Сушка масла распылением в вакууме

Сушка масла в вакууме — наиболее совершенный и экономичный способ, который заключается в том, что раствор масла с водой распыляется форсункой в бак, в котором создается разрежение. При этом из масла удаляются свободная и растворенная влага, а также растворенный воздух. При тонком диспергировании масла оно быстро отдает свою влагу. Сухое масло в виде капель выпадает на дно вакуумного бака.

Эффективность и скорость сушки повышаются при нагреве масла, так как увеличивается испарение влаги. Потери масла от испарения при этом незначительны. Скорость испарения воды из масла зависит также от разности между давлением насыщенного водяного пара при данной температуре и остаточным давлением в вакуумном баке. Установки для вакуумной сушки масла имеются нескольких типов. В Мосэнерго были разработаны установки для вакуумной сушки масла в стационарном и передвижном вариантах.

Рис. 7. Принципиальная схема передвижной установки для вакуумной сушки масла: 1 — фильтр; 2, 7 — ротационно-зубчатые насосы; 3 — манометр; 4 — электрообогрев; 5 — форсунки; 6 — вакуумный бак; 8 — холодильник; 9 — вакуумметр; 10 — сборник воды; 11- вакуум-насос

Рис. 8. Механическая форсунка для распыления масла при сушке масла в вакууме: 1 — корпус; 2 — вкладыш

На рис. 7 приведена принципиальная схема передвижной установки производительностью 0,5 м3/ч. Установка состоит из бака для сушки масла в вакууме, вакуум-насоса, двух ротационно-зубчатых насосов, холодильника, сборника воды и фильтра. На баке длиной 1,5 м и диаметром 0,7 м имеется обмотка для индукционного обогрева. Обводненное трансформаторное масло, нагретое до 60° С, насосом подается по двум маслопроводам через форсунки в бак, работающий при остаточном давлении 160—260 мм рт. ст. Высушенное масло скапливается на дне бака, а затем откачивается насосом в емкость.

Сушка масла проводится по замкнутому циклу, подключив установку непосредственно к силовому трансформатору.

Установки для вакуумной сушки масла более производительны и надежны в работе, чем центрифуги. Кроме того, расход электроэнергии для этих установок в 3-4 раза меньше.

На рис. 8 изображена механическая форсунка для распыления масла в вакуумном баке. Вкладыш форсунки выполнен в виде двухходового винта. При работе он создает вращательное движение жидкости, и при определенной скорости ее истечения за выходным отверстием образуется пленка раствора, которая под действием волнообразных колебаний распадается на отдельные капли.

На рис. 9 приведена принципиальная схема передвижной вакуумной установки для сушки трансформаторных масел. Установка может размещаться на трехтонной автомашине или двухосном автомобильном прицепе и состоит из бака-дегазатора емкостью 200 л, двух вакуумных и одного шестеренчатого насосов, бака для хранения масла, фильтров, электроподогревателя и ловушки для масла.

Рис. 10. Установка для сушки трансформаторного масла: 1 — стальная бочка; 2 — пять бухт провода АПР-500 (2,5 м2) по 40 витков; 3 — киперная лента; 4 — крестовина для подвески, бухт (доски 20 X 80 лш); 5 — пробка с колонкой для мановакуумметра и шланга вакуум-насоса

В качестве бака для масла рекомендуется стандартная стальная бочка емкостью 200 л. Обычную винтовую пробку заменяют такой же, но с колонкой для присоединения вакуум-насоса и мановакуумметра. Для нагрева бочки индукционными токами на поверхность ее наложена обмотка из 200 витков провода А ПР-500 сечением 2,5 мм2. Сушка масла требует наличия на установке ограждения; вход блокируется на катушку магнитного пускателя, включающего обмотку.

