Дипломная (вкр): Регенерация трансформаторных масел

1.2.2 Трансформаторные масла из сернистых нефтей

Поскольку потребность народного хозяйства в трансформаторных маслах из года в год возрастает, возникает необходимость переработки сернистых нефтей восточных месторождений (Башкирия, Татария, Саратовская, Куйбышевская, Пермская и другие области), содержащих значительные количества парафина (до 6%), смол (до 35%) и серы (1,4-1,7%).

Трансформаторные масла из сернистых нефтей вырабатываются двух типов: селективной очистки и гидроочистки [19]:

а) Масла селективной очистки

Селективная очистка заключается в избирательном извлечении растворителем из трансформаторного дистиллята нежелательных компонентов. Действие селективных растворителей основано на различной растворимости в них отдельных групп химических соединений, составляющих дистиллят.

Технология селективной очистки масла следующая. Полученный на атмосферно-вакуумной трубчатой установке трансформаторный дистиллят подвергают фенольной очистке, затем проводят низкотемпературную депарафинизацию рафината, после чего депарафинированное масло очищают отбеливающей глиной. Фенол извлекает из трансформаторного дистиллята смолы, активные сернистые соединения и др. К трансформаторному маслу фенольной очистки добавляют антиокислительную присадку, так как без присадки это базовое масло не удовлетворяет требованиям по стабильности против окисления, особенно по образованию низкомолекулярных кислот в начале старения. Доказано, что в зависимости от применяемого растворителя (фенола или фурфурола) в готовом масле сохраняются в разных количествах естественные антиокислители - соединения, содержащие сульфидную серу и существенно влияющие на стабильность масла против окисления. В маслах фурфурольной очистки остается 0,56 % - 0,6 % сульфидной серы(62 % - 66 % от общего содержания серы), а в маслах фенольной очистки 0,24 % (около 45 % от общего содержания).

б) Масла гидроочистки

Прогрессивным способом очистки масел из сернистых нефтей является каталитическая гидроочистка - обработка трансформаторного дистиллята водородом при давлении 40 атмосфер и температуре 400 ^оС - 425 ^оС в присутствии алюмокобальтмолибденового катализатора. Масло этим методом получают по следующей схеме: гидрирование дистиллята - разгонка гидрогенизата -депарафинизация - доочистка адсорбентом.

При гидроочистке сера, содержащаяся в масляном дистилляте в виде сероорганических соединений, связывается с водородом с образованием сероводорода; непредельные углеводороды, а также смолистые соединения и частично ароматические углеводороды, гидрируются - насыщаются водородом. Образуется небольшое количество лёгких углеводородов, являющихся побочными продуктами гидрирования, которые могут быть использованы как товарные топлива. Выход масла при гидроочистке на 16-19 % выше по сравнению с селективной очисткой и 99 % в расчете на взятое сырье[19].

Кроме вышеперечисленных групп трансформаторных масел, различающихся по виду исходного сырья и способам очистки нефтяных дистиллятов, трансформаторные масла можно подразделить на следующие группы [19, 20]:

сырое - свежее товарное масло, соответствующее по качеству нормам ГОСТ или ТУ;

регенерированное - масло прошедшее обработку по одному из методов регенерации;

- восстановленное - регенерированное масло, стабилизированное присадкой;

- эксплуатационное - залитое в аппаратуру и находящееся в работе, показатели качества которого соответствуют установленным нормам на эксплуатационное масло (с момента введения в эксплуатацию до момента слива на регенерацию);

- отработанное - подлежащее сливу или слитое из оборудования вследствие несоответствия нормам на качество эксплуатационного масла по одному или нескольким показателям.

1.3 Основные показатели товарных, регенерированных и эксплуатационных трансформаторных масел

На энергопредприятиях применяются товарные отечественные масла следующих марок [21]:

ТКп (ТУ 38.101.890-81) - кислотной очистки из анастасиевской и бакинских нефтей; вырабатывается из малосернистых нафтеновых нефтей, путем кислотно-щелочной очистки, также с добавлением антиокислительной присадки ионол. Используется в электрооборудовании напряжением до 500 кВ. Уже снято с производства, заменять рекомендовано маслами высшими по классу, такими как ГК, ВГ.

