RU2113272C1

RU2113272C1 - Transformer oil reclaiming plant

Info

Publication number: RU2113272C1
Application number: RU96103954A
Authority: RU
Inventors: Д.П. Лебедев; В.С. Горбачев; Е.А. Самсонова; Н.Г. Ламонов; В.М. Комаров
Original assignee: Государственное научно-производственное предприятие "Агроэлектротерм"; Российский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства
Priority date: 1996-02-28
Filing date: 1996-02-28
Publication date: 1998-06-20

Abstract

FIELD: transformer oil reclaiming, applicable at power complex enterprises, electric power and transformer stations using transformer oil. SUBSTANCE: transformer oil reclaiming plant has the first separator-heater installed between the cleaning and degassing units, the second separator-heater installed between the degassing unit and reservoir for collection of clean oil, reclaiming system connected to one of the outlets of the cleaning unit, and a unified vacuum line connecting the cleaning unit and reservoir for collection of clean oil and the reclaiming system parallel- combined in a sub-system. EFFECT: enhanced efficiency. 1 dwg

Description

Изобретение относится к процессам и аппаратам, связанным с разделением жидких и газовых смесей с помощью полупроницаемых мембран. Изобретение может быть использовано для мембранного разделения, дегазации и осушки в тангенциальном потоке трансформаторных масел. Установка регенерации может применяться на предприятиях энергетического комплекса, электрических и трансформаторных станциях и объектах, использующих трансформаторное масло. The invention relates to processes and apparatuses associated with the separation of liquid and gas mixtures using semipermeable membranes. The invention can be used for membrane separation, degassing and drying in a tangential flow of transformer oils. The regeneration unit can be used at enterprises of the energy complex, electric and transformer stations and facilities using transformer oil.

Известны установки очистки трансформаторного масла, включающие в различном совмещении друг с другом нагреватель, центрифугу, деаэратор, деэмульгатор, фильтр, сепаратор, аппарат электроочистки, фильтр. Недостатком этих установок является как использование дорогостоящего оборудования, так и отсутствие возможности получения низких парциальных давлений водяного пара и, как следствие, получение низких уровней оконечного влагосодержания (более 10 г/т) и соответственно пробивного напряжения (не более 35 кВ). There are known installations for cleaning transformer oil, including, in various combinations with each other, a heater, a centrifuge, a deaerator, a demulsifier, a filter, a separator, an electric cleaning apparatus, a filter. The disadvantage of these installations is both the use of expensive equipment, and the lack of the ability to obtain low partial pressures of water vapor and, as a result, obtaining low levels of final moisture content (more than 10 g / t) and, accordingly, breakdown voltage (not more than 35 kV).

В предлагаемой установке решение вопросов очистки, осушки и дегазации основано на изменении физико-химических свойств нагретого в условиях вакуума трансформаторного масла (т.е. всего ряда входящих в него углеводородов). При этом очистку масла целесообразно проводить под грубым вакуумом с одновременным удалением влаги и воздуха из легкокипящих углеводородов, далее дегазацию и осушку выполнять под повышенным (средним) вакуумом для удаления оставшегося воздуха из всего класса углеводородов (ароматических, изопарафиновых, нафтеновых и др.). Такое постадийное вакуумирование нагретого масла позволяет уменьшить его чрезмерное эмульгирование и исключает возможность попадания эмульсии масла в вакуумную магистраль и вакуумный насос. Кроме того, ввиду присутствия в масле растворенной и эмульгированной воды проводится различный постадийный подогрев масла в вакууме как в потоке, так и в эмульгированном состоянии. Подогрев эмульсии масла в вакууме позволяет проводить его полную дегазацию и удаление свободной и связанной влаги. In the proposed installation, the solution of cleaning, drying, and degassing issues is based on a change in the physicochemical properties of transformer oil heated under vacuum (i.e., the entire range of hydrocarbons included in it). At the same time, it is advisable to clean the oil under a coarse vacuum while removing moisture and air from low-boiling hydrocarbons, then degassing and drying under high (medium) vacuum to remove the remaining air from the entire class of hydrocarbons (aromatic, isoparaffinic, naphthenic, etc.). This stepwise evacuation of the heated oil reduces its excessive emulsification and eliminates the possibility of oil emulsion getting into the vacuum line and vacuum pump. In addition, due to the presence of dissolved and emulsified water in the oil, various stepwise oil heating is carried out in a vacuum both in a stream and in an emulsified state. Heating the oil emulsion in a vacuum allows it to be completely degassed and remove free and bound moisture.

