подразделяются на химические, физико-химические и физические.
Физические методы регенерации масла
Эти методы позволяют вывести из масла твёрдые механические примеси, небольшие объемы воды, некоторое количество смол и коксообразных веществ.
Одним из самых удобных методов восстановления масла является отстаивание. Его можно применять как самостоятельно, так и в качестве предварительного метода обработки. К недостаткам данного способа относится большие временные затраты и невозможность удаления более мелких примесей.
Другой широко используемый метод заключается в использовании центрифуги для очистки масла. При центрифугировании оно расслаивается на фракции: твёрдые вещества, само масло и вода.
Физико-химические способы обработки масла
Ниже представлены самые популярные методы данной категории.
Коагуляция — это процесс соединения небольших частичек в крупные при помощи коагулянта. После окончания коагуляции (она длится обычно меньше получаса) крупные частицы загрязнений извлекаются физическими способами: например, фильтрацией.
Селективная очистка представляет собой избирательное растворение тех примесей, которые наиболее негативно сказываются на характеристиках масла.
Адсорбция происходит за счёт способности некоторых веществ (адсорбентов) притягивать к себе загрязнения. Минусом этого способа является большое количество использованного адсорбента, которое необходимо потом утилизировать.
Химические методы обработки трансформаторного масла
К самым распространенным способам данной категории относятся:
Сернокислотная очистка (очищение масла концентратом серной кислоты. Трудно утилизируемым отходом данного метода является кислый гудрон. Другим минусом является то, что с помощью этого метода невозможно удалить из масла некоторые примеси);
Гидроочистка (пропускание через масло водорода, проходящее под высоким давлением и при высокой температуре. Этот метод отличается безопасностью, но при этом требует больших денежных затрат).
Выводы
Идеального способа регенерации использованного трансформаторного масла не существует, но оптимальная комбинация нескольких методов позволит добиться максимального результата.
Для чего очищают трансформаторные масла
Трансформаторное масло используются для изоляции находящихся под напряжением частей силовых трансформаторов, а также для отведения тепла и предохранения изоляции от увлажнения.
Эксплуатационные свойства трансформаторных масел закладываются еще на этапе выбора способа очистки при получении из нефтей. Именно тогда формируется химический состав будущей электроизоляционной жидкости. Маркировка трансформаторных масел производится в зависимости от их эксплуатационных свойств, а также областей применения. Новые трансформаторы требуют заливки исключительно свежих масел, не использовавшихся ранее. Все партии продукта должны поставляться вместе с сертификатом завода-производителя. Даже свежие трансформаторные масла перед заливкой в электрооборудование должны очищаться от механических примесей, газов и влаги (в случае необходимости).
Влияние примесей на трансформаторное масло
Обычно трансформаторным маслам приходится работать при повышенных температурах (порядка 70-80 ºС). Под воздействием кислорода воздуха масла окисляются, в результате чего из них выделяется нерастворимый осадок в виде шлама, кислот, воды и других продуктов старения.
В условии атмосферного давления в трансформаторном масле не должно пребывать более, чем 10% воздуха. В том случае, когда трансформатор оборудован азотной и пленочной защитой, масло дегазируют до остаточного газосодержания не более, чем 0,1% по массе.
Шлам может накапливаться на внутренних поверхностях элементов трансформатора, ухудшая циркуляцию масла и, соответственно, отведение тепла от нагревающихся частей. Также шлам снижает и электрическую прочность изоляции, поэтому его наличие очень нежелательно. Если не принимать никаких мер, то он может стать причиной возникновения аварии.
Кислоты – также нежелательный компонент трансформаторного масла. Они вызывают коррозию металлических поверхностей трансформаторного аппарата и разрушают хлопчатобумажную изоляцию. Обводнение приводит к понижению электрической прочности масла.
Влага может находиться в трансформаторном масле в виде осадка, эмульсии или же в растворенном состоянии. Последний случай не характеризуется влиянием на электрическую прочность и тангенс угла диэлектрических потерь масла, но может интенсифицировать процессы окисления, снижая стабильность электроизоляционных жидкостей. Продукт, предназначенный для заливки, должен полностью очищаться от эмульсионной влаги и влаги, находящейся в виде отстоя. Как видим, достижение нормированных значений электрической прочности и тангенса угла диэлектрических потерь не могут выступать окончательными и единственными критериями очистки.
Учитывая изложенное выше, можем констатировать, что стабильность масла к окислению является одной из важнейших характеристик. Среди других важных характеристик стоит отметить полное отсутствие воды и механических примесей, а также низкую температуру застывания, при которой масло будет оставаться подвижным даже при отрицательных температурах.
Другие характеристики трансформаторного масла
Электрическая прочность – это способность трансформаторного масла противостоять пробою. Основной характеристикой электрической прочности является величина пробивного напряжения. Она характеризует минимальное значения напряжения, при котором происходит резкое падение сопротивления масла и по нему начинает проходить электрический ток большой величины. На значение электрической прочности в наибольшей степени влияет наличие в трансформаторных маслах воды. Даже небольшое ее количество способно существенно снижать электрическую прочность.
Еще одна характеристика – диэлектрические потери в трансформаторном масле. Данный показатель дает представление о потерях, возникающих при воздействии на изоляционную жидкость переменного магнитного поля. На практике для оценки параметра пользуются тангенсом угла диэлектрических потерь. Справедлива следующая формулировка: меньшему значению тангенса угла соответствует меньшее значение потерь, возникающих в масле.
Энергетиков, конечно же, будет интересовать свойство трансформаторных масел работать в одном аппарате без осуществления замены. В среднем срок службы масла составляет от 5 до 10 лет.
Для оценки эксплуатационных свойств трансформаторных масел используют следующие показатели:
Способы очистки трансформаторного масла
Центрифугирование
Данный способ обработки масел состоит в удалении влаги и взвешенных механических частиц при помощи центробежных сил. Отметим, что использование центрифугирования позволяет удалять только влагу, находящуюся в состоянии эмульсии, а также твердые частицы с удельной массой больше удельной массы обрабатываемого нефтепродукта.
Основная отрасль применения центрифугирования – это подготовка масел к заливке в электрооборудование напряжением до 35 кВ и предварительная очистка. При длительной обработке возможно удаление из масла антиокислительных присадок, что будет способствовать окисляемости очищенного продукта.
Фильтрование
Суть данного способа – это пропускание загрязненного масла через специальные пористые перегородки, которые задерживаю существующие примеси.
Адсорбционная очистка
Адсорбционная очистка – это удаление из трансформаторного масла воды и прочих примесей при помощи специальных веществ природного или штучного происхождения – адсорбентов. Часто в качестве последних используются синтетические цеолиты, что вызвано их высокими поглощающими способностями, особенно в отношении молекул воды. Цеолиты позволяют удалять из трансформаторных масел влагу, находящуюся в растворенном состоянии.
Вакуумная обработка
Базовым элементом установок типа УВМ торговой марки GlobeCore является дегазатор. Данное оборудование может использоваться для очистки трансформаторных масел от механических примесей, воды и газов.
Отличительной особенностью установок УВМ является термически ускоренная вакуумная дегидратация и дегазация, характеризующаяся повышенной экономностью.
Кроме перечисленных применений установки GlobeCore также могут с успехом эксплуатироваться при монтаже, ремонте и эксплуатации маслонаполненного высоковольтного оборудования напряжением до 1150 кВ.