Регенерация трансформаторных масел - Установки для адсорбционной очистки

В разделе рассматриваются установки как для контактной очистки, так и для фильтрования через зерненые адсорбенты. Современные адсорбционные установки выпускаются в комплекте с аппаратурой для вакуумной сушки масла. Такое сочетание позволяет одновременно восстанавливать физико-химические свойства масел и повышать их электрическую прочность. Регенерация и сушка масла в одном последовательном технологическом процессе экономически выгоднее и технически целесообразнее, чем раздельное применение адсорбционной установки и центрифуги, даже вакуумной.

Установка РИМ-62

Московский машиностроительный завод «Реготмас» выпускает установки РИМ-62 для контактной очистки отработанных масел. Установка (рис. 35) состоит из контактной мешалки (внутри которой предусмотрен электрообогрев или паровой змеевик), фильтрпресс а, скальчатого насоса и электродвигателя. На крышке контактной мешалки расположено перемешивающее устройство — лопастная мешалка с электродвигателем. Техническая характеристика установки РИМ-62 приведена ниже:
Производительность, кг/ч 50—90
Число циклов регенерации за смену            2
Расход пара, кг/ч          25
Мощность, кет                                                      .
электродвигателя привода перемешивающего устройства 0,6
насоса 0,6
электронагревателя 6.3
Фильтрующая поверхность рамочного фильтрпресса,                                                2
Производительность скальчатого наcoca, л/ч       240
Технологический процесс, осуществляется по следующей схеме. Предварительно обезвоженное отработанное трансформаторное масло (200 кг) заливают в мешалку и нагревают до 70—80° С. При этом через каждые 10—15 мин периодически включают перемешивающее устройство для равномерного и быстрого нагрева масла. При непрерывном перемешивании в мешалку подают адсорбент (отбеливающую глину, отсев алюмосиликатного катализатора и др.) в количестве, необходимом для получения кондиционного регенерированного масла (рабочий контроль — по кислотному числу и реакции водной вытяжки). Продолжительность контактирования 30 мин. После контактной обработки смесь масла с адсорбентом при непрекращающемся перемешивании забирают скальчатым насосом и подают на фильтрпресс, откуда регенерированное масло поступает в емкость.
Количество отбеливающей глины, подаваемой в мешалку, зависит от степени отработанности масла (величины кислотного числа). На установке типа РИМ-62 могут быть восстановлены отработанные трансформаторные масла с кислотным числом не более 0,25 мг
КОН/г при обработке неактивированной отбеливающей глиной и до 0,6—0,7 мг КОН/г — при обработке масла адсорбентом, активированным газообразным аммиаком. В последнем случае над контактной мешалкой устанавливают адсорбер, в который засыпают адсорбент в количестве, необходимом для контактной обработки масла, и проводят активацию его газообразным аммиаком, подаваемым из баллона.

Рис. 35. Установка РИМ-62: а — общий вид; б — технологическая схема.

1. — электронагреватели; г — электродвигатель перемешивающего устройства; 3 — контактная мешалка; 4 — скальчатый насос; о — фильтрпресс.

Оптимальный расход активированных аммиаком адсорбентов в зависимости от кислотного числа отработанного масла приведен ниже (в %):