Целью изобретения является улучшение качества трансформаторного масла. The aim of the invention is to improve the quality of transformer oil.

Указанная цель достигается тем, что установка снабжена сепараторами-нагревателями, первый из которых установлен между аппаратами очистки и дегазации, а второй - между аппаратом дегазации и емкостью для сбора чистого масла, системой регенерации, подсоединенной к одному из выходов аппарата очистки, и единой вакуумной магистралью, при этом аппарат очистки и емкость для сбора чистого масла и система регенерации объединены в подсистемы, которые соединены между собой параллельно посредством единой вакуумной магистрали. This goal is achieved by the fact that the installation is equipped with separators-heaters, the first of which is installed between the cleaning and degassing devices, and the second - between the degassing device and a tank for collecting clean oil, a regeneration system connected to one of the outputs of the cleaning device, and a single vacuum line while the purification apparatus and the tank for collecting clean oil and the regeneration system are combined into subsystems that are connected together in parallel by means of a single vacuum line.

На чертеже представлена общая схема установки регенерации трансформаторного масла. The drawing shows a General diagram of the installation of the regeneration of transformer oil.

В установке система регенерации масла состоит из трех практически автономных подсистем:
подсистемы I очистки и предварительной осушки и предварительной дегазации;
подсистемы II дегазации и осушки;
подсистемы III для регенерации микрофильтра подсистемы I очистки;
подсистемы IV вакуумирования.In the installation, the oil recovery system consists of three practically autonomous subsystems:
subsystem I cleaning and pre-drying and pre-degassing;
subsystem II degassing and drying;
subsystem III for regeneration of the microfilter of subsystem I of the treatment;
subsystem IV evacuation.

Подсистема I очистки, предварительной осушки и дегазации состоит из емкости 1 сбора масла, насоса 2, фильтра 3 грубой очистки, нагревателя масла 4, насоса 5, аппарата очистки 6, затворов 7-12, термометров 13, 14, сепаратора-нагревателя 15, манометров 16, 17, вакуумметра 18. Subsystem I of cleaning, pre-drying and degassing consists of a tank 1 for collecting oil, a pump 2, a filter 3 for rough cleaning, an oil heater 4, a pump 5, a cleaning apparatus 6, valves 7-12, thermometers 13, 14, a separator-heater 15, pressure gauges 16, 17, gauge 18.

Подсистема II дегазации и осушки состоит из насоса 19, аппарата дегазации 20, сепаратора-нагревателя 21, вентилей 22-26, термометра 27, вакуумметра 28. Subsystem II of degassing and drying consists of a pump 19, a degassing apparatus 20, a separator-heater 21, valves 22-26, a thermometer 27, a vacuum gauge 28.

Подсистема III для регенерации аппарата очистки микрофильтра 6 состоит из регенератора 29, сепаратора 30, вентилей 31-37. Subsystem III for the regeneration of the microfilter cleaning apparatus 6 consists of a regenerator 29, a separator 30, valves 31-37.

Подсистема IV вакуумирования включает в себя конденсатор 46, вакуум-насос 47. Subsystem IV evacuation includes a capacitor 46, a vacuum pump 47.

В установку также входят емкость 38 сбора чистого масла с фильтром 39 осушки воздуха, вакуумметр 40, расходомер 41 и запорная арматура, вентили 42-45. The installation also includes a tank 38 for collecting pure oil with a filter 39 for drying air, a vacuum gauge 40, a flow meter 41 and shut-off valves, valves 42-45.

