Каждый год в мире образуются тысячи тонн отработанных нефтяных масел, которые сливаются с трансформаторов, станков, прессов, компрессоров. Сливать эти отходы в окружающую среду нельзя, поскольку они загрязняют воду и почву, а также убивают животных и ухудшают здоровье людей.
Поэтому необходима утилизация отработанного масла или его регенерация для повторного использования. С экономической и экологической точки зрения регенерация является более предпочтительным решением. Она позволяет сэкономить нефть, из которой производятся масла, сократить расходы на закупку новых и утилизацию отработанных масел, а также уменьшить количество опасных отходов.
В этой статье мы рассмотрим регенерационные технологии и оборудование на примере масла, которое используется в трансформаторах для электрической изоляции элементов и отведения тепла.
ПРИЧИНЫ СТАРЕНИЯ ТРАНСФОРМАТОРНЫХ МАСЕЛ
Причины старения трансформаторных масел кроются в условиях их работы. При отводе тепла от нагревающихся частей трансформатора масло принимает на себя воздействие высокой температуры, а при изоляции – высокого напряжения. Кроме того, существуют другие факторы, которые ухудшают состояние трансформаторного масла. Среди них:
вода (снижает пробивное напряжение масла);
газы (становятся источником возникновения частичных разрядов);
механические примеси: уголь, волокна целлюлозы, частицы металла;
продукты окислительного старения масла.
Наличие воды, газов и механических примесей хоть и опасно для масла и трансформатора, но не столь критично. Эти примеси периодически удаляются из масла с помощью специального оборудования. Появление продуктов старения свидетельствует о том, что в масле протекают процессы, связанные с изменением его структурного состава. Окисление масла способствует образованию новых примесей. В масле накапливаются кислые продукты и асфальто-смолистые вещества. Происходит укрупнение коллоидных частиц и появляется масляный шлам. Шлам оседает на обмотках и ухудшает отвод тепла. Повышенная кислотность провоцирует старение целлюлозы. Таким образом, старение изоляционного масла снижает надежность всей изоляционной системы трансформатора.
ОЦЕНКА СТАРЕНИЯ ТРАНСФОРМАТОРНОГО МАСЛА
В качестве маркера процессов старения трансформаторного масла может использоваться изменение двух параметров: кислотного числа (число нейтрализации) и межфазного натяжения.
Кислотное число масла – это количество миллиграмм гидроксида калия, которое необходимо для нейтрализации кислых соединений, содержащихся в одном грамме трансформаторного масла. Оценка кислотности масла выполняется с помощью лабораторных методов и требует предварительного отбора проб масла из трансформатора.
На начальном эксплуатации (первые 6-8 лет) кислотное число трансформаторного масла обычно небольшое – 0,1 мг КОН/г. Еще через 8-10 лет кислотное число достигнет отметки 0,5 мг КОН/г, что свидетельствует о старении и наличии в масле шлама. Трансформаторное масло с кислотным числом 1 мг КОН/г считается старым и должно быть или заменено, или подвергнуто регенерации.
Контроль старения масла по кислотному числу дает хорошие результаты, но он нечувствителен к наличию других загрязнений, кроме кислотных соединений. То есть начальные процессы старения в масле могут уже наблюдаться, а кислотное число будет находится в пределах нормы.
Для идентификации даже небольшого количества полярных загрязнений и продуктов окисления используется межфазное натяжение трансформаторного масла. Высокое значение этого параметра свидетельствует об отсутствии таких загрязнений. В результате старения масла в нем накапливаются гидрофильные поверхностно-активные вещества, за счет которых повышается способность масла к поглощению воды. Из-за этого происходит снижение межфазного натяжения на границе «масло-вода».
Таким образом, для получения более полной информации относительно старения трансформаторного масла необходимо пользоваться минимум двумя параметрами: кислотным числом и межфазным натяжением.
СПОСОБЫ ЗАМЕДЛЕНИЯ СТАРЕНИЯ ТРАНСФОРМАТОРНЫХ МАСЕЛ
Возникает вопрос: а можно как-то замедлить старение трансформаторных масел? На практике чаще всего для этого используются два способа – добавление ингибиторов и пассивация.
Ингибиторы масел – это специальные вещества, которые вводят в масло, для того, чтобы замедлить окисление. Часто с этой целью используется ионол.
Пассивация – это возникновение на металлических поверхностях защитной пленки, которая препятствует их окислению и возникновению коррозии. Пассивация используется, например, для защиты металлических поверхностей от контакта с серой, чтобы предотвратить образование сульфида меди – проводящего соединения, которое снижает электрическую прочность изоляции трансформатора. Как пассиваторы используются специальные химические растворы.
ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ РЕГЕНЕРАЦИИ МАСЕЛ
Основные причины регегенерации трансформаторного масла – это ухудшение его кислотного числа и эксплуатационных характеристик. Рассмотрим базовые подходы к регенерации.
Первый подход – это периодическая регенерация масла с прицелом на то, чтобы предупредить проблему. Масло регенерируется до того, как в его структурном составе произойдут необратимые изменения. Второй подход основан на обслуживании трансформаторного масла по состоянию, то есть контролю кислотного числа и выполнении регенерации в случае попадания этого параметра в нежелательные пределы значений.
