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真空脱水工艺在我厂变压器油夏季生产中的应用

王永忠    王嘉涛
(中国石油辽河油田分公司石油化工总厂 ,辽宁  盘锦)

摘要:本文针对环烷基变压器油的吸水问题,采用真空滤油机对其进行真空脱水处理,通过对不同条件下脱水效果的考察,证明真空脱水工艺在我厂变压器油夏季生产中的应用是成功的。

关键词:真空脱水   变压器油


1 前言
    我厂变压器油是以辽河低凝环烷基原油为原料生产的,因其含有较高的环烷烃和芳香烃因而具有极好的电性能、耐老化性能、抗油泥生成性能以及低温流动性能,自1997年工业生产以来,已在电力部门广泛使用。但也正是由于环烷烃及芳香烃含量高,而使得环烷基变压器油具有比石蜡基变压器油更高的吸潮倾向[1],加之我厂所处的地理位置(夏季空气相对湿度最高时超过85%),造成我厂变压器油在夏季生产中因潮湿空气的侵入而使油品含水量增加,从而影响变压器油的电性能,使变压器油的耐电压性能大大降低,以至影响了我厂变压器油的生产。
    国外的电器绝缘油标准中都对含水量进行限制,如IEC 296和BS 148标准中均规定该油成批交货时含水量不高于30mg/kg、桶装交货时含水量不高于40mg/kg,ASTM D3487标准中规定含水量不高于35mg/kg。我国的变压器油标准GB2536中没有对含水量给出具体的指标,且在注释中明确击穿电压测定时允许用定性滤纸过滤,但近年来国内一些用油单位,特别是电力部门对它们将要使用的变压器油的质量提出了更高的要求,如某变压器厂要求采购的变压器油不经任何处理就应达到质量指标中击穿电压的要求,这就给变压器油生产厂、尤其是环烷基变压器油生产厂提出了更高的要求。

2 变压器油生产过程中水分侵入的途径及脱除水分的方法
    2.1 变压器油的生产过程中水分侵入的途径
    影响变压器油击穿电压的因素有水分、杂质和温度等,其中水分是影响击穿电压的主要因素,其侵入的途径有:
    ①白土精制过程中,由于炉出口温度低、水分不能完全气化,油和白土糊状物在白土蒸发塔内停留时间短、水分蒸发不完全,汽提蒸汽带水,系统真空度低,清扫滤机用风含水量大,原料油或白土含水量大以及冷却器内漏等原因均会造成基础油含水;
    ②基础油或变压器油在罐内储存过程中由于油品温度升降而产生呼吸现象,此时如果空气湿度较大,空气中的水分便会溶解到油品中;
    ③变压器油加剂调合时由于添加剂中含水量相对较大也会使变压器油的含水增加。
    几年来的实践证明,我厂变压器油击穿电压指标不合格均发生在6~8月份,这也说明该指标主要是由于水分的影响。
    2.2 脱除变压器油中水分的方法
    国内一些变压器油生产厂如克炼采用板框滤机过滤脱水的方法,一些小的调合厂采用白土处理后过滤的方法,电力部门普遍采用抽真空脱气脱水法对变压器油进行处理。
    由于我厂所处的地理位置夏季空气湿度大,如采用板框滤机过滤脱水的方法,滤纸的吸水量有限,且过滤的同时,空气中的水分再次侵入,脱水效果不好。如采用在不合格变压器油中加入白土后过滤的方法,不仅增加了油品的损失、使生产成本上升,而且对于连续生产的白土装置来说也会使该装置的负荷增加。而电力行业普遍采用抽真空脱气脱水法,不受气候及地理条件的限制,可用于解决我厂变压器油的含水问题。重庆潜光机电设备研究所生产的ZYA型大抽速双级真空滤油机,已广泛用于电力行业的变压器注油、受潮变压器油的干燥处理,为此我厂选用了ZYA500型真空滤油机用于变压器油的脱水处理。


3 ZYA-500型大抽速双级真空滤油机在我厂变压器油夏季生产中的应用
    3.1 变压器油脱水系统技术改造
    待处理的变压器油在罐内加热至一定温度后,由泵抽入真空滤油机,经滤油机内加热系统进一步加热后进入真空罐进行真空脱水处理,脱水后的油品经换热面积为85m2的冷却器冷却后进入另一罐中,其原则流程图为:


待脱水原料罐→真空滤油机→冷却器→合格变压器油罐或出厂


     经过上述改造,变压器油系统具备了随时对含水变压器油进行真空脱水处理的能力。
    3.2 工业试验
    3.2.1 不同含水量的变压器油真空脱水效果考察
    我们选择了两罐不同质量的25#变压器油分别在50℃和57℃、真空度为-0.098MPa条件进行真空脱水处理,处理前后的质量如表-1所示:


表-1   不同含水量的变压器油真空脱水效果

序号

脱水温度
(℃)

真空度
(Mpa)

处理前

处理后

击穿电压

水分

击穿电压

水分

1

50

-0.098

33.7kv

37.0mg/kg

43.6kv

15.1mg/kg

2

57

-0.098

45.5kv

14.7mg/kg

49.7kv

12.4mg/kg

   