Подсистемы I, II, III и емкость сбора 38 чистого масла, соединенные между собой параллельно, объединяет единая вакуумная магистраль, связанная с подсистемой IV вакуумирования, т.е. единой вакуумной магистралью являются трубопроводы от подсистемы IV до вентилей 24, 45, 44, 36. Subsystems I, II, III and the collection capacity 38 of pure oil, connected together in parallel, are united by a single vacuum line connected with the subsystem IV of evacuation, i.e. pipelines from subsystem IV to valves 24, 45, 44, 36 are a single vacuum line.

Установка работает следующим образом. Бак 1 заполняют грязным (некондиционным) маслом при открытых затворах 7, 8, 9, закрытых 10 и 12, закрытых вентилях 31, 34. Включают насос 2 и насос 5. Насос 2 обеспечивает прокачку масла через фильтр 3 грубой очистки. Насос 5 обеспечивает путем прикрытия затворов 8, 9 заданное избыточное давление на микрофильтре 6, регистрируемое манометром 17. Аппарат очистки 6 представляет собой микрофильтрационный массообменный аппарат, внутри корпуса которого между двумя трубными дисками укрепляются цилиндрические трубки с микропористыми стенками. Во внутренних полостях трубок протекает под избыточным давлением грязное (некондиционное) масло, фильтруемое через микропористые стенки. Включают нагреватель 4, регулируя напряжение, на котором обеспечивают заданную оптимальную температуру масла по термометру 13 в аппарате очистки 6. Так систему очистки приводят для работы на холостом ходу. Installation works as follows. Tank 1 is filled with dirty (substandard) oil with open shutters 7, 8, 9, closed 10 and 12, closed valves 31, 34. Turn on pump 2 and pump 5. Pump 2 provides oil pumping through the coarse filter 3. The pump 5 provides, by covering the shutters 8, 9, a predetermined overpressure on the microfilter 6, recorded by a pressure gauge 17. The purification apparatus 6 is a microfiltration mass transfer apparatus, inside of which a cylindrical tube with microporous walls is fixed between two tube disks. In the internal cavities of the tubes, dirty (substandard) oil flows under excessive pressure, filtered through microporous walls. Heater 4 is turned on, adjusting the voltage at which the predetermined optimum oil temperature is measured by thermometer 13 in the purification apparatus 6. Thus, the purification system is brought to idle.