Установка Р-1000М

Технологическая схема установки позволяет проводить отстаивание масла, обработку адсорбентами (фильтрование через зерненые адсорбенты или контактирование), в том числе и активированным газообразным аммиаком (активация проводится непосредственно в адсорберах установки), и фильтрование. Процесс регенерации масла на установке цикличный (периодический). Установка снабжается электроэнергией и паром на месте эксплуатации от электросети и паросиловых установок. Техническая характеристика ее приведена ниже:
Производительность
установки, кг/цикл.       1000
скальчатого насоса, л/ч        460
Мощность, кет
электропечи       12
электродвигателя привода мешалки         1.7
» скальчатого насоса, л/ч .                                                                                                        1,0
Емкость одного адсорбера по силикагелю, кг 60
Фильтрующая поверхность рамочного фильтрпресса, м2 2
Габариты установки, .и
ширина         1,7
длина . 3,2
высота .         3,0
Вес установки, кГ       1957
Площадь, необходимая для размещения установки, м2  40
Продолжительность, ч
цикла .        7—9
сорбционного процесса 4,5—6,0
фильтрования 2,5—3,0
Установку обслуживает один человек. Все технологическое оборудование (мешалка, электропечь типа «труба в трубе», два адсорбера фильтрпресс и скальчатый насос) монтируется на двух металлических каркасах и соединяется между собой трубопроводами (рис. 36). На месте эксплуатации установку дополнительно оборудуют емкостью (1,5 м3), центрифугой типа НСМ-3 или вакуумной СМ1-3000, сырьевым насосом производительностью до 3 м3/ч (типа РЗ-4,5) и баллоном со сжиженным аммиаком.
Загруженное в мешалку 4 (рис. 37) отработанное трансформаторное масло (1000 кг) забирается скальчатым насосом 9 и подается через электропечь 8, где оно нагревается до 70—80° С, в адсорберы 6. Из адсорберов масло поступает снова в мешалку 4 (замкнутая схема циркуляции) или в дополнительную емкость 3. Если масло после однократного пропуска через адсорберы, например из мешалки 4 в емкость 3, соответствует нормам ГОСТ на свежее масло (по кислотному числу), то его направляют на фильтрование в фильтрпресс 7. При получении после одного цикла регенерации недостаточно очищенного масла его вновь пропускают через адсорберы (например, из емкости 3 в мешалку 4 и т. д.) до получения регенерированного масла требуемого качества. Регенерация масла по замкнутой схеме циркуляции (мешалка — электропечь — адсорберы — мешалка) менее эффективна, так как увеличивается время очистки из-за смешения масла, прошедшего через адсорберы, с неочищенным маслом в мешалке. Этим и обусловлено введение в схему установки дополнительной емкости 3.

Рис. 36. Установка Р-1000М: 1— мешалка; 2 — электропечь; 3 — адсорберы, 4 — фильтрпресс; 5 — скальчатый насос.

Рис. 37. Технологическая схема установки Р-1000М:

1. — сырьевой насос; 2 — центрифуга; з — дополнительная емкость; 4 — мешалка;
2. — баллон с аммиаком; б — адсорберы, 7 — фильтрпресс; 8 — электропечь; 9 — скальчатый насос.

            
При наличии в масле взвешенного шлама первоначальный пуск масла на регенерацию целесообразно проводить по схеме: мешалка — электропечь — фильтрпресс — адсорберы — мешалка (дополнительная емкость). В этом случае в адсорберы поступает масло, очищенное от шлама, что увеличивает срок службы адсорбента. После освобождения масла от шламообразных продуктов регенерацию проводят по обычной схеме: мешалка — электропечь — адсорберы — мешалка (дополнительная емкость).
Технологическая схема установки позволяет применять газообразный аммиак для активации адсорбентов с целью повышения их нейтрализующей способности. Кроме того, предусмотрена возможность проводить регенерацию малоизношенных масел контактированием с отбеливающей глиной (в частности, и активированной аммиаком) непосредственно в мешалке, исключая адсорберы, с последующим фильтрованием.
Для нормальной работы установки отработанные масла должны быть обезвожены по схеме: мешалка — центрифуга — мешалка (дополнительная емкость) или путем длительного отстаивания. При отсутствии на месте эксплуатации специальных отстойников и центрифуг для отделения воды может быть использована мешалка установки. Отработанное масло в мешалке нагревают до 70—80° С паром или путем циркуляции его через печь, после чего оно отстаивается от воды и грязи в течение 18—24 ч. Адсорбенты перед засыпкой в адсорберы сушат 3—4 ч при 130—160° С (в крайнем случае их можно применять в воздушно-сухом состоянии). Содержание остаточной влаги в них не должно превышать 0,3—0,5%.
На маслорегенерационной установке с двумя адсорберами целесообразно в первом по ходу масла адсорбере проводить активацию адсорбента газообразным аммиаком, а во втором применять неактивированный адсорбент. При этом исключается возможность попадания аммиака в масло, особенно когда регенерацию проводят на действующем энергетическом оборудовании. Адсорберы заполняют маслом по возможности равномерно при небольшом избыточном давлении (0,1—0,4 am). В дальнейшем скорость подачи масла устанавливают в зависимости от требуемого качества получаемого масла (по кислотному числу). При ухудшении качества выходящего из адсорберов масла скорость его подачи уменьшают.
Производительность установки по регенерированному маслу в среднем равна 165—220 кг/ч в зависимости от качества отработанного масла. При регенерации с одной загрузкой адсорбента двух партий масла различной степени отработанности вначале следует очищать масло с меньшим кислотным числом. Признаком отработанности адсорбента служит примерно одинаковое кислотное число поступающего и выходящего из адсорберов масла.