Рис. 11. Схема сушки трансформатора: 1 — трубчатый холодильник; 2 — бачок для конденсата; 3 — вакуумный бак; 4 — вакуум-насос

Изготовление вакуумных аппаратов для сушки масла собственными силами отдельных предприятий приводит к кустарничеству и применению недоработанных конструкций установок. Необходимо наладить серийное производство таких установок в кратчайший срок. Положительное решение этого вопроса в масштабе народного хозяйства нашей страны даст огромный экономический эффект. При серийном выпуске вакуумных установок,  с помощью которых реализуется сушка масла, для сушки масла в комплекте с фильтрпрессами их можно использовать вместо центрифуг с минимальными затратами средств и рабочей силы при значительно большей производительности и эффективности. Целесообразно создать конструкции вакуумных установок (стационарных и передвижных) производительностью от 1 до 10 м3/ч и более.

Московский машиностроительный завод «Реготмас» приступил к серийному производству вакуумно-адсорбционных установок РТМ-200, которые могут быть использованы не только для адсорбционной регенерации отработанных масел, но и для вакуумной сушки и фильтрования свежих и загрязненных трансформаторных масел.

В ВК «Реготмас» спроектирована передвижная установка УТМ, предназначенная для фильтрования, обезвоживания и перекачки трансформаторного масла при централизованном ремонте трансформаторов, масляных выключателей и другого маслонаполненного оборудования. Смонтированная на двухосном прицепе с закрытым кузовом установка приспособлена к работе в летних и зимних условиях. В комплект установки УТМ входит следующее оборудование: маслоочистительная установка ПСМ1-3000, вакуум-насос ВН-1МГ, шестеренчатый насос РЗ-ЗО, трубчатый холодильник, вакуумный бак и бачок для конденсата. В кузове прицепа установлены электрораспределительный щит и слесарный верстак с тисками и электрозаточным станком.

Сушка трансформатора при централизованном ремонте подстанционного оборудования проводится по схеме, изображенной на рис. 11. Вакуум-насос 5 через холодильник 1 и вакуумный бак 4 отсасывает влажный воздух из трансформатора. Проходя через трубчатый холодильник, воздух охлаждается; при этом влага конденсируется. Вода по наклонной трубе стекает в бачок 3 для конденсата, а воздух, свободный от влаги, через вакуумный бак 4 вакуум- насосом 5 выбрасывается в атмосферу.

Рис. 12. Технологическая схема очистки трансформаторного масла на установке ПСМ1-3000: 1 — фильтр грубой очистки; г — шестеренчатые насосы; 3 — электроподогреватель; 4 — вакуумный бак; 5 — вакуум-насос; 6 — маслосепаратор СМ 1-3000; 7 ~ фильтрпресс; 8 — поддон; 9 — сборник масла

Обезвоживание и фильтрование масла проводят на песте эксплуатации маслонаполненного оборудования без слива масла из него при помощи установки ПСМ1-3000 производительностью 3000 л/ч, смонтированной в кузове установки УТМ. В комплект установки ПСМ1-3000 входит следующее оборудование:

• маслосепаратор СМ 1-3000;
• вакуум-насос;
• два шестеренчатых насоса;
• электроподогреватель с баком;
• фильтрпресс и щит управления (рис. 12).

Маслоочистительная установка ПСМ1-3000 при помощи резиновых шлангов с наконечниками присоединяется к трансформатору (или резервной емкости с маслом).

Очистка масла проводится по замкнутой схеме: бак трансформатора (спускной кран) — маслосепаратор — фильтрпресс — расширитель — трансформатор. Очищаемое масло из трансформатора через фильтр грубой очистки шестеренчатым насосом подается в электроподогреватель. Нагретое до 60-65° С масло из электроподогревателя поступает в барабан маслосепаратора, где от масла отделяются вода и механические примеси, а затем в вакуумный бак, работающий при остаточном давлении 60-140 мм рт. ст. Водяные пары из вакуумного бака отсасываются вакуум-насосом, а обезвоженное масло шестеренчатым насосом подается на фильтрпресс. Фильтрованное масло поступает в расширитель и далее в трансформатор.

Подсчитано, что годовая экономия от внедрения в народное хозяйство, например, 50 установок УТМ составит 84 600 руб.

Сушка масла негашеной известью

Заслуживает внимания метод сушки трансформаторного масла негашеной известью (СаО). Для сушки берется свежая, высококачественная негашеная известь, которая легко гасится водой, превращаясь в пушонку.