Далее включают систему вакуумирования, для чего подают воду в конденсатор 46. При закрытом затворе 11 в вентилях 22, 24, 36, 44, 45 включают вакуум-насос 47. Проводят вакуумирование сепаратора-нагревателя 15, открывая вентиль 44. С его помощью устанавливают заданный уровень грубого вакуума для испарения влаги из легкокипящих углеводородов и их предварительной дегазации. При закрытых вентилях 23, 42 открывают вентили 24, 25, 45. По вакуумметру 28 устанавливают средний вакуум в системе II дегазации и сушки. Сравнивают показания уровня вакуумирования по вакуумметрам 28 и 40, добиваясь между ними минимальной разницы показаний, свидетельствующей об установившемся режиме. Этим заканчивается установление заданного уровня вакуума во всех технологических аппаратах, связанных с вакуумной магистралью при холостом режиме. Включается нагреватель в сепараторе-нагревателе 15 и открывается кран 10. Сепаратор-нагреватель 15 до заданного уровня заполняется очищенным в аппарате очистки 6 жидким и эмульгированным маслом. В аппарате очистки 6 в тангенциальном режиме течения масла внутри пористых трубок происходит как его очистка, так и частичная дегазация и осушка при грубом вакууме и повышенных температурах. При этом легкокипящие фракции углеводородов в масле переходят в эмульгированное состояние. Сепаратор-нагреватель 15 обеспечивает дальнейшее удаление влаги, газов и воздуха из эмульгированного масла, одновременно переводя его в жидкое состояние. Таким образом сепаратор-нагреватель 15 исключает возможность попадания эмульгированного масла в вакуумную магистраль и далее в вакуум-насос 47. Чтобы сепаратор-нагреватель 15 не переполнялся, приоткрывает затвор 12 и масло частично подается на вход насоса 5. Одновременно открывают затвор 11 и вентиль 22, включают насос 19, обеспечивая поток очищенного масла через аппарат дегазации 20 (кратковременный холостой режим). По конструкции аппарат дегазации 20 аналогичен аппарату очистки 6. Включают нагреватель сепаратора-нагревателя 21 и по термометру 27 устанавливают заданную оптимальную температуру (определенную типом трансформаторного масла). Открывают вентиль 23. Аппарат дегазации 20 через стенки своих пористых трубок при открытии вентиля 23 обеспечивает истечение чистого масла в сепаратор-нагреватель 21. При этом в аппарате дегазации 20 происходят глубокая дегазация и осушка масла при оптимальной повышенной температуре и среднем вакууме. Практически основной объем влаги, воздуха и газов в этом случае извлекается из всей остальной части углеводородного ряда в масле, кипящего в этих условиях. При этом часть дегазированного и осушенного масла переходит как в жидкое, так и эмульгированное состояние. Сепаратор-нагреватель 21 обеспечивает при оптимальной температуре и среднем вакууме полное удаление связанной влаги, газов и воздуха из масла, находящегося в эмульгированном состоянии. Одновременно сепараттор-нагреватель 21 при оптимальной температуре переводит эмульгированное масло в жидкое состояние, исключая возможность попадания его в вакуумную магистраль. Next, turn on the vacuum system, for which water is supplied to the condenser 46. When the shutter 11 is closed, valves 22, 24, 36, 44, 45 are turned on and the vacuum pump 47 is turned on. Vacuum separator-heater 15 is opened, opening valve 44. Using it, set level of rough vacuum for evaporation of moisture from low-boiling hydrocarbons and their preliminary degassing. When the valves 23, 42 are closed, the valves 24, 25, 45 are opened. The vacuum gauge 28 sets the average vacuum in the system of degassing and drying II. Comparison of the evacuation level by vacuum gauges 28 and 40, achieving between them the minimum difference in readings, indicating a steady state. This completes the establishment of a predetermined vacuum level in all technological devices associated with the vacuum line at idle. The heater is turned on in the separator-heater 15 and the valve 10 opens. The separator-heater 15 is filled to a predetermined level with liquid and emulsified oil purified in the cleaning apparatus 6. In the purification apparatus 6, in the tangential mode of the flow of oil inside the porous tubes, both its purification and partial degassing and drying under rough vacuum and elevated temperatures occur. At the same time, low-boiling fractions of hydrocarbons in oil pass into an emulsified state. The separator-heater 15 provides further removal of moisture, gases and air from the emulsified oil, while converting it into a liquid state. Thus, the separator-heater 15 eliminates the possibility of the emulsified oil getting into the vacuum line and then into the vacuum pump 47. To prevent the separator-heater 15 from opening, the valve 12 is opened and the oil is partially fed to the pump inlet 5. At the same time, the valve 11 and valve 22 are opened, turn on the pump 19, providing a stream of purified oil through the degassing apparatus 20 (short-term idle mode). By design, the degassing apparatus 20 is similar to the purification apparatus 6. The heater of the separator-heater 21 is turned on and the set optimum temperature (determined by the type of transformer oil) is set using the thermometer 27. Open the valve 23. The degassing apparatus 20 through the walls of its porous tubes when opening the valve 23 ensures the flow of clean oil into the separator-heater 21. In this case, the degassing apparatus 20 undergoes deep degassing and drying of the oil at an optimal elevated temperature and medium vacuum. Almost the main volume of moisture, air and gases in this case is extracted from the rest of the hydrocarbon series in oil, boiling under these conditions. In this case, part of the degassed and dried oil passes into both liquid and emulsified states. The separator-heater 21 provides, at an optimum temperature and medium vacuum, the complete removal of bound moisture, gases and air from an oil in an emulsified state. At the same time, the separator-heater 21 at the optimum temperature transfers the emulsified oil to a liquid state, eliminating the possibility of it entering the vacuum line.