Таблица 39 Качество масел, регенерированных на установке Р-1000М силикагелем активированным газообразным аммиаком

В первую очередь перезаряжают адсорбер, в котором наиболее резко снизилась эффективность работы. Адсорбер, заполненный свежим адсорбентом, включают вторым по ходу очищаемого масла. Температуру масла на входе в адсорберы поддерживают 70 —80° С. Выход регенерированного масла составляет 95% на сырье. В табл. 39 приведены физико-химические свойства трансформаторных масел, восстановленных па установке Р-1000М силикагелем, активированным газообразным аммиаком. Из этих данных видно, что регенерированные трансформаторные масла по всем показателям соответствуют нормам ГОСТ 982—68 на свежее масло ТК (без присадки).

Вакуумно-адсорбционная установка РТМ-200

На установке Р-1000М регенерируют отработанные трансформаторные масла, предварительно обезвоженные на дополнительно подключенном к установке оборудовании. Это осложняет процесс регенерации и приводит к увеличению себестоимости восстановленного масла. Всесоюзной конторой «Реготмас» разработана вакуумно-адсорбционная установка РТМ-200 (рис. 38), в которой устранены эти недостатки и увеличена производительность. Обслуживает установку один человек. Техническая характеристика установки РТМ-200 приведена ниже:
Производительность, кг]ч
по регенерации масла 200
по вакуумной сушке  .      800
Фильтрующая поверхность рамочного фильтрпресса, .м2                       2
Емкость адсорбера по силикагелю, кг 60
Число адсорберов 2
Мощность электронагревательных печей, кет. 40
В комплект установки РТМ-200 (см. рис. 39) входят отгонный куб с двумя форсунками, две электропечи мощностью соответственно 30 и 10 кет, два адсорбера, фильтрпресс, холодильник, сборник воды, вакуум-насос, два шестеренчатых насоса РЗ-З, воздушный фильтр и масляный фильтр грубой очистки. Все узлы установки смонтированы на трех металлических каркасах.
Отгонный куб, работающий в вакууме, служит для обезвоживания масла. Он представляет собой горизонтально расположенную цилиндрическую емкость, в днища которой вмонтированы форсунки для распыления масла под давлением. Вследствие соударения распыленных частиц происходит дополнительное дробление капель масла до туманообразного состояния, что увеличивает поверхность испарения и, следовательно, интенсивность удаления влаги. Для контроля за процессом распыления в днищах куба установлены смотровые окна с подсветом.
Электронагревательные печи предназначены для нагрева масла. Одна из них состоит из девяти вертикально расположенных электронагревательных секций общей мощностью 30 кет и служит для подогрева масла перед вакуумной сушкой, вторая состоит из трех секций мощностью 10 кет; в ней нагревается масло перед подачей в адсорберы или на фильтрпресс. Температура нагрева масла в электропечах регулируется автоматически при помощи электроконтактных термометров.

