Brevet FR2535340A1 — publié le 19840504

Procédé pour épurer par le vide des remplissages d'huile et'dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé - L'invention est relative à un procédé pour épurer par le vide des remplissages d'huile, procédé dans lequel les gaz indésirables et les contaminants liquides sont enlevés de ces remplisages d'huile L'invention s'applique particulièrement au dégazage et à la déshy- dratation des remplissages d'huile d'unités technologiques, par exemple de transformateurs électriques avec une circu- lation naturelle du liquide de refroidissement L'invention concerne également un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé d'épuration par le vide. Les solutions actuellement connues de dégazage et de déshydratation d'unités technologiques utilisant de l'huile comme fluide de refroidissement, de lubrifica- tion, d'isolation ou de puissance, peuvent etre, distin- guées en fonction des principes physiques et chimiques appliqués au moyen desquels la contamination de l'huile ou du remplissage peuvent toutes deux être limitées ou éliminées et également en fonction du type du processus de travail qui peut se rattacher à son caractère soit - actif, soit passif. Au cours du processus de travail actif d'épura- tion, un mélange contaminant est enlevé du remplissage d'huile hors de l'unité technologique par séparation à la centrifugeuse, par filtration ou par nettoyage par le vide, tandis que, dans le processus passif, la concentration de contaminants de l'huile est la plupart du temps seulement limitée. Un des procédés bien connu d'enlèvement actif des fractions gazeuses et aqueuses, appliqué pour traiter l'huile remplissant le système à huile de turbine à vapeur est une séparation de ces fractions par centrifu- gation du volume d'huile Ce principe physique de sépara- tion de matériaux reposant sur leurs-densités différentes, est parfois complété et intensifié par l'enlèvement de contaminants gazeux et-sous forme de vapeur de l'espace à pression réduite de la centrifugeuse. Des procédés passifs typiques de traitement de remplissage d'huile sont appliqués dans des dispositifs reliés à la boucle de refroidissement par l'huile de trans- formateurs électriques, Bien connus et actuellement la plupart du temps utilisés dans la pratique technique, sont les systèmes utilisant des agents dessicateurs appropriés pour réduire la teneur en eau de l'huile, par exemple du silicagel De même, un piège par congélation est utilisé de façon analogue pour réduire l'humidité relative de l'air au-dessus d'un niveau d'huile dans le conservateur. -Un autre procédé passif de protection des remplissages d'huile, est leur séparation de l'air ambiant soit en les enfermant hermétiquement au moyen d'un sac de caoutchouc ou bien en créant un coussin d'azote au-dessus du niveau d'huile. Les procédés ainsi décrits pour l'épuration et la protection de l'huile dans des unités technologiques, présentent certains inconvénients Les principaux incon- vénients des procédés actifs d'enlèvement de contaminants de l'huile sont basés sur la centrifugation, la filtration ou le nettoyage par le vide qui conviennent pour des processus utilisant un cycle de nettoyage temporaire, et les dispositifs correspondants sont également conçus dans ce but Sur les boucles de refroidissement des transforma- teurs électriques, le dégazage et la déshydratation de l'huile sont par exemple, effectués uniquement au cours de révisions, c'est-à-dire uniquement lorsque le transforma- teur n'est pas en fonctionnement Si un quelconque trai- tement de l'huile est nécessaire à un moment se situant hors d'une révision planifiée, le transformateur doit être déconnecté à la fois du réseau électrique et des moyens d'alimentation en huile pour le temps nécessaire à l'accomplissement de la centrifugation ou de la filtra- tion, ou du traitement par le vide du remplissage d'huile. Si l'épuration de l'huile n'est pas obligatoirement effec- tuée à chaque révision, l'intervalle pour l'épuration de l'huile dans certains cas, n'est pas strictement déterminé et il est impossible de garantir l'état réel du remplis- sage d'huile pour le fonctionnement à venir du transforma- teur Une situation semblable existe bien