Каждый год во всем мире образуются тысячи тонн отработанных нефтяных масел, которые выбрасываются из трансформаторов, станков, прессов и компрессоров. Эти отходы нельзя сбрасывать в окружающую среду, поскольку они загрязняют воду и почву, а также убивают животных и ухудшают здоровье человека.
Поэтому требуется утилизация отработанного масла или его регенерация для повторного использования. С экономической и экологической точки зрения регенерация является более предпочтительным решением. Это позволяет экономить нефть, из которой изготавливаются масла, сокращать расходы, связанные с покупкой новых масел и утилизацией отработанных, а также сокращать количество опасных отходов.
В этой статье, регенерация отработанного масла, мы обсудим технологии и оборудование регенерации на примере масла, используемого в трансформаторах для электрической изоляции компонентов и для отвода тепла.
Причины старения трансформаторного масла
Причины старения трансформаторных масел кроются в условиях их эксплуатации. Когда тепло отводится от нагревательных частей трансформатора, масло поглощает воздействие высокой температуры, а когда оно изолировано, оно поглощает воздействие высокого напряжения. Кроме того, существуют и другие факторы, ухудшающие состояние трансформаторного масла. К ним относятся:
- вода (снижает напряжение пробоя масла);
- газы (становятся источником частичных выбросов);
- механические примеси: уголь, целлюлозные волокна, металлические частицы;
- продукты окислительного старения масла.
Несмотря на то, что присутствие воды, газов и механических примесей опасно для масла и трансформатора, это не так критично. Эти примеси периодически удаляются из масла с помощью специального оборудования. Появление продуктов старения указывает на то, что в нем происходят процессы, связанные с изменением структурного состава масла. Окисление масла способствует образованию новых примесей. В масле накапливаются кислотные продукты и асфальтосмолообразные вещества. Коллоидные частицы увеличиваются в размерах, и появляется нефтешлам. Осадок оседает на обмотках и ухудшает отвод тепла. Повышенная кислотность вызывает старение целлюлозы. Таким образом, старение изоляционного масла снижает надежность всей системы изоляции трансформатора.
Оценка старения трансформаторного масла
Изменение двух параметров: кислотного числа (числа нейтрализации) и межфазного натяжения может быть использовано в качестве маркера процессов старения трансформаторного масла.
Кислотное число масла — это количество миллиграммов гидроксида калия, необходимое для нейтрализации кислотных соединений, содержащихся в одном грамме трансформаторного масла. Оценка кислотности масла проводится с использованием лабораторных методов и требует предварительного отбора проб масла из трансформатора.
На начальном этапе эксплуатации (первые 6-8 лет) кислотное число трансформаторного масла обычно низкое — 0,1 мг КОН/г. Еще через 8-10 лет кислотное число достигнет 0,5 мг КОН/г, что указывает на старение и наличие осадка в масле. Трансформаторное масло с кислотным числом 1 мг КОН/г считается устаревшим и подлежит либо замене, либо регенерации.
Мониторинг старения масла по кислотному числу дает хорошие результаты, но оно нечувствительно к загрязнениям, отличным от кислотных соединений. Это означает, что в масле уже можно наблюдать начальные процессы старения, и кислотное число будет в пределах нормы.
Межфазное натяжение трансформаторного масла используется для выявления даже небольших количеств полярных загрязнений и продуктов окисления. Высокое значение этого параметра указывает на отсутствие таких загрязнений. В результате старения масла гидрофильные поверхностно-активные вещества накапливаются в масле и повышают его способность поглощать воду. Это приводит к уменьшению межфазного натяжения на границе раздела масло-вода.
Таким образом, для получения более полной информации, связанной со старением трансформаторного масла, необходимо использовать по крайней мере два параметра: кислотное число и межфазное натяжение.
Способы замедления старения трансформаторного масла
Возникает вопрос: возможно ли как-то замедлить старение трансформаторного масла? На практике для этой цели чаще всего используются два метода — добавление ингибиторов и пассивирование.
Масляные ингибиторы означают специальные вещества, которые добавляются в масло для замедления окисления. Для этой цели часто используется Ионол.
Пассивация означает образование защитной пленки на металлических поверхностях, предотвращающей окисление и коррозию. Например, пассивирование используется для защиты металлических поверхностей от контакта с серой, чтобы предотвратить образование сульфида меди, проводящего соединения, которое снижает диэлектрическую прочность изоляции трансформатора. В качестве пассиваторов используются специальные химические растворы.
Общие принципы регенерации масла
Основными причинами регенерации трансформаторного масла являются ухудшение кислотного числа и эксплуатационных характеристик масла. Давайте обсудим основные подходы к регенерации.
Первый подход заключается в периодической регенерации масла, чтобы предотвратить проблему. Масло регенерируется до того, как в его структурном составе произойдут необратимые изменения. Второй подход основан на обслуживании трансформаторного масла, другими словами, на контроле кислотного числа и выполнении регенерации, если этот параметр попадает в нежелательный диапазон значений.
Технологии регенерации отработанных масел предполагают комплексную переработку, которая включает в себя следующие процессы:
- очистка масла с удалением воды, газов и механических примесей;
- восстановление структурного состава масла путем удаления продуктов окисления;
- осветление масла путем удаления продуктов старения.