Т-750 (ГОСТ 982-80) - кислотно-щелочной очистки и контактной доочистки из анастасиевской нефти;

Т-1500 (ГОСТ 982-80) - кислотно-щелочной очистки, карбамидной депарафинизации и контактной доочистки из бакинских нефтей;

ТАп (ТУ 38.101.0281-80) - адсорбционной очистки из анастасиевской нефти;

ТСп (ГОСТ 10121-76) - селективной очистки, низкотемпературной депарафинизации, контактной или гидроочистки из западно-сибирских нефтей;

ГК (ТУ 38.101.1025-85) - гидрокрекинга и каталитической депарафинизации из западно-сибирских нефтей; вырабатывается из малосернистой нефти, путем гидрокрекинговой очистки с добавлением антиокислительной присадки ионол. Используется в электрооборудовании высших классов напряжения, до 1150 кВ.

ГБ (ТУ 38.401.657-87) - селективной очистки каталитической депарафинизации из бакинских нефтей;

- АГК (ТУ 38.401.608-86) - каталитической депарафинизации остаточной фракции глубокого гидрирования лёгкого газойля каталитического крекинга из западно-сибирских нефтей; арктическое ГК, устойчиво даже при - 60^оС.

- МВ (ТУ 38.101.857-80) - кислотно-щелочной очистки из специальных дистиллятов бакинских нефтей ( предназначено для использования только в масляных выключателях).

Качество свежего трансформаторного масла, вновь поступившего на энергопредприятия и хранящегося в резервуарах (таре) масляного хозяйства, должно отвечать всем требованиям действующих ГОСТ и ТУ (таблица 2).

Таблица 2 - Основные показатели товарных трансформаторных масел[19]

Показатели качества на регенерированные и эксплуатационные масла приведены в таблице 3[19]:

Таблица 3 - Нормы качества трансформаторных масел

Сухое трансформаторное масло после залива в высоковольтное оборудование, работающее под различным напряжением, должно удовлетворять по электрической прочности следующим требованиям[19, 21]:

Напряжение , кВ Электрическая

прочность, кВ/см,

не ниже

до 15 …………………………………… 25

15-35 …………………………………… 30

60-220 ………………………………….. 40

330 и выше …………………………….. 50

Электрическая прочность масла, подготовленного в масляном хозяйстве для заливки в высоковольтную аппаратуру, должна быть на 5-10 кВ/см выше электрической прочности, приведенной в нормах на «масло после заливки в аппараты».

1.4 Старение трансформаторных масел в процессе эксплуатации

В процессе эксплуатации масло загрязняется, увлажняется, в нём накапливаются продукты окисления. При этом масло теряет свои химические и электрофизические свойства, происходит необратимый процесс его старения. Продукты старения в виде шлама накапливаются на активных частях трансформатора, что затрудняет отвод тепла. Масло стареет за счёт совместного воздействия на него кислорода воздуха и электрического поля. Активность кислорода усиливается в присутствии влаги, попадающей извне. Окислению масла способствуют высокие рабочие температуры, солнечный свет, присутствие металлов (особенно меди и её сплавов), являющихся катализаторами окисления. Обводнение и загрязнение масла механическими примесями также способствует старению масла. При наличии электрического поля в масле накапливается больше влаги, чем в тех же условиях, но при отсутствии электрического поля. Капли воды и частицы загрязнений располагаются в электрическом поле вдоль его силовых линий, что приводит к резкому снижению электрической прочности масла[18-20].

Процесс окисления масел в трансформаторах продолжителен, но ускоряется при качестве масел, не удовлетворяющем ГОСТ или ТУ, а также при повышении температуры, наличие осадков в трансформаторном баке перед заливом свежего масла и по другим причинам. Для высоковольтного оборудования характерно наличие значительной медной поверхности, являющейся активным катализатором старения масла. При отсутствии кислорода металлы на масло не действуют.

В результате изменения физико - химических свойств масла при окислении, его эксплуатационные свойства, как правило, ухудшаются. Основным показателем, характеризующим эксплуатационные свойства, является стабильность (устойчивость) его против окисления. Этот показатель зависит от химического состава исходного масляного сырья и процесса очистки масла. Многочисленными исследованиями установлено, что стабильные против окисления масла получаются при максимальном содержании в них нафтеновых и ароматических углеводородов с небольшим количеством циклов и длинными боковыми цепями. Имеющиеся в некотором количестве смолы тормозят реакции окисления. При глубокой очистке масла дымящей серной кислотой, стабильность его против окисления понижается гораздо больше, чем при удалении смол адсорбцией[19].

Скорость и направление окислительных процессов в масле зависят от температуры. Начиная с 60 ^оС скорость окисления возрастает вдвое при дальнейшем повышении температуры на каждые 10 ^оС.

