CC BY
46
УДК 621.311.48
АДСОРБЦИОННАЯ ОСУШКА ТРАНСФОРМАТОРНОГО МАСЛА НА ПРИРОДНЫХ ЦЕОЛИТАХ
ГайнуллинаЛ.Р., канд. техн. наук, доцент ТутубалинаВ.П.,д-р техн. наук, профессор
ФГБОУ ВО «Казанский государственный энергетический университет» Контакты: [email protected]
Показано, что для осушки трансформаторного масла селективной очистки целесообразно применять природные цеолиты Борщовского месторождения.В процессе проведения экспериментального исследования изучено влияние фракционного состава цеолита, высоты слоя цеолита в адсорбционной колонке, величины температуры на степень осушки модельной смеси адсорбционным методом. Ключевые слова: трансформаторное масло, природные цеолиты.
Одной из важнейших задач энергетики является повышение срока службы трансформаторного масла в маслонаполненном электрическом оборудовании, в котором оно используется в качестве изолирующей и теплоотводящей среды [1].К основным требованиям, предъявляемым к маслам, следует отнести его высокую электрическую прочность, которая является результатом глубокой осушки масла перед заливкой в электрооборудование [2; 3].
В современном трансформаторном оборудовании масло работает в условиях высокой напряженности электрического поля при совместном воздействии повышенных рабочих температур, молекулярного кислорода воздуха и металлов, из которыхизготовлен трансформатор [1].В процессе эксплуатации в углеводородных соединениях масла происходит термохимическая деструкция молекул с образованием твердых, жидких и газообразных продуктов старения масла.Одним из показателей старения масла является образо-
82
вание воды. Вода в масле также накапливается в результате длительного отключения трансформатора или при его слабойнагру-женности.
Для осушки трансформаторного масла применяются электростатические, термоэлектрические осушители и маслоосушителибар-ботажного типа. К недостаткам осушителей этого типа следует отнести необходимость источника тока высокого напряжения, наличие вращающих деталей, которые снижают надежность этих водоосуши-тельных устройств, необходимость периодического слива воды, требуют больших экономических и энергетических затрат [1; 4].
Адсорбционная осушка на природных адсорбентах позволяет удалить все продукты старения масла, включая воду с минимальными энергетическими и экономическими затратами.
Цель настоящей работы - использование природных цеолитов для осушки трансформаторного масла.
В качестве объекта исследования использовали модельные смеси, состоящие из масла марки ТС (ГОСТ 10121 -76), являющегося основой смеси масла и дистиллированной воды, концентрация которой варьировалась в широких пределах от 0,003% до 0,01%. Концентрацию воды в масле определяли кальцигидридным методом по ГОСТ 7822-75.
Трансформаторное масло осушали с использованием природных цеолитов Борщовского месторождения с размером зерен 0,8 -2,0 мм; 2,0-4,0 мм; 4,0-6,0 мм и 6,0-8,0 мм, насыпная плотность це-
3 „
олита - 860 кг/м , порозность - 42,5%, площадь адсорбционной поверхности - 120 м /ч.
При изучении осушки масла природными цеолитами установлено влияние фракционного состава цеолита, количества цеолита, начального содержания воды в масле и температуры.
Способность цеолита адсорбировать воду из масла оценивали до проскоковой концентрации воды (0,002%), которая соответствует пробивному напряжению в трансформаторах, равному 55-60 кВ.
83
Осушку масла осуществляли в экспериментальном адсорбере диаметром 20 мм при высоте загрузки, изменяющейся от 10 ммдо 170 мм с шагом 10 мм.
Степень обезвоживания масла в зависимости от фракционного состава цеолита изучали с использованием модельной смеси, содержащей 0,02% воды. Осушку масла проводили при температуре воды 20°С, скорости подачи масла 3,0 см/мин в адсорбционной колонке, содержащей 150 г цеолита. Для получения достоверных результатов в каждой точке кривой было поставлено по три параллельных опыта.Экспериментальные данные приведены на рис. 1.
о -I—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I—I—г-
0 20 40 60 80 100 120 140 160
Фракционный состав цеолита, мм Рис. 1 Зависимость осушки трансформаторного маслаот фракционного состава цеолита
Из данных видно, что с повышением фракционного состава цеолита от 0,8-2,0 мм до 2,0-4,0 мм степень обезвоживания модельной смеси увеличивается в 2 раза. Дальнейшее повышение фракционного состава цеолита от 2,0-4,0 мм до 4,0-6,0 мм способствует максимальной осушке модельной смеси, содержание воды в смеси снижаетсядо 0,001% масс. Вместе с тем увеличение фракционного состава цеолита от 4,0-6,0 мм до 6,0-8,0 мм снижает количество воды, извлеченной из смеси в 1,08 раза.
84
Оптимальный фракционный состав цеолита 4-6 мм позволяет максимально осушить смесь, поэтому все опыты были проведены при этом фракционном составе.
Влияние высоты слоя цеолита в адсорбционной колонке изучали с использованием модельных смесей при температуре 20 °С и фракционном составе цеолита 4-6 мм. Результаты экспериментальных данных приведены на рисунке 2.
