Выбор способа и материальные расчеты установки регенерации трансформаторного масла

• тангенса угла диэлектрических потерь при 90°С (при необходимости также и при других температурах, например при 20 и 70°С);
• количественного содержания механических примесей;
• количественного содержания воды;
• газосодержания;
• наличия растворенного шлама (потенциального осадка);
• содержания антиокислительной присадки ионола;
• стабильности против окисления;
• хроматографического анализа.

      Полный  анализ эксплуатационного масла  следует производить при приближении  одного или нескольких показателей  качества масла к предельному  допустимому значению, а также  при ухудшении характеристик  твердой изоляции и (или) интенсивном  старении масла, с целью определения  причин данных процессов. Полный анализ позволяет достоверно прогнозировать дальнейший срок службы эксплуатационного  масла, выявлять причины загрязнения  и правильно выбрать необходимые  мероприятия по восстановлению его  эксплуатационных свойств. Также полный анализ может включать в себя определение таких показателей, как температура застывания, содержание серы, плотность, вязкость, поверхностное натяжение, показатель преломления. Определение этих показателей в основном необходимо для определения типа масла (например, для импортных масел) и его химического состава с целью оценки эксплуатационных свойств. 
Хроматографический анализ растворенных в масле газов может входить в объем полного анализа эксплуатационного масла. Данный метод является специальным методом, служащим для обнаружения повреждений и дефектов отдельных конструктивных узлов и всей твердой изоляции электрооборудования, но практически не информирующим о качестве и состоянии самого масла.

      Различные испытания, входящие в объем эксплуатационного  контроля трансформаторного масла, выполняются по стандартным методикам  в соответствии с требованиями ГОСТ и ТУ, кроме определения количественного  содержания водорастворимых кислот, шлама и антиокислительной присадки. Периодичность определения значений показателей качества трансформаторного  масла в процессе эксплуатации должна быть следующей:

      - сокращенный анализ масла должен выполняться не реже одного раза в три года для силовых трансформаторов мощностью более 630 кВА и напряжением 6 кВ и выше, для измерительных трансформаторов напряжением 110 кВ и выше, негерметичных маслонаполненных вводов;

      - сокращенный анализ масла должен выполняться для герметичных маслонаполненных вводов при пониженных значениях tg дельта изоляции или повышения давления во вводе выше нормы, для силовых трансформаторов при срабатывании газового реле на сигнал.

      Следует отметить, что учащенному контролю должны подвергаться масла из трансформаторов, работающих в перегруженном режиме, из оборудования, к которому предъявляются  требования повышенной надежности работы, а также в том случае, если любой  из показателей качества эксплуатационного  масла приближается к предельному  допустимому значению.

4. Способы регенерации трансформаторного масла.

      По  мере эксплуатации трансформаторных и  промышленных масел в них накапливаются  продукты окисления, загрязнения и  другие примеси, которые резко снижают  качество масел. Масла, содержащие загрязняющие примеси, не способны удовлетворять  предъявляемым к ним требованиям  и должны быть заменены свежими маслами. Отработанные масла собирают и подвергают регенерации с целью сохранения ценного сырья, что является экономически выгодно.

      В зависимости от процесса регенерации  получают 2-3 фракции базовых масел, из которых смешиванием и введением  присадок могут быть приготовлены товарные масла (моторные, трансмиссионные, гидравлические, СОЖ, пластичные смазки). Средний выход  регенерированного масла из отработанного, содержащего около 2-4 % твердых загрязняющих примесей и воду, до 10 % топлива, составляет 70-85 % в зависимости от применяемого способа регенерации.

      Для восстановления отработанных масел  применяются разнообразные технологические  операции, основанные на физических, физико-химических и химических процессах и заключаются  в обработке масла с целью  удаления из него продуктов старения и загрязнения.

      В качестве технологических процессов  обычно соблюдается следующая последовательность методов: 

      - механический, для удаления из  масла свободной воды и твердых  загрязнений; 

      - теплофизический (выпаривание, вакуумная перегонка);

      - физико-химический (коагуляция, адсорбция), если их недостаточно, используются химические способы регенерации масел, связанные с применением более сложного оборудования и большими затратами.

      Физико-химические методы восстановления масла нашли  весьма широкое применение. К ним  относят коагуляцию, адсорбцию и  селективное растворение содержащихся в масле загрязнений, одной из разновидностей адсорбционной очистки  является ионно-обменная очистка.

      5. Выбор и обоснование адсорбционного метода регенерации масла

      Адсорбционная очистка отработанных масел заключается  в использовании способности  веществ, служащих адсорбентами, удерживать загрязняющие масло продукты на наружной поверхности гранул и на внутренней поверхности пронизывающих гранулы  капилляров. В качестве адсорбентов  применяют вещества природного происхождения ( отбеливающие глины, бокситы, природные  цеолиты) и полученные искусственным  путем (силикагель, окись алюминия, алюмосиликатные соединения, синтетические  цеолиты).

