Регенерация трансформаторного масла – теория, технологии и оборудование

Каждый год в мире образуются тысячи тонн отработанных нефтяных масел, которые сливаются с трансформаторов, станков, прессов, компрессоров. Сливать эти отходы в окружающую среду нельзя, поскольку они загрязняют воду и почву, а также убивают животных и ухудшают здоровье людей.

Поэтому необходима утилизация отработанного масла или его регенерация для повторного использования. С экономической и экологической точки зрения регенерация является более предпочтительным решением. Она позволяет сэкономить нефть, из которой производятся масла, сократить расходы на закупку новых и утилизацию отработанных масел, а также уменьшить количество опасных отходов.

В этой статье мы рассмотрим регенерационные технологии и оборудование на примере масла, которое используется в трансформаторах для электрической изоляции элементов и отведения тепла.

Причины старения трансформаторных масел

Причины старения трансформаторных масел кроются в условиях их работы. При отводе тепла от нагревающихся частей трансформатора масло принимает на себя воздействие высокой температуры, а при изоляции – высокого напряжения. Кроме того, существуют другие факторы, которые ухудшают состояние трансформаторного масла. Среди них:

  • вода (снижает пробивное напряжение масла);
  • газы (становятся источником возникновения частичных разрядов);
  • механические примеси: уголь, волокна целлюлозы, частицы металла;
  • продукты окислительного старения масла.

Наличие воды, газов и механических примесей хоть и опасно для масла и трансформатора, но не столь критично. Эти примеси периодически удаляются из масла с помощью специального оборудования. Появление продуктов старения свидетельствует о том, что в масле протекают процессы, связанные с изменением его структурного состава. Окисление масла способствует образованию новых примесей. В масле накапливаются кислые продукты и асфальто-смолистые вещества. Происходит укрупнение коллоидных частиц и появляется масляный шлам. Шлам оседает на обмотках и ухудшает отвод тепла. Повышенная кислотность провоцирует старение целлюлозы. Таким образом, старение изоляционного масла снижает надежность всей изоляционной системы трансформатора.

Оценка старения трансформаторного масла

В качестве маркера процессов старения трансформаторного масла может использоваться изменение двух параметров: кислотного числа (число нейтрализации) и межфазного натяжения.

Кислотное число масла – это количество миллиграмм гидроксида калия, которое необходимо для нейтрализации кислых соединений, содержащихся в одном грамме трансформаторного масла. Оценка кислотности масла выполняется с помощью лабораторных методов и требует предварительного отбора проб масла из трансформатора.

На начальном эксплуатации (первые 6-8 лет) кислотное число трансформаторного масла обычно небольшое – 0,1 мг КОН/г. Еще через 8-10 лет кислотное число достигнет отметки 0,5 мг КОН/г, что свидетельствует о старении и наличии в масле шлама. Трансформаторное масло с кислотным числом 1 мг КОН/г считается старым и должно быть или заменено, или подвергнуто регенерации.

Контроль старения масла по кислотному числу дает хорошие результаты, но он нечувствителен к наличию других загрязнений, кроме кислотных соединений. То есть начальные процессы старения в масле могут уже наблюдаться, а кислотное число будет находится в пределах нормы.

Для идентификации даже небольшого количества полярных загрязнений и продуктов окисления используется межфазное натяжение трансформаторного масла. Высокое значение этого параметра свидетельствует об отсутствии таких загрязнений. В результате старения масла в нем накапливаются гидрофильные поверхностно-активные вещества, за счет которых повышается способность масла к поглощению воды. Из-за этого происходит снижение межфазного натяжения на границе «масло-вода».

Таким образом, для получения более полной информации относительно старения трансформаторного масла необходимо пользоваться минимум двумя параметрами: кислотным числом и межфазным натяжением.

Способы замедления старения трансформаторных масел

Возникает вопрос: а можно как-то замедлить старение трансформаторных масел? На практике чаще всего для этого используются два способа – добавление ингибиторов и пассивация.

Ингибиторы масел – это специальные вещества, которые вводят в масло, для того, чтобы замедлить окисление. Часто с этой целью используется ионол.

Пассивация – это возникновение на металлических поверхностях защитной пленки, которая препятствует их окислению и возникновению коррозии. Пассивация используется, например, для защиты металлических поверхностей от контакта с серой, чтобы предотвратить образование сульфида меди – проводящего соединения, которое снижает электрическую прочность изоляции трансформатора. Как пассиваторы используются специальные химические растворы.

Общие принципы регенерации масел

Основные причины регегенерации трансформаторного масла – это ухудшение его кислотного числа и эксплуатационных характеристик.  Рассмотрим базовые подходы к регенерации.

Первый подход – это периодическая регенерация масла с прицелом на то, чтобы предупредить проблему. Масло регенерируется до того, как в его структурном составе произойдут необратимые изменения. Второй подход основан на обслуживании трансформаторного масла по состоянию, то есть контролю кислотного числа и выполнении регенерации в случае попадания этого параметра в нежелательные пределы значений.

Технологии регенерации отработанных масел предусматривают комплексную обработку, которая включает следующие процессы:

  • очистка масла от воды, газов и механических примесей;
  • восстановление структурного состава масла за счет удаления продуктов окисления;
  • осветление масла за счет удаления продуктов старения.

В ходе развития нефтеперерабатывающей отрасли использовались разные подходы к регенерации масел, но на сегодня наиболее простым и практичным является подход с использованием сорбентов.

