煤油汽相干燥設(shè)備及應(yīng)用

摘要：介紹煤油汽相干燥的基本原理、系統(tǒng)組成及工藝過程。

關(guān)鍵詞：煤油汽相；干燥；工藝

煤油汽相干燥設(shè)備是目前變壓器行業(yè)應(yīng)用于變壓器器身和線圈干燥的一項比較先進的專用技術(shù)設(shè)備。自沈變于上世紀末最先引進麥克菲爾汽相干燥技術(shù)至今，國內(nèi)各變壓器廠也先后采用煤油氣相干燥設(shè)備用于大型變壓器的干燥處理，經(jīng)過運行驗證，普遍認為其處理質(zhì)量高、周期短、經(jīng)濟效益顯著。目前，已成為處理高電壓大容量變壓器的較理想可靠的先進設(shè)備，也成為電工行業(yè)對大型變壓器干燥處理的必備設(shè)備。

1 基本原理

煤油汽相干燥設(shè)備的基本原理，就是利用煤油在真空狀態(tài)下進行加熱蒸發(fā)，成為高溫的煤油蒸汽，在真空罐內(nèi)遇到溫度較低的工件而冷凝下來，放出冷凝潛熱（約306.6KJ/Kg），對器身進行加熱；工件的溫度不斷增高，冷凝下來的煤油被收集，通過煤油系統(tǒng)重新送回蒸發(fā)器，再次被加熱蒸發(fā)；在反復(fù)循環(huán)的過程中，工件不斷被加熱，溫度升高；同時，在真空狀態(tài)下工件中的水份不斷地被蒸發(fā)成水蒸汽，被真空系統(tǒng)抽離罐內(nèi)，由此工件中的水份不斷被抽出，以達到徹底干燥工件的目的。

2 系統(tǒng)組成和基本結(jié)構(gòu)

2.1 真空罐系統(tǒng)

從技術(shù)安全的角度考慮，真空罐的泄漏率必須限制在一定的量值以下，且能使冷凝的煤油都能流出，一般要求煤油汽相干燥罐的泄漏率≤2000Pa.L/S。真空罐要求能承受真空全壓1Pa，還要求能耐高溫135℃左右。因此，對其機械強度、耐溫、高溫真空要求都很嚴格。

2.2 真空系統(tǒng)

由前級真空泵和一二級增壓泵、真空冷凝器組成。前級真空泵要求有較強的抽除水蒸汽能力和一定的耐煤油能力。其抽吸速率要求與絕緣材料、變壓器的重量和真空罐容量相關(guān)。

2.3 蒸發(fā)蒸餾系統(tǒng)

包括蒸發(fā)器、 煤油緩沖罐、粗精過濾器和煤油輸送泵及相關(guān)管路等

蒸發(fā)器是煤油汽相干燥設(shè)備的心臟部分，是高溫煤油蒸汽的發(fā)生器。在蒸發(fā)煤油的同時，可進行蒸餾，以通過控制溫度和壓力實現(xiàn)對煤油和變壓器混合油的分離。蒸發(fā)器的功率根據(jù)真空罐的容積和處理產(chǎn)品的大小通過計算確定。煤油緩沖罐是作為熱煤油的的一個過渡罐，容積為2.5m3～4m3，真空罐中冷凝的熱煤油通過粗過濾器流入緩沖罐，再經(jīng)煤油輸送泵和精過濾器輸送到蒸發(fā)器，形成一個閉環(huán)運行。

煤油輸送泵也是設(shè)備的關(guān)鍵部件。要求它有很高的操作安全性、較小的NPSH值和最少維護費用下絕對的密封性。

2.4 冷凝系統(tǒng)

由主冷凝器、熱回收器和冷凝收集罐、廢水罐、視察窗、液位計及管道、閥門等組成。

冷凝系統(tǒng)的任務(wù)是，一方面將從真空罐輸送過來的可冷凝的蒸汽(水蒸汽和煤油蒸汽)冷凝并通過沉降分離出來；另一方面將永久性氣體(空氣)泵出。要求對冷凝功率和冷凝液冷卻設(shè)計正確，以保證最佳的干燥過程和安全的設(shè)備操作。

2.5 煤油儲存系統(tǒng)

由煤油儲罐、廢油罐、混合油罐和輸油泵及相關(guān)管路等組成。

2.6 加熱系統(tǒng)

為設(shè)備輸送所需的能量，通過適當(dāng)?shù)拇胧┍ＷC煤油蒸汽溫度控制到工藝要求的規(guī)定值 ?？梢赃x擇使用蒸汽或載熱介質(zhì)油作為加熱介質(zhì)。

蒸汽加熱。由蒸汽源、氣動薄膜調(diào)節(jié)閥、疏水閥、逆止閥、過濾器、壓力表、安全閥、溫度傳感器、波紋管截止閥及相關(guān)管道組成。以導(dǎo)熱油為載熱介質(zhì)加熱。由電加熱器、管道泵、油膨脹箱、油過濾器、雙金屬溫度計及相關(guān)管道和高溫閥門組成。

2.7 冷卻系統(tǒng)

由冷卻塔、冷水機組、電接點壓力表、溫度表及相關(guān)管道閥門組成。對需要冷卻的泵、冷凝器提供適宜的冷卻水。

2.8 氣動系統(tǒng)