Далее открывают вентиль 25 и чистое масло сливают в емкость 38 (сепаратор-нагреватель 21 по уровню располагается выше емкости 38 сбора масла). По расходомеру 41 определяют расход регенерируемого масла. При заполнении емкости 38 до заданного уровня закрывают вентили 25 и 45. Сепаратор-нагреватель 21 в этот момент продолжает заполняться под вакуумом маслом. Чтобы сепаратор-нагреватель 21 не переполнялся маслом, открывают вентиль 26 и масло подается на вход насоса 19. Емкость 38 после ее заполнения до заданного уровня маслом опорожняется путем открытия вентилей 42 и 43 под атмосферным давлением воздуха, натекающего через фильтр-осушитель 39. После опорожнения емкости 38 закрываются вентили 42 и 43, открывается вентиль 45 и проводится ее откачка вакуумным насосом 47. Достигается максимальный постоянный уровень среднего вакуума по вакуумметру 40. Открывается вентиль 25 и начинается новый этап заполнения емкости 38 регенерирования (чистым) маслом. Этим заканчивается цикл регенерации трансформаторного масла на установке. Next, open the valve 25 and the clean oil is poured into the tank 38 (the separator-heater 21 is located at a level above the tank 38 oil collection). The flow meter 41 determines the flow rate of the regenerated oil. When filling the tank 38 to a predetermined level, the valves 25 and 45 are closed. The separator-heater 21 at this moment continues to be filled with oil under vacuum. To the separator-heater 21 is not overfilled with oil, open the valve 26 and the oil is supplied to the inlet of the pump 19. The tank 38, after filling it to a predetermined level with oil, is emptied by opening the valves 42 and 43 under atmospheric pressure of the air flowing through the filter dryer 39. After emptying containers 38, valves 42 and 43 are closed, valve 45 is opened and pumped out by a vacuum pump 47. The maximum constant level of average vacuum in the vacuum gauge 40 is reached. Valve 25 opens and a new filling step begins regenerating the spine 38 (pure) oil. This completes the regeneration cycle of the transformer oil in the installation.

Работа установки в режиме регенерации аппарата очистки (микрофильтра) 6 тонкой очисткой после его засорения проводится после уменьшения расхода чистого масла по расходомеру 41 в 1,5 - 2 раза. В зависимости от загрязненности исходного трансформаторного масла периодичность этого процесса различная. Перед началом регистрации аппарата очистки 6 закрывают затвор 10, выключают насос 19, закрывают вентили 22, 23, 25. Все операции проводят при заполненных не менее чем наполовину сепараторах-нагревателях 15 и 21 и при работающем вакуум-насосе 47. Закрывают вентили 24, 44, 45 и открывают вентили 36, 32, 33. Вакуумируют сепаратор 30 и вакуумную полость регенератора 29 до максимального уровня вакуума, регистрируемого вакуумметром 40. Открытием вентиля 34 заполняют подмембранное пространство регенератора 29 чистым маслом. Закрывают вентиль 33. При открытых вентилях 31 и 34 при работающем насосе 5 под избыточным давлением проводится регенерация микрофильтра 6 чистым маслом в поток грязного масла. Мембрана регенератора 29 отжимается вниз. Время регенерации аппарата очистки 6 выбирается опытным путем. The operation of the unit in the regeneration mode of the cleaning apparatus (microfilter) 6 by fine cleaning after clogging is carried out after reducing the consumption of pure oil by flow meter 41 by 1.5 - 2 times. Depending on the contamination of the source transformer oil, the frequency of this process is different. Before starting the registration of the cleaning apparatus 6, close the shutter 10, turn off the pump 19, close the valves 22, 23, 25. All operations are carried out with at least half of the separator-heaters 15 and 21 and with the vacuum pump 47 operating. Close the valves 24, 44 45 and open the valves 36, 32, 33. The separator 30 and the vacuum cavity of the regenerator 29 are vacuumized to the maximum level of vacuum detected by the vacuum gauge 40. By opening the valve 34, fill the submembrane space of the regenerator 29 with clean oil. Close valve 33. With open valves 31 and 34, while the pump 5 is operating, the microfilter 6 is regenerated with pure oil into a stream of dirty oil under excess pressure. The membrane of the regenerator 29 is pressed down. The regeneration time of the cleaning apparatus 6 is selected empirically.