По мере развития нефтеперерабатывающей промышленности использовались различные подходы к регенерации масел, но в настоящее время самый простой и практичный подход связан с использованием сорбентов.
Сорбент — это вещество природного или искусственного происхождения, обладающее высокими адсорбирующими свойствами в отношении продуктов окисления и старения масла. Одним из основных показателей старения трансформаторного масла является образование кислотных соединений. Поэтому с помощью сорбента проводят удаление кислоты и удаление серы.
Какие сорбенты используются при регенерации масел
Сорбенты, используемые при регенерации масел, удобно разделить на три группы. К первой группе относятся те, которые поглощают только воду и никак не влияют на продукты окисления масла. Цеолит стал самым известным среди таких сорбентов. Ко второй группе относятся сорбенты, в большей степени предназначенные для поглощения продуктов окисления и старения. С этой целью используются различные глины и земли, например, земля Фуллера. К третьей группе относятся сорбенты, которые хорошо поглощают воду и частично влияют на кислотность трансформаторного масла. Наиболее ярким представителем этой группы является силикагель.
Очистка масла на основе глины дает хорошие результаты с точки зрения восстановления его цвета и эксплуатационных свойств.
Сорбент земли Фуллера
Оборудование для регенерации масла GlobeCore
Компания GlobeCore разработала технологию регенерации трансформаторного масла с использованием земли Фуллера, которая реализована в установках CMM-R. Если масло требует комплексной регенерации, такие агрегаты комплектуются в соответствии с концепцией «строительный блок». В секции сушки и дегазации масло нагревается, после чего газы и вода испаряются в вакууме. Секция регенерации состоит из нескольких колонн, каждая из которых заполнена сорбентом Fuller’s earth. Масло прокачивается через колонны и тем временем подвергается удалению продуктов окисления и старения — происходит реактивация масла.
Регенерация отработанного трансформаторного масла с помощью технологий и оборудования GlobeCore позволяет:
- уменьшение кислотного числа;
- измените цвет масла с мутного и темно-коричневого на светло-желтый;
- уменьшите содержание воды;
- увеличьте пробивное напряжение;
- уменьшите содержание газа;
- уменьшите тангенс диэлектрических потерь и т.д.
Все параметры обработанного масла восстанавливаются до уровня новых параметров масла.
После этого масло проходит через пакет для впрыска ингибитора. В этой упаковке на масло наносится специальная присадка, замедляющая процессы окисления масла в процессе дальнейшей эксплуатации.
Установка регенерации масла CMM-R может комплектоваться различным количеством колонн: двумя, четырьмя, шестью, двенадцатью, двадцатью четырьмя и т.д. Чем больше количество колонн, в которых одновременно регенерируется масло, тем выше общая производительность оборудования.
Для обеспечения более эффективного обслуживания трансформаторов GlobeCore предусмотрена возможность внедрения технологии регенерации без отключения трансформатора от питания. В этом случае регенерация масла выполняется путем подключения блока CMM-R к трансформатору и за счет непрерывной циркуляции масла в замкнутом контуре (трансформатор-блок-трансформатор). Регенерация масла в трансформаторе, находящемся под напряжением, экономит время и делает процесс обслуживания более удобным (не требуется включать резерв или отключать потребителей электроэнергии).
Своевременное применение технологии регенерации GlobeCore продлевает срок службы силовых трансформаторов на 15-20 лет за счет улучшения состояния системы изоляции.
Установка регенерации масла CMM-12R
Что нужно сделать, чтобы использовать сорбент
Регенерация трансформаторного масла с использованием сорбентов показывает отличные результаты, однако со временем сорбент насыщается примесями. Регенерацию сорбентов чаще всего проводят во внешнем оборудовании. Технология GlobeCore реализована таким образом, что регенерация сорбента выполняется без удаления сорбента из регенерационной установки CMM-R путем его сжигания при высокой температуре. Сначала вы запускаете цикл регенерации масла, а после насыщения сорбента активируется цикл регенерации масла. Таким образом, сорбент не требует утилизации и может использоваться многократно в течение нескольких лет.
Какие еще нефтепродукты можно регенерировать с использованием технологий GlobeCore
Регенерация отработанного масла является комплексной задачей, и промышленные потребности не ограничиваются только регенерацией трансформаторных масел. Технологии GlobeCore могут быть успешно использованы для решения следующих задач:
- регенерация гидравлического масла;
- промышленная регенерация масла;
- регенерация турбинного масла;
- осветление топлива.
Поскольку вязкость различных типов масел и топлив может отличаться, производительность регенерации незначительно изменяется при использовании установок CMM-R, но оборудование остается универсальным и работает с различными нефтепродуктами.
Преимущества регенерации масла
Регенерация минеральных масел в промышленном секторе обеспечивает следующие преимущества:
- экономия сырья (нефти) за счет повторного использования отработанных масел и, таким образом, сокращения объема потребления новых масел;
- экономия средств за счет того, что себестоимость регенерации ниже себестоимости нового масла;
- нет необходимости утилизировать отработанное масло;
- своевременная регенерация продлевает срок службы маслонаполненного оборудования и повышает надежность его работы;
- улучшение экологической ситуации путем поддержки принципов «ноль отходов» в контексте отходов, загрязненных нефтью.