entendu aussi sur d'autres dispositifs technologiques, même lorsque des exigences d'épuration de l'huile aussi élevées ne sont pas requises. Les procédés passifs de protection des remplis- sages d'huile présentent également un certain nombre d'inconvénients Aussi, bien les pièges par dessication que les pièges par congélation sont situés de façon qu'ils réduisent l'humidité relative de l'air dans l'espace au- dessus du niveau d'huile du conservateur Ils empèchent ainsi la contamination de l'huile par l'eau condensée, mais ils n'influencent pas la saturation de l'huile par les gaz contenus dans l'air et par les gaz engendrés dans le remplissage d'huile du fait des conditions de fonction- nement du transformateur Le fait de clore hermétiquement la surface de l'huile dans le conservateur ne permet aucun accès de l'air ou de la vapeur d'eau au remplissage d'hui- le, mais empeche simultanément l'échappement des gaz engendrés dans le remplissage d'huile au cours du fonction- nement Les conditions dangereuses résultant de la satu- ration de l'huile par des gaz sont particulièrement connues dans les transformateurs électriques Elles se manifestent particulièrement dans le cas de rapides variations de température des transformateurs et elles ont habituel- lement comme résultat un relâchement des gaz dissous sous la forme de bulles provoquant une réduction de la résistance électrique de l'huile d'isolation Dans les plus avanta- geux des cas, un arrêt du transformateur est obtenue au moyen d'un relais à gaz; dans des cas plus graves, un arc électrique se produit à l'intérieur de la machine et une panne peut en résulter, non seulement dans le transfor- mateur considéré, mais également dans tous le système de transmission qui lui est connecté. L'un des buts de la présente invention est de réduire substantiellement ces inconvénients Le procédé de nettoyage par le vide du remplissage d'huile et le dispositif correspondant utilisent un séparateur à vide avec une douche d'huile incorporée et une soupape de retenue Il est prévu, en outre, une extension d'accumu- lation reliée au séparateur à vide, un séparateur par gravitation et des conduits reliant ce dispositif à une pompe à huile et à un système de distribution d'huile. L'inv 7 eniion vise à assurer, par un nouveau procédé, un nettoyage continu du remplissage d'huile au cours du fonctionnement de l'unité technologique afin d'éviter tout risque d'endommagement du dispositif techno- logique et une d Qpréeiation prématurée de son remplissage d'huile Ceci est obtenu en amenant au cours d'un premier cycle, -cycle de travail de séparation dans un récipient -clos une partie du remplissage d'huile avec les gaz et les mélanges liquides, une dépression étant créée dans ce récipient en enlevant une partie de l'huile épurée et cette dépression étant abaissée jusqu'à la pression partiel- le des gaz et jusqu'à la pression de saturation des mélanges liquides Du fait de l'abaissement à ces niveaux de pression, les mélanges se mettent à bouillir et les gaz ainsi que les vapeurs sont dégagés au-dessus du niveau d'huile dans le récipient o elles créent un coussin de vapeur et de gaz. Au cours du second cycle cycle de travail sous pression la pression dans le récipient est rapidement accrue au-dessus du niveau de la pression atmosphérique en refoulant dans ce récipient de l'huile comportant des contaminants gazeux et liquides, grâce à quoi les gaz et les vapeurs sont simultanément expulés du récipient et le séparateur à vide est rempli à nouveau d'huile avec des gaz et des mélanges liquides Le dispositif permettant la mise en oeuvre de ce procédé consiste en ce que le volume d'huile, avec les gaz et les mélanges liquides est fourni à partir du système d'huile de l'unité technologique à un séparateur à vide, et à la fin du cycle de travail sous pression, ce volume est également introduit au moyen d'une soupape de retenue dans l'espace d'une extension d'accumulation. Après avoir atteint un niveau maximum dans cette extension d'accumulation, le volume d'huile commence à être enlevé du séparateur à vide en inversant l'action de la pompe, vers le système à huile de l'unité technologique, la soupape de retenue étant alors fermée et une dépression croissante