Технологии регенерации отработанных масел предусматривают комплексную обработку, которая включает следующие процессы:
очистка масла от воды, газов и механических примесей;
восстановление структурного состава масла за счет удаления продуктов окисления;
осветление масла за счет удаления продуктов старения.
В ходе развития нефтеперерабатывающей отрасли использовались разные подходы к регенерации масел, но на сегодня наиболее простым и практичным является подход с использованием сорбентов.
Сорбент – это вещество природного или искусственного происхождения, которое имеет высокие адсорбирующие свойства в отношении продуктов окисления и старения масла. Один из основных индикаторов старения трансформаторного масла – это образование кислотных соединений. Поэтому с помощью сорбента осуществляется удаление кислот и удаление серы.
КАКИЕ СОРБЕНТЫ ИСПОЛЬЗУЮТСЯ ПРИ РЕГЕНЕРАЦИИ МАСЕЛ
Сорбенты, которые используются при регенерации масел условно разделим на три группы. Первая группа – это те, которые поглощают только воду и никак не влияют на продукты окисления масел. Среди таких сорбентов наибольшую известность получил цеолит. Вторая группа – это сорбенты, которые больше направлены на поглощение продуктов окисления и старения. Для этого используются различные глины и земли, например, Фуллерова земля. Третья группа – это сорбенты, которые хорошо поглощают воду и частично влияют на кислотность трансформаторного масла. Наиболее яркий представитель этой группы – силикагель.
Очистка масла глиной дает хорошие результате в плане восстановления его цвета и эксплуатационных свойств.
ОБОРУДОВАНИЕ GLOBECORE ДЛЯ РЕГЕНЕРАЦИИ МАСЕЛ
Компанией GlobeCore разработана технология регенерации трансформаторных масел с использованием Фуллеровой земли, которая реализована в установках серии СММ-R. Если масло требует комплексной регенерации, то такие установки комплектуются по блочному принципу. В блоке сушки и дегазации масло нагревается, после чего происходит испарение паров газов и воды под вакуумом. Блок регенерации состоит из нескольких колонн, каждая из которых заполнена сорбентом Фуллерова земля. Масло прокачивается через колонны и в это время из него удаляются продукты окисления и старения – происходит реактивация масла.
Регенерация отработанного трансформаторного масла с помощью технологий и оборудования GlobeCore позволяет:
снизить кислотное число;
изменить цвет масла с мутного и темно-коричневого на светло-желтый;
снизить содержание воды;
повысить пробивное напряжение;
снизить газосодержание;
снизить тангенс угла диэлектрических потерь и др.
Все параметры обработанного масла восстанавливаются до уровня параметров нового масла.
Дальше масло проходит через блок ввода ингибитора. В этом блоке в масло добавляется специальная присадка, которая замедляет процессы его окисления во время будущей эксплуатации.
Установка регенерации масла СММ-R может комплектоваться разным количеством колонн: две, четыре, шесть, двенадцать, двадцать четыре и т.д. Чем в большем количестве колонн одновременно выполняется регенерация масла, тем больше общая производительность оборудования.
Для более оперативного обслуживания трансформаторов GlobeCore предусмотрена реализация технологии регенерации без вывода трансформатора из-под напряжения. В этом случае восстановление масла выполняется за счет подключения установки СММ-R к трансформатору и непрерывной циркуляции масла по замкнутому контуру (трансформатор-установка-трансформатор). Регенерация масла в трансформаторе под напряжением экономит время и делает процесс обслуживания более удобным (не нужно вводить резерв или отключать потребителей электроэнергии).
Своевременное применение технологии регенерации GlobeCore продлевает срок жизни силовых трансформаторов на 15-20 лет за счет улучшения состояния изоляционной системы.
КАКИЕ ЕЩЕ НЕФТЕПРОДУКТЫ МОЖНО РЕГЕНЕРИРОВАТЬ С ПОМОЩЬЮ ТЕХНОЛОГИЙ GLOBECORE
Регенерация отработанных масел – это комплексная задача и потребности промышленности не ограничиваются регенерацией только трансформаторных масел. Технологии GlobeCore с успехом могут применяться для решения таких задач:
регенерация гидравлического масла;
регенерация индустриального масла;
регенерация турбинного масла;
осветление топлива.
Поскольку вязкость разных типов масел и топлив может отличаться, производительность регенерации при использовании установок CMM-R немного меняется, но оборудование все равно остается универсальным и работает с разными нефтепродуктами.
ПРЕИМУЩЕСТВА РЕГЕНЕРАЦИИ МАСЕЛ
Регенерация минеральных масел в промышленности дает следующие преимущества:
экономия сырья (нефти) за счет повторного использования отработанных масел и уменьшения таким образом объема потребления новых масел;
экономия денег за счет того, что себестоимость регенерации ниже стоимости нового масла;
не нужно утилизировать отработанное масло;
своевременная регенерация продлевает срок службы маслонаполненного оборудования и повышает надежность его работы;
улучшение экологической обстановки за счет поддержки принципов «Zero waste» в контексте нефтесодержащих отходов.