    从表-1中可以看出,该该滤油机对不同含水量的变压器油均有一定的脱水效果,脱水后油品的击穿电压有不同程度的提高,含水量进一步降低。
    3.2.2 不同脱水温度对变压器油脱水效果的影响
    我们对几罐击穿电压不合格的变压器油进行真空脱水处理,考察不同脱水温度对脱水效果的影响(见表-2)。

表-2  不同温度下的脱水效果

原料罐号

105#

106#

109#

103#

真空脱水温度/℃

52

56

58

60

脱水后油品的击穿电压/kv

46.6

48.1

49.2

52.4

可见,随着脱水温度的提高,脱水后油品的击穿电压值提高,我们目前处理的几罐油基本在60℃以下进行脱水的,脱水后油品的质量(击穿电压)完全满足我厂目前生产的变压器油产品的出厂(大于35kv)质量要求。
    3.2.3 真空滤油机连续工作时脱水效果的考察
    为进一步考察该滤油机连续脱水处理时的脱水效果,我们对1180吨击穿电压不合格的变压器油进行了77小时的连续处理,处理期间由化验室定期在滤油机出口处进行采样分析,跟踪该滤油机的脱水效果,跟踪分析结果见表-3。从表-3中可以看出,馏出口分析均在40kv以上,这一数据说明如将该脱水设施串联到基础油来油线上、实现与白土装置同步运行也是可行的。

表-3 滤油机连续工作时脱水后油品的击穿电压分析结果

滤油机工作时间

击穿电压 /kv

第一次采样分析

第二次采样分析

第1天

48.1

40.2

第2天

48.2

47.6

第3天

46.6

48.9

第4天

41.5

52.4

    3.2.4 冷却器冷却效果的考察
    降低变压器油的储存温度可减少水分的吸入量[2],表-4中列出了不同脱水温度时冷却器的冷却效果:


表-4  不同脱水温度时冷却器的冷却情况

脱水温度 /℃

50

47

56

57

57

57

56

60

冷后油温 /℃

32.5

38

40

39

40

40

39.5

40.5

处理量/m3·h-1

15

25

25

25

25

25

25

25


    可见,在最大流量下,脱水温度最高达到60℃时,经冷却后的油品温度最高为40.5℃,可满足我厂变压器油的储存要求。
    3.2.5 由于气候条件的限制,脱水后的变压器油如不能及时出厂或实施有效的保护,还将使油品的击穿电压再次降低,为此我们考察了脱水后的变压器油立即进行密闭并储存50天后的质量情况,经某变压器厂分析,该罐变压器油的击穿电压为58kv,含水为12.6mg/kg。
    3.3 使用ZYA-500型大抽速双级真空滤油机进行变压器油真空脱水处理
    进入雨季以来,我厂生产的6罐变压器油连续出现击穿电压不合格,为此我们使用真空滤油机依次对不合格的变压器油进行了真空脱水处理,并根据各罐油品的温度,我们调整了脱水温度,脱水后油品的击穿电压显著提高,脱水前后油品质量对比数据见表-5:


表-5   ZYA-500型大抽速双级真空滤油机进行变压器油脱水处理前后质量对比

脱前

罐号

108#

106#

105#

103#

107#

109#

击穿电压 /kv

22.4

29.5

29.0

29.4

21.2

22.3

脱水温度 /℃

51

55

53

58

56

59

真空度 /MPa

-0.098

-0.098

-0.098

-0.098

-0.098

-0.098

冷却后油品温度/℃

35

37

36

38

37.5

39

脱后

罐号

104

102#

109#

109#

103#

106#

击穿电压 /kv

41.8

54.8

47.0

54.5

47.8

52.5

   


4  结论及建议
    采用ZYA-500型大抽速双级真空滤油机对含微量水的变压器油进行真空处理后,使我厂变压器油夏季生产中击穿电压低的问题得到彻底的解决。
    ①在真空度为-0.098MPa、脱水温度为51℃时,脱水后变压器油的击穿电压可达到40kv以上,进一步提高脱水温度至55℃以上,将使脱水后变压器油的击穿电压进一步提高,达到50kv以上。
    ②真空脱水处理后的变压器油经换热面积为85m2的冷却器冷却后,温度可降至40℃以下,防止了合格油品的再次吸水。
    通过一段时间的运行发现该系统尚存在一些问题,需进一步完善,即:
    ①滤油机处理能力相对较小,实际仅为25m3/h,这样在目前的工艺流程下,脱水处理时间较长(约20t/h),不能满足脱水后变压器油直接装车外运的需要,因此如考虑处理后变压器油直接外运出厂的需要,应增加一台处理量较大的(应在50 m3/h左右)真空滤油机。
    ②待脱水的变压器油必须先进入调合罐、且加热到预定温度后方可进行真空脱水处理,流程长,处理一罐油至少需3天的时间。如果能在白土精制油在出装置前将油先冷却到65~70℃,然后进调合罐区缓冲罐中,经泵送到脱水系统进行真空脱水处理,不仅可节省油品脱水前的再次加热所消耗的能量,还可以提高脱水效率。
    ③如果脱水后的变压器油不能及时外运出厂,可采取桶装储存的方法。




参考文献
[
1]  欧风编《石油产品应用技术》
[2]  润滑油专题系列从书之四《润滑油调合及其产品应用和添加剂》


 

 

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