о4
I
Н И
^ 8
и а н 2
и
5
н О
120 100 80 60 40 20 0
20 40 60 80 100 Высота слоя адсорбента, мм
120
140
160
Рис. 2. Зависимость степени извлечения воды из масла от количества цеолита
Из рисунка 2 следует, что с увеличением слоя цеолита в адсорбционной колонке возрастает степень извлечения влаги из модельной смеси. Так, например, при высоте слоя цеолита в адсорбционной колонке, равной 10 см, степень извлечения влаги из масла составляет 12,2% масс., т.е. 87,8% масс.воды остается в трансформаторном масле поле адсорбции на цеолите. Увеличение высоты слоя цеолита в колонке в 2,0, 2,4 и 6, раз приводит к росту степени обезвоживания масла соответственно в 1,9, 3,9 и 5,6 раза.
При повышении высоты слоя цеолита от 10 см до 90, 100 и 110 см степень извлечения воды из модельной смеси соответственно увеличивается в 6,7; 7,1 и 7,7 раза. При высоте слоя цеолита в
0
85
колонке 120 мм в смеси содержится 0,001% масс.воды, что соответствует нормам концентрации воды в масле [3; 4]. Дальнейшее повышение слоя цеолита в колонке до 125 мм, 130 мм и 170 мм снижает содержание воды в масле соответственно до 0,00098% масс., 0,00096% масс.и 0,00092% масс.
Проведенные экспериментальные исследования показали, что оптимальная высота слоя цеолита в адсорбционной колонке - 120 см. Поэтому все последующие эксперименты, связанные с осушкой трансформаторного масла адсорбцией на природном цеолите, проводили при высоте адсорбционного слоя, равной 120 см.
Следующая серия опытов была поставлена с целью исследования влияния начального влагосодержания в масле на степень адсорбции воды. Исследования проводили с использованием адсорбционной осушки на природном цеолите с размером зерен 4-6 мм, высотой слоя 120 мм, скоростью подачи масла 3,0 см/мин при температуре 20°С. Для этого были приготовлены модельные смеси с различным содержанием воды в масле. Концентрация воды варьи-роваласьв широком диапазоне от 0,02% до 0,0010%. Результаты исследования приведены на рисунке 3.
0 0,005 0,01 0,015 0,02
Начальная концентрация влаги в масле, %
Рис. 3 Влияние начальной влажности на степень снижения влагив масле
86
Из рисунка 3 следует, что с повышением начального влагосо-держания в масле снижается степень извлечения влаги из масла.
Следующая серия опытов была поставлена для выявления влияния температуры на степень адсорбционного извлечения воды из модельной смеси. Полученные экспериментальные зависимости в виде кривых приведены на рисунке 4.
Из рисунка 4 следует, что с повышением температуры от 20 °С до 60°С степень извлечения влаги цеолитом снижается. При температуре 20°С процесс адсорбции влаги протекает до остаточной влажности в смеси, равной 0,001% масс., а при температуре 60 °С -0,0015% масс. При температуре 20 °С наблюдается более полное использование слоя цеолита, чем при температурах 30 и 60 °С.
и О
0,5 0,45 0,4 0,35 0,3 0,25 0,2 0,15 0,1 0,05 0
500 3000 5500 8000 10500 13000 Осушенное масло, г
Рис. 4. Влияние температуры на степень осушки масла где: 1 - температура 20°С, 2 температура 30°С, 3 - температура 60 °С
Таким образом, для осушки трансформаторного масла при температуре 20°С потребуется 0,71% цеолита от массы смеси, а при температуре 60°С количество цеолита возрастает в 1,25 раза и составит 0,89% от массы смеси.
87
Выводы
1. Изучена возможность осушки трансформаторного масла марки ТС с использованием природных цеолитов Борщовского месторождения.
2. Установлено влияние фракционного состава природного цеолита на степень осушкимасла. Показано, что при фракционном составе цеолита, равном 4-6 мм, достигается максимальная степень осушки (0,001%).
3. Найдено, что с повышением слоя цеолита в адсорбционной колонке степень осушки масла на примере модельных смесей увеличивается. Максимальна высота слоя в колонке равна 120 мм, при которой влажность масла составляет 0,001% масс.
4. Показано, что степень осушки модельных смесей (масла) зависит от начального влагосодержания. Увеличение начального влагосодержания в смеси сопровождается повышением концентрации воды в смеси после ее осушки.
5. С повышением температуры от 20 °С до 60°С концентрация воды в осушенном масле возрастает в 1,23 раза.
Источники
1. Липштейн Р.А., Шахнович М.И. Трансформаторное масло. М.:Энергоиздат,1983.296с.
2. Торшин Ю.В. К проблеме существования лидерного процесса при импульсном электрическом пробое трансформаторных масел//Электричество.1993. №5. С.4-9.
3. Паули В.К. К оценке надежности энергетического оборудования// Электрические станции.1997.№4.С.31 -33.
4. Голоданов Ю.М. Контроль за состоянием трансформаторов.Энергоатомиздат.1988.88 с.
5. Пястолов А.А., Митрофанов Г.А. Оценка электроизоляционных показателей транс-форматорЭного масла // Сибирский вестник с. -х. науки. 1986. №3.С.101 -104.
88
ADSORPTION DRYING OF TRANSFORMER OIL ON NATURAL ZEOLITES Gainullina L.R., Tutubalina V.P.
It is shown that for the dehydration of transformer oil of selective purification it is advisable to use natural zeolites Borovskogo field.
In the course of carrying out a pilot study influence offractional composition of zeolite, zeolite layer height in the adsorptive column, temperature sizes on degree of an drainage of model mix is studied by the adsorptive method. Keywords: transformer oil, zeolite dehydration
Дата поступления 22.03.2016.
89
