СПОСОБ ФИЛЬТРАЦИИ ТРАНСФОРМАТОРНОГО МАСЛА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
PROCEDURE FOR FILTRATION OF TRANSFORMER OIL AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION

Изобретение относится к очистке углеводородных масел, в частности к фильтрации изоляционных масел, и может быть использовано в нефтехимической и энергетической областях промышленного производства, в том числе для очистки трансформаторных масел.
В изоляционных и других нефтяных смесях при их использовании допустимо содержание лишь незначительного количества примесей, влаги, газов и продуктов старения, образующихся как во время использования продукта, так и в процессе его хранения. Это относится как к новым маслам, готовым к применению, так и к маслам, используемым в аппаратах высокого напряжения и т.п. Увеличение содержания указанных веществ выше допустимых значений чаще всего является следствием несоответствующих условий складирования масел и обращения с ними, а в изоляционном масле в аппаратах высокого напряжения, кроме того, следствием старения масляно-бумажной изоляции, причем этот процесс со временем ускоряется.
Очистка масла от механических частиц является одной из важных задач.
Известен способ фильтрации минеральных масел и реализующее его устройство, описанные в авторском свидетельстве СССР №886351, М.Кл. В01D 17/10; C10G 33/06. Очистка масла осуществляется путем его фильтрации через слои разного фракционного состава фильтрующего материала. Недостатком способа является то, что фильтрующий материал нужно периодически регенерировать вручную и частично обновлять в связи с постепенным вымыванием мелкодисперсной фракции фильтрующего слоя.
Известен фильтр-сепаратор, содержащий корпус с отстойником и несколько слоев коагулирующего пористого фильтрующего материала, описанные в авторском свидетельстве СССР №1287918, М.Кл. В01D 29/12, C10G 33/06.
Основной недостаток такого фильтра - невозможность его регенерации на месте применения и, как следствие, необходимость полной замены фильтра при выработке им определенного рабочего ресурса.
В качестве прототипа выбран способ очистки светлых нефтепродуктов, включающий их нагрев и подачу через фильтрующий материал снизу вверх, осуществляющийся с предварительной полной пропиткой фильтрующего материала подогретым чистым сухим нефтепродуктом и постоянным подогревом очищаемого продукта в процессе его фильтрации.
В качестве фильтрующего материала используют тканевую мембрану и капиллярный очиститель.
Установка, реализующая данный способ, выбранная в качестве прототипа, содержит емкость с горизонтальной перфорированной перегородкой и размещенной на ней тканевой мембраной и ячеистым рассекателем с капиллярным очистителем, выполненным из взаимно перпендикулярных металлических пластин, грязесборник, соединенный посредством конусов сужающейся поверхности с наружным периметром перфорированной перегородки, обогреватель, емкости для чистого и грязного нефтепродукта и систему питающих трубопроводов.
В данных способе и устройстве, описанных в патенте РФ №2084490, М.Кл. C10G 31/09, очищаемая жидкость поступает из накопительной емкости в нижнюю часть корпуса фильтра (под фильтрующую перегородку), причем направление движения жидкости противоположно направлению силы тяжести и фильтрация нефтепродукта осуществляется за счет перепада давления, создающегося гидростатическим столбом жидкости.
Недостатками способа и устройства является то, что перед началом фильтрования загрязненного масла необходимо фильтрующий материал пропитывать сухим и чистым подогретым маслом, а затем уже подавать на фильтр очищаемый продукт. Кроме того, после полного заполнения грязесборника примесями процесс очистки самопроизвольно останавливается и для подготовки к запуску очистительной установки в новый цикл работы необходимо удалить из грязесборника накопившийся шлам и заново пропитать фильтр сухим и чистым маслом. К тому же периодически приходится вручную производить полную замену фильтрующего материала в связи с невозможностью его регенерации. Все это требует дополнительных материальных затрат и значительно увеличивает общее время фильтрации.
Технической задачей изобретения является интенсификация процесса, а также устранение недостатков прототипов, создание способа и реализующего его устройства, исключающих дополнительные работы и обеспечивающих регенерацию фильтра в процессе фильтрации.