Далее закрывают вентиль 31, открывают вентиль 33 и сепарируют масло из верхней полости регенератора 29 в сепаратор 30. Закрывают вентиль 36, открывают вентиль 35, развакуумировав сепаратор 30, открывают вентиль 37 и сливают масло из сепаратора 30 под атмосферным давлением в емкость 1. После слива масла в емкость 1 закрывают вентиль 37, открывают вентили 36, 33, 32 и цикл регенерации через определенное время может быть повторен. Next, close the valve 31, open the valve 33 and separate the oil from the upper cavity of the regenerator 29 into the separator 30. Close the valve 36, open the valve 35, having evacuated the separator 30, open the valve 37 and drain the oil from the separator 30 under atmospheric pressure into the tank 1. After draining oil in the tank 1 close the valve 37, open the valves 36, 33, 32 and the regeneration cycle after a certain time can be repeated.

Предлагаемая установка позволяет после регенерации некондиционного трансформаторного масла получить масло высокого качества. Ниже приведены данные сокращенного физико-химического анализа трансформаторного масла после регенерации (испытания масла приведены профильной специализированной лабораторией):
пробивное напряжение, кВ - более 70
влагосодержание, г/т - менее 4
кислотное число, мг KOH - 0,03
реакция - нейтральная
температура вспышки, ^oC - 139
цвет - 5
механические примеси - отсутствуют
осадок - отсутствует
уголь - отсутствует
Сравним представленные данные для трансформаторного масла со справочными (Справочная книжка энергетика. М.: Энергия, 1968, с. 21). Так, по справочным данным для сухого трансформаторного масла непосредственно после заливки в аппараты (трансформаторы, выключатели и др.) пробивное напряжение должно составлять 50 кВ, что значительно меньше для данного показателя, получаемого с помощью предлагаемой установки. Остальные показатели также превышают или соответствуют справочным данным.The proposed installation allows after regeneration of substandard transformer oil to obtain high-quality oil. The following are the data of a shortened physico-chemical analysis of transformer oil after regeneration (oil tests are provided by a specialized specialized laboratory):
breakdown voltage, kV - more than 70
moisture content, g / t - less than 4
acid value, mg KOH - 0.03
reaction is neutral
flash point, ^o C - 139
color - 5
mechanical impurities - absent
sediment is absent
coal is absent
Compare the presented data for transformer oil with reference (Reference book energy. M: Energy, 1968, p. 21). So, according to the reference data for dry transformer oil, immediately after pouring into devices (transformers, switches, etc.), the breakdown voltage should be 50 kV, which is significantly less for this indicator obtained using the proposed installation. Other indicators also exceed or correspond to reference data.

Claims

Installation for the regeneration of transformer oil, including cleaning, drying, degassing devices and a tank for collecting clean oil, characterized in that it is equipped with heat separators, the first of which is installed between the cleaning and degassing devices, and the second - between the degassing device and the collection tank clean oil, a regeneration system connected to one of the exits of the purification apparatus, and a single vacuum line, while the purification apparatus and the reservoir for collecting clean oil and the regeneration system are combined in sub systems that are interconnected in parallel by means of a single vacuum line.