Рис. 38. Технологическая схема установки РТМ-200:
1 — фильтр грубой очистки; 2, 2а — шестеренчатые насосы; 3, За — электронагревательные печи, 4 — отгонный куб; 5 — холодильник, 6 — адсорберы, 7 — воздушный фильтр; 8 — сборник воды; 9 — вакуум-насос; 10 — фильтрпресс; 11  — приемная емкость.

Адсорбер представляет собой вертикальный цельносварной цилиндр, заполненный крупнозернистым адсорбентом. В верхней части адсорбера (ниже фильтрующего устройства) расположен люк для загрузки адсорбента. В конусной части установлена перфорированная решетка, выше которой находится разгрузочный люк. Следует отметить, что при такой конструкции отпадает необходимость в разборке адсорберов при смене адсорбента, в отличие от адсорберов типоразмерного ряда ОРГРЭС. На установке РТМ-200 имеются два адсорбера, последовательно соединенных между собой. В процессе очистки адсорбер со свежим адсорбентом включается на линию выхода масла из второго адсорбера, уже находившегося в работе. Отработанный адсорбент периодически сменяют.
Фильтрпресс рамочного типа предназначен для очистки масла от механических примесей. Он заряжается фильтровальным техническим картоном (ГОСТ 6722—65) в один или два слоя. Фильтровальный картон перед зарядкой фильтрпресса необходимо сушить до влажности не более 3—4%. При применении высушенной бумаги (влажностью 8% в соответствии с нормой ГОСТ 6722—65) снижается электрическая прочность масла на 7—8 кв/см. Если же использовать бумагу, высушенную, например, до влажности 3,3%, то электрическая прочность масла, наоборот, несколько повышается (табл. 40). Высушенный картон во избежание увлажнения хранят в сухом трансформаторном масле и заряжают фильтрпресс промасленным фильтровальным картоном.
Таблица 40. Влияние влажности фильтрующего материала на электрическую прочность трансформаторного масла (установка РТМ-200) *

* Диаметр сопла форсунок 2 лш; остаточное давление в отгонное кубе 160 мм pm. ст.; температура масла на входе в форсунки 70—75° С; давление на форсунках 7,5 am.
Технологическая схема установки РТМ-200 позволяет проводить и вакуумную сушку и адсорбционную очистку с последующим фильтрованием как отработанных, так и свежих масел.
Вакуумная сушка {ем. рис. 38, стр. 112). Масло из приемной емкости 11 через фильтр 1 грубой очистки забирается насосом 2 и подается в электропечь 3, в которой нагревается до 70° С. Из электропечи масло под давлением подается через форсунки в распыленном состоянии в отгонный куб 4, в котором при помощи вакуум-насоса ВН-461М поддерживается остаточное давление 160—110 мм рпг. ст. Водяные пары из отгонного куба направляются в холодильник 5, откуда конденсат поступает в сборник воды 8. Обезвоженное масло из нижней части отгонного куба насосом 2а откачивается в емкость чистого сухого масла (на схеме не показана) через фильтрпресс 10 (вакуумная сушка) или на дальнейшую регенерацию (адсорбционная очистка). Следовательно, установка при обезвоживании масла работает по схеме: фильтр 1 — насос 2 — электропечь 3 — отгонный куб 4 — насос 2а — фильтрпресс 10.
Ниже приведены экспериментальные данные по вакуумной сушке трансформаторного масла. Основным критерием работы установки по сушке служит величина электрической прочности масла. На рис. 39 и 40 и в табл. 41 показано влияние некоторых технологических параметров на электрическую прочность масла и производительность установки. Как видно из приведенных данных, для получения после сушки масла с наивысшей электрической прочностью (около 49 кв/см) установка должна работать при указанных ниже оптимальных параметрах.
Таблица 41- Оптимальные технологические параметры вакуумной сушки масла на установке РТМ-200

* Диаметр сопла форсунок 2 мм,  остаточное давление в отгонном кубе 160 мм рт. ст.