Указанный технический результат достигается тем, что в способе фильтрации трансформаторного масла путем его нагрева и подачи через фильтр снизу вверх масло нагревают до температуры 70-150°С, а процесс фильтрации ведут повторяющимися циклами в режиме скоростного вакуум-импульсного воздействия на очищаемое масло через фильтр с длительностью импульса до 5,0 с при давлении не более 50 мм рт.ст. с последующей выдержкой при остаточном вакууме в течение не более 10 мин и дальнейшим сбросом вакуума в конце цикла до атмосферного давления при одновременной регенерации фильтра путем подачи осушенного нагретого воздуха сверху вниз.
Регенерация фильтрующего элемента может быть усилена тем, что периодически в конце цикла проводят дополнительную регенерацию путем подачи сжатого воздуха с давлением до 4 атм. сверху вниз во внутреннюю полость фильтрующего элемента.
Указанный способ реализуется тем, что в устройство для фильтрации, содержащее емкость с фильтром и грязесборником, соединенную с емкостями для чистого и грязного масла, обогреватель, соединенный с емкостью для грязного масла, и систему питающих трубопроводов, дополнительно введены система скоростного вакуумирования, соединенная с емкостью для чистого масла, и фильтр-осушитель атмосферного воздуха, соединенный с емкостью с фильтром, фильтр в котором выполнен из фильтрующего материала в виде одного или нескольких фильтрующих элементов, имеющих форму полых цилиндров, закрытых с нижних торцов и установленных с возможностью протекания чистого масла через их поверхность, причем их внутренние полости в верхней части герметично соединены при помощи трубопроводов с быстродействующими клапанами с вакуумной системой и фильтром-осушителем атмосферного воздуха.
Каждый фильтрующий элемент может быть выполнен из пористого керамического, металлокерамического или сетчатого материала. Для полной регенерации фильтрующего элемента устройство может содержать систему подготовки и подачи сжатого воздуха, связанную через трубопровод и запорные краны с фильтром. Для очистки от неоднородных примесей устройство может содержать дополнительно одну или несколько емкостей с фильтрами убывающего сечения и грязесборниками, установленными последовательно с первой емкостью. В предложенном способе и устройстве для его осуществления режимы термовакуум-импульсного воздействия при фильтрации трансформаторного масла интенсифицируют процесс фильтрации за счет ударного импульсного воздействия на фильтрующий элемент, приводящего к значительно большей разнице давления при прохождении масла через фильтрующий элемент. Импульсный сброс вакуума до атмосферного давления обеспечивает одновременно регенерацию фильтрующих элементов. Для полной регенерации ячеек и пор фильтрующих элементов предусмотрена возможность воздействия на фильтрующий элемент сжатым воздухом с давлением до 4 атм. Кроме того, исключены также дополнительные операции, присутствующие в прототипе (пропитка фильтрующего материала сухим и чистым подогретым маслом, частая замена фильтрующего материала и др.). Все это приводит к значительному сокращению времени фильтрации трансформаторного масла.
На чертежах схематично представлены:
- устройство для фильтрации трансформаторного масла (фиг.1);
- конструкция одного из вариантов фильтрующего элемента (фиг.2);
- установка фильтрации с фильтрами «убывающего сечения» (фиг.3).
Устройство для фильтрации трансформаторного масла в режимах термовакуум-импульсного воздействия (фиг.1) включает: систему скоростного вакуумирования 1, содержащую вакуумные насосы, ресивер, каплеуловитель и щит управления установкой (на чертеже не показаны); емкость 2 для чистого масла; быстродействующие вакуумные клапаны: для импульсной подачи вакуума 3, осушенного атмосферного 4 и сжатого воздуха 5 в рабочую часть фильтра; запорные краны 6 для включения (выключения) подачи потоков очищенного (неочищенного) масла или осушенного атмосферного (сжатого) воздуха; трубопроводы 7 для подвода (отвода) масла, воздуха, вакуума; емкость 8 для грязного масла; обогреватель 9 для подогрева очищаемого масла; шламонакопитель 10; станцию подготовки и подачи сжатого воздуха 11; фильтр-осушитель 12 для напуска атмосферного воздуха. Основными рабочими элементами установки являются: емкость 13 с фильтром 15 и грязесборником 14. Фильтр 15 выполнен из одного или нескольких фильтрующих элементов 16, имеющих форму полых цилиндров из пористой керамики (металлокерамики), закрытых с нижнего торца «глухой» крышкой, а с верхнего торца - герметично соединенных с трубопроводом 7.