étant créée au-dessus du niveau établi du volume d'huile dans le séparateur à vide Simultanément, de l'huile supplémentaire avec des gaz des mélanges liqui- des commence à être fournis au moyen d'une douche d'huiler mais seulement en quantité telle qu'au cours d'un nouvel abaissement du niveau de l'huile, la pression dans le séparateur à vide soit continuellement abaissée à la pression partielle des mélanges de gaz et au niveau de la pression de saturation des mélanges liquideset qu'ainsi un coussin de gaz et de vapeur soit formé à partir de ces mélanges en ébullition Après avoir atteint le niveau minimum du volume d'huile, de l'huile commence à nouveau être fournie à partir du système à huile de l'unité tech- nologique au séparateur à vide, et ceci en une quantité telle qu'un accroissement de pression est obtenu dans le coussin de gaz et de vapeur situé au-dessus du niveau d'huile ascendant Après ouverture de la soupape de retenue, des gaz et des vapeurs du coussin de gaz et de vapeur pas- sent sous forme de bulle-s à travers l'huile se trouvant dans l'espace de l'extension d'accumulation et sont libre- ment évacuées dans-l'atmosphère ambiante par l'intermédiaire de l'extension de désaération L'huile par laquelle le coussin d'air et de vapeur a été expulsé de l'espace du séparateur à vide, est drainée par un syphon à partir de l'espace d'accumulation dans un séparateur à gravitation, o une séparation additionnelle par gravitation de l'huile et des mélanges liquides est effectuée. Un avantage du procédé d'épuration sous vide des remplissages d'huile, et du dispositif pour la mise en oeuvre de cette épuration conformément à la présente invention est en premier lieu que la séparation sous vide de gaz et de mélange liquide de l'huile, suivie par une compression des gaz et des vapeurs ainsi séparés, est susceptible de réduire la concentration de contaminants de l'huile remplissant l'unité technologique au moins à un ordre de grandeur inférieur à celui qui correspondrait aux contaminants de l'huile dans des conditions atmosphé- riques normales, de sorte que des mélanges indésirables sont continuellement extraits de l'unité technologique au cours de son fonctionnement Un autre avantage est que le dispositif conforme à la présente invention s'adapte de luli-méme aux variations de concentration des contaminants dans le remplissage d'huile par variation de la durée du cycle de séparation Dans le cas d'un accroissement du degré de la contamination présente dans le remplissage d'huile, une réduction de la durée du cycle de séparation s'instaure et donc également, un accroissement de l'extrac- tion des contaminants gazeux et liquides Dans les trans- formateurs électriques refroidis à l'huile, une basse teneur en eau et en gaz de cette huile est ainsi constam- ment garantie et, en conséquence, une résistance électrique élevée de cette huile est également garantie De plus, du fait d'une substantielle réduction de la teneur en oxygène, cela ralentit le processus de vieillissement de l'huile et des matériaux d'isolation et prolonge leur durée de vie. La réduction générale de la teneur en gaz élimine le danger de dégagement brusque de gaz en cas de variation de température et empêche ainsi un arrêt du transformateur par un relais à gaz et, dans des cas plus graves, il empêche une panne de transformateur qui, dans le cas d'un dégagement de' gaz, est hautement probable sur des machines prévues pour des tensions de 100 k V et davantage Le dispositif conforme à la présente inven- tion fait partie de l'ensemble de l'unité technologique et reste continuellement en fonctionnement au cours du fonctionnement normal de cette unité, par exemple sur une turbine, sur un transformateur, sur un système hydraulique à huile etc et il maintient, de façon continue, une pureté élevée de l'huile au cours de toute la durée du fonctionnement En outre, le dispositif pour l'épuration sous vide du remplissage d'huile conforme à l'invention, comporte uniquement une partie mobile, à savoir une pompe réversible, qui est suffisamment robuste pour rester en fonctionnement continu pendant toute la durée de vie de l'unité technologique, et qui constitue une partie de cette unité sans entraîner un accroissement