Давление масла на форсунки должно быть не менее 7 am (9,5— 10 am); при этом происходит наилучшее распыление масла в отгонном кубе. С понижением давления на форсунки резко снижается электрическая прочность масла и уменьшается производительность установки. Оптимальная температура масла в форсунках 70° С. При повышении температуры до 85^ С показатели работы установки практически не улучшаются, при понижении до 40° С повышенная вязкость масла препятствует нормальному распылению его в кубе. Для данного технологического процесса электрическая прочность масла после вакуумной сушки получается наивысшей при остаточном давлении 160— 110 мм рт. ст. При исследовании процесса вакуумной сушки было обнаружено, что незначительный подсос воздуха в отгонный куб улучшает удаление из куба паров.

Рис. 40. Влияние температуры масла на входе в форсунки на электрическую прочность регенерированного масла (диаметр сопла форсунки 2 мм, остаточное давление в кубе 160 мм рт. cm-).

Рис. 39. Влияние давления на форсунках (/) и диаметра сопла (2) па производительность установки.
В этом случае вода в кубе не конденсируется и не попадает в осушенное масло. Предварительно осушенный воздух подается в нижнюю часть отгонного куба через игольчатый вентиль и маточник. Для осушки воздуха в воздушном фильтре применяют силикагель или цеолит марки NaA, термически активированные.
Следует отметить, что вакуумная сушка протекает успешно только в предварительно прогретом отгонном кубе. Поэтому после вывода установки на режим (давление на форсунках > 7 am, температура масла на входе в форсунки 70° С и остаточное давление 160 мм рт. ст.) куб прогревают по замкнутой схеме, с обратным сбросом масла насосом ил куба в сырье. При нормальной работе установки по вакуумной сушке перепад температур на входе в форсунки и в отгонном кубе не превышает 3—5° С.
Однократная сушка масла с применением вакуумной установки имеет значительные преимущества перед сушкой в центрифуге, даже и вакуумной. Были проведены специальные опыты по сушке трансформаторных масел на установке РТЛ1-200 и вакуумной центрифуге. Для сушки было взято по 5,5 т масла. Сушку проводили по схеме резервуар — центрифуга — фильтрпресс — резервуар. За 24 ч непрерывной циркуляции масла удалось повысить его электрическую прочность с 23 до 43 кв{см. На установке РТМ-200 масло было высушено за 8 ч. Электрическая прочность его повысилась до 48.5 кв/см. При дополнительном фильтровании масла на фильтр- прессе, включенном в схему после оборудования для вакуумной сушки, электрическая прочность масла повысилась до 50 кв/см; содержание растворенной воды в нем не превышало 0,003%.
Адсорбционная очистка масла (см. рис. 38). Технологический процесс регенерации масла адсорбционным методом осуществляется по схеме: фильтр 1 — насос 2 — электронагревательная печь 3 — отгонный куб 4 — насос 2а — электронагревательная печь За — адсорберы 6 — фильтрпресс 10. Адсорбционная очистка предварительно обезвоженного в отгонном кубе масла проводится следующим образом. Насосом 2а масло подается в электронагревательную печь За, где нагревается до 70° С. Затем оно последовательно направляется в адсорберы и фильтрпресс. Фильтрованное масло собирается в специальной емкости с воздушным фильтром, защищающим масло от попадания увлажненного воздуха из атмосферы. В табл. 42 приведено качество трансформаторного масла, регенерированного на установке РТМ-200 силикагелем КСК — неактивированным и активированным газообразным аммиаком (в первом по ходу масла адсорбере).
Т а б л и ц а 42. Качество трансформаторного масла, регенерированного на установке РТМ-200