На фиг.2 представлен вариант выполнения фильтрующего элемента, где 17 - цилиндрические стенки, 18 - нижняя крышка, 19 - верхняя крышка фильтрующего элемента. Крышки и полый цилиндр скреплены стяжными шпильками 20 через прокладки 21 и представляют собой герметичную конструкцию, позволяющую фильтровать масло через поверхность фильтрующего элемента.
Установка фильтрации (фиг.3) может включать дополнительно одну или несколько емкостей 22 с фильтрами «убывающего сечения» 15, установленных последовательно с первой емкостью 13 и служащих для очистки неоднородных примесей.
Установка для фильтрации трансформаторного масла работает следующим образом. Перед началом очистки загрязненное масло подвергают предварительному нагреву до 70-150°С обогревателем 9 в емкости для грязного масла 8. В это же время включается в работу система скоростного вакуумирования и станция подготовки сжатого воздуха 11 для обеспечения необходимых параметров по разряжению (не более 50 мм рт.ст.) и избыточному давлению (до 4 атм.) соответственно в вакуумной и воздушной магистралях 7. При создании вакуумной системой соответствующего давления срабатывает быстродействующий клапан 3 и под действием разности давлений, создаваемых системой вакуумирования между внутренней полостью фильтрующего элемента 16 и его наружной поверхностью, осуществляется протекание и очистка загрязненного масла через фильтрующий элемент в импульсном режиме при длительности импульса до 5,0 сек. Затем следует выдержка фильтрующего элемента и очищаемого продукта под вакуумом не более 10 минут при установившемся остаточном давлении, сопровождающаяся дальнейшей его очисткой и перетеканием очищенного масла в емкость чистого масла 2, и последующий напуск во внутреннюю полость фильтрующего элемента 16 осушенного воздуха до атмосферного давления через клапан 4, запорные краны 6 и фильтр-осушитель 12. Пульсирующая порционная перекачка масла, как следствие его скоростного импульсного вакуумирования и выдержки под вакуумом, с последующим сбросом вакуума до атмосферного давления составляют один цикл фильтрации трансформаторного масла. После 5-15 циклов очистки масла может быть проведена полная регенерация фильтрующего элемента путем подачи внутрь фильтра обратного потока осушенного воздуха из станции очистки и подготовки сжатого воздуха 11 под давлением до 4 атм. для сброса накопившихся примесей из приемной части фильтра (грязесборника 14) в шламонакопитель 10. Устройство позволяет при необходимости полностью автоматизировать процесс фильтрации трансформаторного масла с помощью быстродействующих вакуумных клапанов и управляемых запорных кранов с электро- или пневмоприводом.
Образец заявляемой установки изготовлен, прошел стадию опытно-промышленных испытаний и показал высокое качество фильтрации различных марок изоляционных масел, снижение длительности процесса фильтрации, надежность в работе и простоту в эксплуатации.
Проведенные опытно-промышленные испытания образца установки с использованием в качестве фильтрующего элемента пористого керамического материала показали высокое качество фильтрации. В частности, анализ влагосодержания в трансформаторном масле, очищенном предложенным способом при температурах 90 и 130°С, показал содержание влаги менее 0,001% (меньше 10 г на 1 тонну). Данное влагосодержание соответствует требованиям, предъявляемым к трансформаторному маслу, заливаемому в высоковольтные масляные трансформаторы.
Способ и устройство, соответствующие изобретению, с высокой эффективностью могут применяться и при фильтрации нефтешламов, различных жидкостей, эмульсий и суспензий, обеспечивая их качественную очистку от механических примесей в различных смесях нефтепродуктов и жидкостей, например, при обезвоживании осадков сточных вод гальванических производств, причем при наличии неоднородных по составу или разнофракционных примесей наибольшая эффективность очистки достигается путем ступенчатой фильтрации через фильтры «убывающего сечения» в зависимости от требуемой глубины очистки.