de la mainte- nance En cas de cessation le fonctionnement de la pompe, il n'y a pas d'effet notable sur l'unité technolo- gique à laquelle elle est reliée par comparaison avec le fonctionnement en dehors de cette unité technologique. La figure unique jointe montre un exemple de réalisation pratique d'un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé dl épura-on de remplissage d'huile conforme à la présente invention o un dispositif pour l'épuration de l'huile de refroidissement, relié à un circuit de refroidissement d'un transformateur électrique avec circu- lation naturelle de l'huile de refroidissement, est indiqué schématiquement en coupe verticale. Le dispositif pour l'épuration sous vide du remplissage d'huile, représenté à titre d'exemple, comporte en particulier, un séparateur sous vide 2, une extension d'accumulation 3, un séparateur à gravité 4, un circuit à bascule 6, pompe réversible 7 et un ensemble de conduits 17 32 42, 52 reliant ce dispositif à la boucle de refroi- dissement 1 d'un transformateur électrique Une conduite 52 d'une douche d'huile 5 est branchée à partir de la boucle de refroidissement 1 du transformateur au voisinage de son conservateur, cette conduite 52 comportant à son tour un branchement 12 pour le raccordement d'un tuyau de trop-plein 32 et d'une conduite de gravité 42 La conduite 52 de la douche d'huile 5 est munie d'un filtre 56, d'un orifice d'étranglement 55 et d'une douche d'huile 5 qui est placée à l'intérieur du séparateur sous vide 2 La conduite de gravité 42 est munie d'une plaque à orifice limitée 45 et elle est reliée au séparateur par gravité 4 dans le fond duquel est placée une soupape d'évacuation d'eau 40 Un syphon 14 part du séparateur par gravité 4 et se termine dans l'extension d'accumulation 3 Cette exten- sion d'accumulation 3 est reliée à la partie supérieure du séparateur sous vide 2, de sorte qu'ils forment ensemble un récipient unique avec une paroi intermédiaire de sépara- tion 23 munie d'une soupape de retenue 33. La partie inférieure du séparateur sous vide 2 est munie d'un dispositif inférieur de captage 21, tandis que la partie supérieure de l'extension d'accumulation 3 est munie d'un dispositif supérieur de captage 31, et d'une extension de désaération 30 Le tuyau de trop plein 32 se termine dans la partie supérieure de l'extension d'accumu- lation 3 Le dispositif inférieur de captage 21 est relié par un conducteur inférieur de signal 26 à un circuit de bascule 6, tandis que le dispositif de captage 31 est relié avec ce circuit de bascule 6 par le conducteur supérieur de signal 36 La sortie du circuit de bascule 6 est reliée aux éléments de commande de la pompe réversible 7 par un conducteur de commande 67 La pompe réversible 7 est munie à la fois d'une conduite de connexion 27 la reliant à la partie inférieure du séparateur sous vide 2 et d'une conduite d'alimentation 17 la reliant à la boucle de refroi- dissement 1 du transformateur. Le fonctionnement du dispositif pour l'épura- tion sous vide de remplissage d'huile est basé sur une alternance continue d'un cycle de séparation et d'un cycle de travail sous pression, et jl va être décrit dans ce qui suit sous la forme d'une séquence unique de chacun de ces cycles. Le dispositif pour l'épuration sous vide de remplissages d'huile, conforme à cet exemple de réalisation, est amené au cycle de séparation à la phase finale d'un cycle de travail sous pression précédent en ce que, par fourniture d'huile à partir du séparateur sous vide à l'extension d'accumulation 3, le niveau de l'huile monte jusqu'au niveau de commutation du dispositif supérieur de captage 31 Un signal électrique est alors engendré et est transmis par le conducteur supérieur de signal 36 au circuit à bascule 6, lequel transmet aux éléments de commande de la pome réversible 7 au moyen du conducteur de commande 67, ses instructions pour inverser le mouvement de cette pompe et démarrer ainsi le cycle de séparation Cela impli- que que la pompe réversible 7 qui a jusqu'à maintenant pompé de l'huile dans l'espace interne du séparateur sous vide 2, commence à extraire de l'huile ce cet espace au moyen de la conduite de liaison 27 pour la ramener par la conduite d'alimentation 17 dans la