Передвижная установка для сушки и регенерации трансформаторных масел

В Шатурском районе электросетей Мосэнерго эксплуатируется передвижная установка для вакуумной сушки и адсорбционной очистки трансформаторного масла. Установка смонтирована на двухосном автоприцепе (грузоподъемностью 2,5 Т) с деревянным кузовом.
В комплект установки входят установка для вакуумной сушки масла производительностью 1 m/ч (состоящая из бака для сушки масла, индукционной печи, форсунок, вакуум-насоса, двух насосов для подачи и откачки сухого масла из бака, холодильника и сборника воды), два адсорбера емкостью по 70 кг силикагеля, центрифуга типа НСМ-З производительностью 1500 л/ч, фильтрпресс типа ПР2,2-315/16 производительностью 3000 л/ч, электрическая печь для подогрева масла (секционированная, суммарной мощностью 18 кет) и прибор для определения электрической прочности масла (пробивная колонка АМИ-60). Принципиальная схема установки приведена на рис. 41.

Рис. 41. Схема передвижной установки для сушки и регенерации масла: 1 — центрифуга; 2 — фильтрпресс; з, 4 — адсорберы; $ — вакуум-насос; в, 7 — электронагревательные печи; 8, 9 — насосы; 10 — куб для вакуумной сушки масла; 11 — форсунки; 12 — холодильник; 13 — сборник воды.

Установка может работать как по отдельным схемам (регенерация, вакуумная сушка, фильтрование)г так и одновременно по всем процессам, например, сушка в вакууме может совмещаться с фильтрованием и т. д. В результате применения передвижной установки в Шатурском районе электросетей сушка масла ускорилась в 8 раз, а расход электроэнергии сократился в 5 раз.

Стационарная установка для регенерации и сушки трансформаторного масла

Представляет практический интерес установка для адсорбционной очистки и сушки трансформаторного масла, предложенная на одном из предприятий в г. Сумы [46]. Установка (рис. 42) состоит из бака для подогрева очищаемого масла, адсорбера (емкостью 85 кг силикагеля), камеры фильтров с отстойником и вакуумного куба с отстойником. Полезная емкость вакуумного куба 250—500 л.

Рис. 42. Технологическая схема стационарной установки для регенерации и сушки масла: 1— бак для подогрева очищаемого масла; 2— адсорбер; з — камера фильтров с отстойником; 4—вакуумный куб с отстойником; 5 — масляный насос с электродвигателем; 6 — форвакуумный на сое с электродвигателем и ловушкой на вакуумпроводе; 7 — пусковой ящик.

Очистка и сушка масла на установке происходит по следующей схеме. Очищаемое («сырое», или отработанное) трансформаторное масло в баке 1 нагревается до 85° С. После этого включают форвакуумный насос 6 и из вакуумного куба 4 откачивают воздух до остаточного давления 5—30 мм рт. ст.

 Из бака 1 масло проходит адсорбер 2 и камеру фильтров 3 (фильтрующая среда — войлок) и поступает в вакуумный куб 4 при температуре 70° С. Здесь масло разбрызгивается с помощью форсунки. При резком перепаде давлений и температуре масла не ниже 70° С вода интенсивно испаряется, а образовавшиеся пары отсасываются вакуум-насосом в ловушку. После полной перегонки масла из бака 1 в вакуумный куб 4 форвакуумный насос выключают только спустя 15 мин.
Производительность установки при сушке масла 200—250 л/ч.
Установка обеспечивает получение масла с электрической прочностью до 60 кв/сM. К недостаткам ее относятся периодичность действия, включение в схему адсорбера с фильтром (адсорбер должен включаться в работу, как правило, при регенерации масла), применение войлочных фильтров (более тонкая очистка обеспечивается фильтрующими перегородками из фильтровального технического картона). К преимуществам установки можно отнести ее компактность; расположение оборудования на одной общей раме и небольшую площадь, необходимую для ее размещения, а также простоту обслуживания и возможность изготовления ее силами любого предприятия на любую производительность.