由空壓機、儲氣罐、氣動三聯(lián)件、氣動控制柜、氣缸、二位五通電磁閥、減壓閥及相管管道閥門組成。為各需動作的氣動閥門提供動力。

2.9 液壓系統(tǒng)

由液壓站、各類大小油缸及相關(guān)管道和液壓閥門組成。用于真空罐罐門液壓鎖緊。

2.10 控制系統(tǒng)

由品牌工業(yè)控制計算機和PLC、電控柜、罐門操作箱及各種傳感器(壓力、溫度、真空、液位)等組成，并配有防爆安全柵、電機保護開關(guān)、斷路器及接觸器等。保證整個系統(tǒng)按設(shè)定工藝自動運行

2.11 通風(fēng)系統(tǒng)

由防爆通風(fēng)機、通風(fēng)管道等組成。抽除可能泄漏的煤油氣體，保持封閉空間的通風(fēng)換氣。

3 煤油汽相干燥設(shè)備的工藝過程

一個完整的煤油汽相干燥工藝過程可以分為四個階段，它們是準備階段、加熱階段、降壓階段和高真空階段。

3.1 準備階段

啟動前級泵，前級羅茨泵和主羅茨泵在室溫下對真空罐逐級抽真空，使真空罐的壓力由1×105Pa逐步降至700 Pa；收集罐的維持在4500Pa。

3.2 加熱階段

加熱系統(tǒng)啟動，蒸發(fā)器和罐體開始加熱。煤油蒸發(fā)蒸餾系統(tǒng)啟動。蒸發(fā)器產(chǎn)生的煤油蒸汽對變壓器產(chǎn)品加熱。在加熱過程中隨著溫度的不斷上升，真空罐內(nèi)的水蒸汽含量不斷增加，罐內(nèi)壓力也不斷升高。泄漏泵通過冷凝收集罐對真空罐抽真空，以維持收集罐和真空罐的壓差；同時進行必要的中間降壓，加速產(chǎn)品出水速率。中間降壓的次數(shù)根據(jù)產(chǎn)品規(guī)格及工藝過程參數(shù)變化來確定。加熱階段結(jié)束，產(chǎn)品溫度應(yīng)達到125℃～130℃。

3.3 降壓階段

加熱階段結(jié)束時，真空罐內(nèi)含有大量的煤油蒸汽和定量的水蒸汽，利用泄漏泵，通過主冷凝器、冷凝收集罐和中間真空冷凝器對真空罐抽空，使真空罐內(nèi)的壓力降至2500 Pa以下，冷凝系統(tǒng)幾乎不再有冷凝液生成。

3.4 高真空階段(也稱精抽真空)

主真空系統(tǒng)對真空罐抽真空，器身溫度與真空罐溫度仍維持120℃左右。當(dāng)干燥終點判斷指標達到時：最終真空度：全壓≤20 Pa，分壓≤10 Pa；產(chǎn)品溫度：真空下120～130℃；最終出水率≤10g/(h..t)。

高真空階段結(jié)束?？梢詫⒄婵展蕹錃忾y打開，大罐解除真空。

4 小結(jié)

采用煤油汽相干燥設(shè)備有如下優(yōu)點：

4.1 以煤油蒸汽為載熱介質(zhì)，可以實現(xiàn)在真空狀態(tài)下加熱。由于煤油的飽和壓力遠比水的飽和壓力低，所以在加熱階段溫度比較低時，水份就開始順利地排除，且能在加熱完成后，使煤油很容易地蒸發(fā)掉而不影響真空階段水份的擴散。

4.2 對變壓器的加熱是在無氧狀態(tài)下進行的，因此加熱溫度可以從110℃提到125～130℃，而不用擔(dān)心絕緣材料的老化。盡管加熱溫度僅提高十幾度，但水蒸汽分壓提高近1000mbar，所以對排除水份是非常有利的。

4.3 煤油蒸汽除了以對流換熱方式對絕緣材料加熱外，在絕緣材料表面還要發(fā)生相變冷凝放熱，冷凝后的煤油又在絕緣層表面進行膜層換熱，因此加熱速度更快，效率更高。

4.4 煤油蒸汽總是往溫度低的地方擴散，所以越冷的地方冷凝換熱越強烈，具有冷凝效應(yīng)，避免了不易加熱的死角，因而絕緣表面溫度分布均勻。另外，凝結(jié)后的煤油很容易攜帶著熱量滲透到絕緣內(nèi)部，從而加速了絕緣材料本身的熱傳導(dǎo)，使絕緣材料深層溫度分布也較均勻。而溫度分布均勻?qū)τ诟稍飦碚f，是至關(guān)重要的。

4.5 在變壓器上冷凝的煤油，作為一種良好的清洗溶劑，可以將變壓器上的污物塵埃沖洗掉。尤其對浸過變壓器油的產(chǎn)品或返修的舊產(chǎn)品，在加熱過程中可以將油沖洗掉，使水份排除的擴散系數(shù)接近未浸油產(chǎn)品，得到同樣的干燥效果，并且提高了產(chǎn)品的清潔度可使其電氣性能得到提高。

參考文獻

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