boucle de refroidis- sement 1 du transformateur Du fait de l'écoulement en retour de l'huile de l'espace de l'extension d'accumulation 3 vers l'espace du séparateur sous vide 2, la soupape de retenue 33 est fermée et une réduction générale de pression est provoquée dans l'espace du séparateur sous vide 2 jusqu'au niveau de la pression partielle des mélanges gazeux et, en outre, jusqu'au niveau de la pression de saturation des mélanges liquides La vitesse d'abaissement du niveau de l'huile dans le séparateur sous vide est déterminée par la différence de débit entre la douche d'huile 5 et la sortie de la pompe réversible 7, l'alimentation par la douche d'huile 5 étant substantiellement influencée, non seulement par des valeurs statiques telles que par exemple la section transversale de l'orifice d'étrangelement 55, mais également par la valeur, variant couramment, de la différence de pression entre la pression atmosphérique externe et le niveau du vide dans le coussin de gaz et de vapeur. Du fait de la réduction de la pression jusqu'au niveau mentionné, l'ébullition des mélanges est provoquée dans tout l'espace du séparateur sous vide 2 et la phase gaz et vapeur de ces mélanges passe à travers la couche d'huile et se rassemble sous forme d'un coussin de gaz et de vapeur au- dessus du niveau d'huile ainsi abaissé Le processus de séparation sous vide est substantiellement intensifié à partir du moment o la douche d'huile 5 émerge de l'huile et que, par l'intermédiaire de cette douche, de l'huib avec des mélanges s'écoule de façon continue dans l'espace du séparateur -sous vide 2 Le cycle de séparation se termine lorsque le niveau de l'huile atteint la hauteur à laquelle le dispositif inférieur de captage 21 devient efficace A ce moment, un signal électrique est engendré par le dispositif inférieur de captage 21, ce signal est transmis par l'intermédiaire du conducteur de signal 26 au circuit de bascule 6 qui transmet par l'intermédiaire du conducteur de commande 67 aux éléments de contrôle de la pompe réversible 7 un signal destiné à changer le sens de son fonctionnement Le cycle de travail sous pression est E 5 35340 alors démarré L'huile est alors fournie à l'espace interne du séparateur sous vide 2 à la fois par la pompe réversi- ble 7 et également, à l'intérieur de cet espace, par la douche d'huile 5; l'écoulement par l'intermédiaire de cette douche 5 étant ultérieurement réduit conformément à la réduction de la différence de pression entre la pression externe dans la boucle de refroidissement 1 du transforma- teur et la pression dans le coussin de gaz et de vapeur formé dans le séparateur sous vide 2 Comme le cycle de travail sous pression constitue un processus dynamique avec une vitesse-substantielle d'élévation du niveau de l'huile et de la pression au-dessus de ce niveau, un risque réel pourrait survenir du fait de l'écoulement en retour de gaz et de vapeur à partir du coussin de gaz et de vapeur vers l'espace de la douche d'huile 5 ou également dans la conduite 52 de la douche d'huile 50. Cette condition pourrait seulement se présenter si le niveau de la pression s'élève au-dessus de la pression externe dans la boucle de refroidissement 1 du transforma- teur, par exemple dans le cas d'une ouverture tardive de la soupape de retenue 33 Cette éventualité peut toutefois être empêchée par une disposition appropriée de la douche d'huile 5 à une distance suffisante au-dessous de la cloison de séparation 23 Un accroissement rapide de la pression dans le coussin de gaz et de vapeur se produit jusqu'à ce qu'on atteigne le niveau de pression requis pour l'ouverture de la soupape de retenue 33 Un nouvel accrois- sement de la pression provoque l'ouverture de-la soupape de retenue 33 et le mélange comprimé de gaz et de vapeur commence à s'écouler tumultueusement dans l'espace de l'extension d'accumulation 3 Immédiatement après le dépla- cement du coussin de gaz et de vapeur, l'huile commence' également à s'écouler de l'espace supérieur du séparateur sous vide 2 vers l'extension d'accumulation 3; et du fait de cette alimentation, le niveau de l'huile dans cet espace est augmenté jusqu'au niveauo le dispositif supérieur de captage 31 est excité, et le dispositif pour l'épuration