Влажное масло с электрической прочностью 14-20 кв/см пропускают через адсорбер (600X1200 мм) с негашеной известью со скоростью 300 л/ч при температуре 18-20° С. С повышением скорости пропускания масла до 500 л/ч электрическая прочность его повышается до 50, но стабильность несколько снижается. Для получения более стабильного масла и предотвращения уноса известковой пыли и продуктов взаимодействия очищенного масла с известью целесообразно применять в адсорбере (на выходе очищаемого масла) предохранительный слой из отбеливающей глины. Толщина слоя до 200 мм, размер крупки 2,5-7 мм.

В Ереванэнерго сушка трансформаторных масел с применением негашеной извести проводилась в производственных условиях на трех силовых трансформаторах емкостью 20, 25 и 30 т масла. Расход негашеной извести при этом составил 0,2%. Во всех случаях электрическая прочность масла после сушки повышалась с 14-24 до 50-60. Другие свойства масла практически оставались без изменения.

Рис. 13. Изменение кислотных чисел масел при эксплуатации в трансформаторах после сушки: 1,2,3 — с помощью центрифуги или фильтрпресса; 4, 5, 6 — с применением негашеной извести

Масла после сушки негашеной известью были залиты в трансформаторы и на протяжении нескольких лет за ними проводился лабораторный контроль. На рис. 13 показано изменение кислотных чисел масел за длительный период их эксплуатации в трансформаторах. Из приведенных данных видно, что стабильность масел, обработанных СаО, значительно выше, чем масел, высушенных обычными методами. Следует отметить, что сушке негашеной известью подвергались масла из малосернистых нефтей и без антиокислительных присадок.

При применении описанного метода сушки необходимо в лабораторных условиях проверить его конкретно для данных масла и СаО, т. е. их совместимость, а также возможность получения стабильного масла. Контроль осуществляется путем определения в пробах зольности и тангенса угла диэлектрических потерь; для осушенных масел определяют общую стабильность против окисления. В золе масел после обработки негашёной известью должны отсутствовать соли кальция. Сушка масла негашеной известью осуществляется под тщательным наблюдением обслуживающего персонала.

Сушка масла с помощью молекулярных сит

Синтетические цеолиты (молекулярные сита) в последние годы все более широко применяются в различных отраслях народного хозяйства. Наиболее крупным потребителем цеолитов являются нефтехимические производства и нефтепереработка. Молекулярные сита сравнительно широко используются и для сушки трансформаторных масел и других специальных жидкостей. Заманчиво их применение и для очистки кислых нефтяных масел.

Молекулярные сита — новый тип адсорбентов. Они характеризуются однородной структурой внутренних пор, размеры которых соизмеримы с размерами молекул; это позволяет применять их для разделения и очистки газовых и жидких систем, используя различия в размере и форме составляющих молекул.

Рис. 14. Синтетический цеолит: а — модель кристалла (1 — полость; 2 — окно); б — гранулы цеолита

Цеолиты  обладают рыхлой кристаллической структурой, образованной имеющими общие атомы кислорода тетраэдрами Si04 и А104 (рис. 14); в пустотах располагаются катионы Me и молекулы воды. Цеолиты способны обменивать содержащуюся в них воду па другие жидкости (спирт, аммиак и т. п.), а катионы Me — на различные другие катионы. В отличие от конструкционной (т. е. входящей в основной состав вещества) воды так называемая цеолитная вода ведет себя как сорбированная. При нагревании цеолитов она удаляется постепенно, причем даже в случае полного обезвоживания основная структура их не разрушается.

В литературе описаны десятки синтетических цеолитов различных типов и форм, однако наиболее распространены так называемые цеолиты общего назначения: КА, NaA, СаА, СаХ (первая буква указывает на преобладающий в цеолите металл). В большинстве случаев они используются в виде таблеток, цилиндриков или шариков размером 2,0-5,0 мм. Поры их представляют собой сферические полости диаметром 11,4 к для цеолитов типа А и около 11,9 А для цеолитов типа X.

Эти полости соединены узкими отверстиями, называемыми окнами. Эффективные диаметры окоп существенно различаются для цеолитов разных типов (от 4 до 9 А).