      Адсорбционная очистка может осуществляться контактным методом - масло перемешивается с  измельченным адсорбентом, перколяционным методом - очищаемое масло пропускается через адсорбент, методом противотока - масло и адсорбент движутся навстречу  друг другу. К недостаткам контактной очистки следует отнести необходимость  утилизации большого количества адсорбента, загрязняющего окружающую среду. При  перколяционной очистке в качестве адсорбента чаще всего применяется  силикагель, что делает этот медом  дорогостоящим.

      В данной работе выбрана адсорбентная очистка масла в движущемся слое адсорбента, при котором процесс  протекает непрерывно, без остановки  для периодической замены, регенерации  или отфильтровывания адсорбента, так  как она является наиболее перспективным  методом . 

6. Расчетная часть

Исходные данные:

Расход масла - 0,5 м³/ч;

Содержание воды в масле  С₀ = 1,0% массн.;

Величина адсорбции  воды - 11,2 ммоль/г;

Адсорбент –  цеолит Са-А;

Плотность цеолита  – 650 г/л;

Диаметр частиц – d = 2мм;

Длина частиц – l = 4мм;

Радиус пор - r=3*10^-10;

Фиктивная скорость движения масла в адсорбере - ω= 0,003 м/с

Содержание воды в очищенном масле - С_к = 0,001%;

Высота слоя цеолита – L = 1,0м;

Плотность масла - 0,9т/м³;

Молекулярная  масса – М = 109;

Газовая постоянная R = 8314

Коэффициент диффузии, D_x = 0.1*10^-9  м²/с; 

Расчет

1. Определение диаметра адсорбера

D = ,

F = Q/ ω,

F = 0,5/0,003 = 0,046 м²

D 0,24 м 

2. Расчет критерия Nu

Nu = 4,1 Re^0.714 · Pr^0.33

Re = ω·d_э·ρ/ µ, где

µ - динамическая вязкость, Па·с

d_э - эквивалентный диаметр, мм

ρ - плотность  цеолита, г/л

d_э = 0,6·(d·l / (d/2+1)),

d_э = 0,6( 2·4/( 2/2+4)) = 0,6· (8/5) = 0,6·1,6=0,96 мм

µ = ν / ρ = 9·10^-6 / 0,9 = 8,1· 10^-3 Па·с

Re = 0,003·0,96·10^-3·650/ 8,1·10^-3 = 23,11

Pr = ν / D_x , где

ν - кинематическая вязкость, ν = 9·10^-6

Pr =9·10^-6/0,1·10^-9 = 90 000

Nu = 4,1·23,11^0,714* 90 000^0,33 =1665,09

Nu = β_x · d_э / D_x

3. Коэффициент массотдачи в жидкой фазе

β_x = Nu ·  D_x / d_э = 1665,09·0,1·10^-9 / 0,96·10^-3 = 1,73·10^-6, м/с;

β_п = 10· D_п / d_э;

D_п – коэффициент диффузии в порах;

D_п = 0,2 D_x ·( 1- exp[-(4·r / 3D_x )· √8RT/ M])

D_п = 0,2· 0,1·10^-9 ·( 1- exp[-(4· 3·10^-10 /3·0,1·10^-9 ) · √8·8314·(293/109)])

D_п = 2·10^-10

β_п =10·  2·10^-10 / 0,96·10^-3 = 2.08·10^-8

4. Удельная поверхность

S_уд = 6/ d·( 3/2+l /3·d/l), м^-1;

5. Уравнение аддитивности сопротивлений

1/ К_у = 1/ β_x+ 1/ β_п ;

1/ К_у = 1/ 1,73*10^-6 + 1/ 2.08·10^-8 = 5780346 + 500000000 = 505780346

К_у =1.98·10^-9

6. Продолжительность адсорбции

τ = ( а₀ / С₀· ω))·( L- ω/ K_у·ln С₀/ С_к )

τ = ( 11.2/1.0·0.003))·(1-0.003/1.98·10^-9· ln1.0/0.001) = 2694,79 с или

τ = 1,18 ч

7. Объем адсорбента

V=F·L,

F- сечение адсорбера,

L- длина (высота) слоя адсорбента

V= 0.0046·1=0.0046 м³

8. Масса адсорбента

G = V · ρ

G = 0,0046·650 = 2,99кг

7. Выводы

      В данной работе выбрана адсорбентная очистка масла в движущемся слое адсорбента, при котором процесс  протекает непрерывно, без остановки  для периодической замены, регенерации  или отфильтровывания адсорбента, так  как она является наиболее перспективным  методом. В качестве адсорбента использовался цеолит Са-А.

      В теоретической части курсовой работы представлены характеристики свежего  и отработанного масел, требования к маслу и способы регенерации трансформаторного масла.

      Расчетная часть содержит технологический  расчет геометрических размеров адсорбера  – диаметра (D), объём (V) активной части аппарата, а так же продолжительность р (t) трансформаторного масла. 

8. Список литературы. 

1. Шашкин  П.И., Брай И.В. «Регенерация отработанных нефтяных масел». Москва. Химия,1970г.
2. Григорьев. Буренина Т.И. «ООС при проектировании (атмосфера)», учебное пособие, СПБ, 2004г.
3. Коваленко В.П. Загрязнения и очистка нефтяных масел. Москва. Химия, 1978г.
4. Промышленная экология (пособие).