sous vide des remplissages d'huile conforme à la présente invention, revient alors par le processus précédemment décrit, à son fonctionnement selon le cycle de séparation. A partir de la partie la plus basse de l'espace de l'extension d'accumulation 3, o une condensa- tion partielle se produit lors du passage sous forme de bulles de la phase vapeur à travers l'huile relativement froide, l'huile avec les mélanges est évacuée par un syphon 14 vers le séparateur par gravité 4 Dans le milieu relati- vement tranquille du séparateur de gravitation 4, un proces- sus additionnel de séparation s'instaure du fait de la différence de densité et le composant le moins dense c'est-à-dire l'huile, fait retour par l'intermédiaire de la conduite de gravité 42 aux circuits de refroidissement 1 du transformateur Les fractions les plus lourdes, dans le cas considéré l'eau, sont évacuées de l'espace du sépa- rateur par gravité 4 au moyen de la soupape d'évacuation 40 en dehors du dispositif de purification des remplissages d'huile. REVENDICATIONS 1 ) Procédé pour épurer par le vide des rem- plissages d'huile, procédé caractérisé en ce que l'huile contaminée ( 2,3) par des mélanges de gaz et de liquide est soumise à un cycle de séparation au cours duquel une partie de l'huile contaminée est contiuellement prélevée ( 7) du système d'huile d'une unité technologique (IL) et, par ébullition sous pression réduite, les mélanges de gaz et de liquide sont séparés de cette huile, l'huile épurée ( 2) faisant continuellement retour ( 7) au système d'huile ( 1) de l'unité technologique, tandis qu'à ce cycle de séparation succède immédiatement un cycle de trai- tement sous pression, au cours duquel les mélanges de gaz et de liquide séparés sont comprimés au-delà d'un niveau supérieur à la pression atmosphérique et extraite ( 30) de l'unité technologique. ) Procédé d'épuration par le vide selon la revendication 1, caractérisé en ce que la séquence de traitement comportant un cycle de séparation et un cycle de pression, est répétée périodiquement. 30) Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé pour l'épuration par le vide de remplissage d'huile selon l'une des revendications 1 ou 2, dispositif compor- tant un séparateur sous vide avec une extension d'accumu- lation, un séparateur par gravité avec un syphon, un circuit à bascule, une pompe, des moyens de captage de la hauteur du niveau et un ensemble de conduits, dispositif carac- térisé en ce qu'au séparateur sous vide ( 2), auquel est incorporée l'extension d'accumulation ( 3), est incorporée une douche à huile ( 5) reliée par l'intermédiaire d'un conduit ( 52) à l'alimentation en huile contaminée, une paroi de séparation ( 23) munie d'une soupape de retenue ( 33) étant interposée entrele séparateur sous vide ( 2) et l'extension d'accumulation ( 3), cette extension d'accumu- lation ( 3) étaft munie d'une extension de désaération ( 30) et d'un tuyau de trop plein ( 32) également relié à la source d'huile contaminée. 4 ) Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'un syphon ( 14) est inséré dans l'ex- tension d'accumulation ( 3), l'autre extrémité de ce syphon ( 14) débouchant dans un séparateur par gravité ( 4) tk qui est relié par une conduite de gravité ( 42) à la source d'huile contaminée, cetteconduite de gravité ( 42) partant d'un branchement commun ( 12) en même temps que le tuyau de trop plein ( 32) et la conduite ( 52) de la douche d'huile ( 5). ) Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'un dispositif inférieur de captage ( 21) est associé au séparateur sous vide ( 2), ce disposi- tif inférieur de captage ( 21) étant connecté par un conducteur de signaux ( 26) à un circuit à bascule ( 6) tandis qu'un dispositif supérieur de captage ( 31) est associé à l'extension d'accumulation ( 3), ce dispositif supérieur de captage ( 31) étant connecté également au circuit à bascule ( 6), la sortie de ce circuit à bascule étant connectée par l'intermédiaire d'un conducteur de commande ( 67) aux éléments de commande d'une pompe réver- sible ( 7) reliée par l'intermédiaire d:une conduite d'alimentation ( 17) à la source d'huile contaminée, et par l'intermédiaire d'une conduite de liaison ( 27) au sépa- rateur sous vide ( 2).