Очень важным фактором для адсорбции цеолитами является их большое сродство с полярными молекулами, что объясняется, по-видимому, электростатическим характером адсорбционной связи поверхности цеолитового каркаса и адсорбируемых молекул. Следует отметить, что цеолиты всех типов имеют очень жесткий и прочный каркас, не подвергающийся деформациям при нагреве и охлаждении. Это обеспечивает устойчивую избирательность адсорбции и многократность использования цеолитов.

Для сушки трансформаторных масел применяют цеолиты типа NaA и СаА, изготовляемые по МРТУ-6-61-906—66.

Цеолиты типа А и X являются активными влагопоглотителями и характеризуются высокой избирательностью. Установлено [18], что натриевая форма цеолита адсорбирует 0,32 см3)г воды, 0,26 см*]г метилового спирта; адсорбция же более крупных молекул (к-гексана, изооктана и бензола) происходит в незначительной степени. Кальциевая форма цеолита адсорбирует 0,32 cMzjs воды, 0,28 смъ)г метилового спирта, 0,22 см3/г н-гексана; изооктан и бензол ею почти не адсорбируются.

Технология получения синтетических цеолитов, разработанная сравнительно недавно, описана в специальной литературе [19, 20]. Перед использованием на адсорбционных установках цеолиты необходимо просушить (термическая активация, см. ниже). После сушки цеолиты засыпают в герметичную тару или специальные адсорберы с последующим заполнением их сухим маслом во избежание снижения адсорбционной способности цеолита.

За последние годы в специальной литературе приводится много работ по сушке молекулярными ситами типа NaA различных нефтяных фракций и индивидуальных углеводородов: трансформаторных масел, олефинов, спиртов и др.

По сравнению со всеми существующими способами сушки трансформаторных масел, основанными, как правило, на нагревании их до температуры, при которой испаряется вода, сушка с применением молекулярных сит имеет значительные преимущества. Сушка масла путем короткого замыкания тока приводит к местным перегревам и частичному разложению. Сушка в вакууме эффективна, но для нее требуется сложная аппаратура, большой расход электроэнергии и сравнительно много времени. Нагрев до высоких температур приводит к интенсивному окислению и понижению изоляционных свойств масла. Только с промышленным освоением производства синтетических цеолитов появилась реальная возможность глубокой сушки трансформаторных масел адсорбционным методом.

Молекулярные сита применяют в обычных адсорбционных системах со стационарным слоем адсорбента; регенерация осуществляется путем нагрева (термическая регенерация). Как правило, система состоит не менее чем из двух адсорберов, один из которых включен в процесс сушки или очистки жидкого потока, а второй — в процесс регенерации адсорбента. По размерам и сложности адсорбционные системы сильно различаются, по система для сушки трансформаторных масел обычно состоит из двух установок: собственно аппаратуры для очистки масла и установки для регенерации и термической активации цеолита. Адсорберы на установках очистки (сушки) и регенерации взаимозаменяемы.

Адсорбционная сушка масла протекает в несколько стадий.

1. Термическая активация цеолита путем прокаливания при 350-400° С в течение 4-5 ч. При температуре около 200° С активированный адсорбент заливают сухим маслом.
2. Собственно сушка. Эта стадия протекает достаточно эффективно при 16-20° С. Чтобы каждая единица объема масла как можно дольше соприкасалась с осушителем, отношение высоты адсорбера (высоты слоя молекулярных сит) к диаметру должно быть возможно большим (обычно 3 : 1 или 4:1).
3. Регенерация отработанного цеолита. На установке при применении цеолитов, как правило, адсорбер является и десорбером. Температурный режим и прочие условия соответствуют первой стадии. Сорбционные свойства молекулярных сит восстанавливаются полностью, практически без потерь адсорбента.

На рис. 15 приведена схема передвижной установки конструкции Мосэнерго для адсорбционной сушки трансформаторного масла. Обводненное масло из сырьевого бака (трансформатора) насосом с определенной скоростью подается снизу в адсорбер, включенный в схему сушки, через фильтр тонкой очистки с целью предохранения поверхности цеолита от засорения.