При глубоком вакууме, то - есть при почти полном отсутствии кислорода, масло не окисляется. Аналогичное вакууму действие оказывает азотная защита в трансформаторах, при которой исключается контакт масла с кислородом и влагой воздуха и таким образом предотвращается окисление[18, 19, 22].

Металлы по каталитическому воздействию на окисление трансформаторных масел располагаются следующим образом: медь, латунь, никель, железо, цинк, олово и алюминий. Металлы катализируют окисление в том случае, когда они образуют соли с кислотами, что чаще происходит в присутствии воды и кислорода воздуха. Каталитическое действие металла прекращается, если он покрывается защитной пленкой, образуемой продуктами окисления. Помимо металлов и солей, окисление масел катализируют в той или иной мере органические соединения[18, 19].

Главным показателем, свидетельствующем о старение масла, является рост их кислотного числа, являющегося для трансформаторных масел критерием их годности[18, 22]. При этом следует иметь в виду не только величину кислотного числа, но и характер образующихся кислот. Растворенные в масле кислоты, в особенности низкомолекулярные, по отношению к металлам более агрессивны, чем высокомолекулярные, и поэтому даже кислая реакция водной вытяжки из масла может быть причиной его смены, особенно когда в масле присутствует влага. В сухом масле даже низкомолекулярные кислоты не представляют серьезной опасности.

Среди различных факторов, от которых зависит скорость окисления масла, первое место принадлежит кислороду. Установлено, что только часть кислорода (от 17 до 34 %), вошедшего в реакцию, остается в масле в виде свободных кислот. Остальной кислород образует соединения другого типа. Поэтому, хотя кислотное число является наиболее распространенным показателем химического изменения масла, его нельзя рассматривать как единственный и самый полный показатель окисления масла.

Водорастворимые низкомолекулярные кислоты на первичной стадии старения образуются во всех недоочищенных маслах, содержащих смолистые вещества и парафиновые углеводороды, и составляют 20 % - 60 % от общей суммы кислот, содержащихся в эксплуатационных трансформаторных маслах.

Вред причиняемый водой, не ограничивается снижением электрической прочности масла. В присутствии воды в масле под действием электрической дуги образуется почти в 3 раза больше угля, чем в сухом масле. Кроме того, при наличии свободной воды увеличивается каталитическая активность железа и происходит обильное выделение осадков из масла. В среднем считается, что влажное масло стареет в 5 раз быстрее, чем сухое. В присутствии воды быстрее происходит окисление масла, а также разрушение целлюлозной изоляции, особенно хлопчатобумажной, обмоток трансформаторов[19]. Кроме того, усиливается коррозионное воздействие масла на стальные части аппаратов и трансформаторов.

Вода является наиболее опасной примесью в масле, так как даже небольшое количество ее значительно снижает пробивное напряжение трансформаторного масла. Вода в эксплуатационном масле может находиться в виде раствора или эмульсии.

В электрическом поле все химические реакции протекают наиболее энергично. Тем не менее, установлено, что в основном электрическое поле влияет на осадкообразование, причем действие его выражается в коагуляции образующихся при окислении осадков, находящихся в масле в мелкодисперсном состоянии. Это способствует более интенсивному их отложению в масляной системе.

В процессе эксплуатации вязкость и температура вспышки масла незначительно увеличиваются в результате испарения легких фракций. В некоторых случаях температура вспышки понижается из-за разложения масла вызванного местным прогревом вследствие неисправности трансформатора, либо в случае попадания в масло небольшого количества светлых нефтепродуктов (бензина, керосина и тому подобного).

Срок службы масла в трансформаторах по нормам составляет 7-10 лет[19].

Установлено, что продукты физико-химических превращений масла, а также вредные примеси извне, составляют лишь незначительную часть общей его массы и могут быть удалены.

После извлечения загрязняющих веществ (регенерации) восстанавливаются первоначальные свойства масла и оно, как правило, может быть использовано повторно наравне со свежими маслами или в смеси с ними или с присадками. На этом и основан принцип регенерации масел.

Выбор метода очистки определяется характером содержащихся в масле загрязнений и продуктов старения: для одних масел достаточно очистки от механических примесей и воды, для других необходима глубокая переработка.

В процессе эксплуатации масел в них накапливаются продукты окисления, загрязнения и другие примеси, которые резко снижают качество масел. Масла, содержащие загрязняющие примеси, неспособны удовлетворять предъявляемым к ним требованиям и должны быть заменены свежими маслами. Отработанные масла собирают и подвергают регенерации с целью сохранения ценного сырья, что является экономически выгодным.