Сорбент – это вещество природного или искусственного происхождения, которое имеет высокие адсорбирующие свойства в отношении продуктов окисления и старения масла. Один из основных индикаторов старения трансформаторного масла – это образование кислотных соединений. Поэтому с помощью сорбента осуществляется удаление кислот и удаление серы.

Какие сорбенты используются при регенерации масел

Сорбенты, которые используются при регенерации масел условно разделим на три группы. Первая группа – это те, которые поглощают только воду и никак не влияют на продукты окисления масел. Среди таких сорбентов наибольшую известность получил цеолит. Вторая группа – это сорбенты, которые больше направлены на поглощение продуктов окисления и старения. Для этого используются различные глины и земли, например, Фуллерова земля. Третья группа – это сорбенты, которые хорошо поглощают воду и частично влияют на кислотность трансформаторного масла. Наиболее яркий представитель этой группы – силикагель.

Очистка масла глиной дает хорошие результате в плане восстановления его цвета и эксплуатационных свойств.

Регенерация трансформаторного масла -  теория, технологии и оборудование

Сорбент Фуллерова земля

Оборудование GlobeCore для регенерации масел

Компанией GlobeCore разработана технология регенерации трансформаторных масел с использованием Фуллеровой земли, которая реализована в установках серии СММ-R. Если масло требует комплексной регенерации, то такие установки комплектуются по блочному принципу. В блоке сушки и дегазации масло нагревается, после чего происходит испарение паров газов и воды под вакуумом. Блок регенерации состоит из нескольких колонн, каждая из которых заполнена сорбентом Фуллерова земля. Масло прокачивается через колонны и в это время из него удаляются продукты окисления и старения – происходит реактивация масла.

Регенерация отработанного трансформаторного масла с помощью технологий и оборудования GlobeCore позволяет:

  • снизить кислотное число;
  • изменить цвет масла с мутного и темно-коричневого на светло-желтый;
  • снизить содержание воды;
  • повысить пробивное напряжение;
  • снизить газосодержание;
  • снизить тангенс угла диэлектрических потерь и др.

Все параметры обработанного масла восстанавливаются до уровня параметров нового масла.

Дальше масло проходит через блок ввода ингибитора. В этом блоке в масло добавляется специальная присадка, которая замедляет процессы его окисления во время будущей эксплуатации.

Установка регенерации масла СММ-R может комплектоваться разным количеством колонн: две, четыре, шесть, двенадцать, двадцать четыре и т.д. Чем в большем количестве колонн одновременно выполняется регенерация масла, тем больше общая производительность оборудования.

Для более оперативного обслуживания трансформаторов GlobeCore предусмотрена реализация технологии регенерации без вывода трансформатора из-под напряжения. В этом случае восстановление масла выполняется за счет подключения установки СММ-R к трансформатору и непрерывной циркуляции масла по замкнутому контуру (трансформатор-установка-трансформатор). Регенерация масла в трансформаторе под напряжением экономит время и делает процесс обслуживания более удобным (не нужно вводить резерв или отключать потребителей электроэнергии).

Своевременное применение технологии регенерации GlobeCore продлевает срок жизни силовых трансформаторов на 15-20 лет за счет улучшения состояния изоляционной системы.

Регенерация трансформаторного масла -  теория, технологии и оборудование

Станция масляная мобильная СММ-Р12 (регенерация масла с реактивацией сорбента)

Что делать с использованным сорбентом

Регенерация трансформаторного масла с помощью сорбентов показывает отличные результаты, но сорбент со временем насыщается примесями. Регенерация сорбентов чаще осуществляется во внешнем оборудовании. Технология GlobeCore реализована таким образом, что восстановление свойств сорбента проводится без извлечения из регенерационной установки СММ-R методом прожига при высокой температуре. Вы сначала начинаете цикл регенерации масла, а после насыщения сорбента активируется цикл его регенерации. Таким образом, сорбент не требует утилизации и может использоваться многократно на протяжении нескольких лет.

      Какие еще нефтепродукты можно регенерировать с помощью технологий GlobeCore

Регенерация отработанных масел – это комплексная задача и потребности промышленности не ограничиваются регенерацией только трансформаторных масел. Технологии GlobeCore с успехом могут применяться для решения таких задач:

  • регенерация гидравлического масла;
  • регенерация индустриального масла;
  • регенерация турбинного масла;
  • осветление топлива.

Поскольку вязкость разных типов масел и топлив может отличаться, производительность регенерации при использовании установок CMM-R немного меняется, но оборудование все равно остается универсальным и работает с разными нефтепродуктами.

Преимущества регенерации масел

Регенерация минеральных масел в промышленности дает следующие преимущества:

  • экономия сырья (нефти) за счет повторного использования отработанных масел и уменьшения таким образом объема потребления новых масел;
  • экономия денег за счет того, что себестоимость регенерации ниже стоимости нового масла;
  • не нужно утилизировать отработанное масло;
  • своевременная регенерация продлевает срок службы маслонаполненного оборудования и повышает надежность его работы;
  • улучшение экологической обстановки за счет поддержки принципов «Zero waste» в контексте нефтесодержащих отходов.

Для получения консультации технических специалистов GlobeCore по вопросам регенерации минеральных масел воспользуйтесь одним из контактов, размещенных в соответствующем разделе сайта.