廢舊變壓器油分類收集再利用技術研究

任喬林，肖 灑，湯迎春，黃旦莉，肖亞平，鄧 華，江 濤

(1.國網(wǎng)湖北省電力公司孝感供電公司,湖北 孝感 432000；2.孝感市光源電力集團有限責任公司,湖北 孝感 432100)

廢舊變壓器油分類收集再利用技術研究

任喬林1，肖 灑1，湯迎春1，黃旦莉1，肖亞平1，鄧 華2，江 濤2

(1.國網(wǎng)湖北省電力公司孝感供電公司,湖北 孝感 432000；2.孝感市光源電力集團有限責任公司,湖北 孝感 432100)

針對中國劣化變壓器用油吸附處理存在的主要問題，建立了廢舊變壓器油分類收集處理中心，并開發(fā)“油監(jiān)一點通”手機移動應用APP，對油桶地點、油液位置進行實時監(jiān)測；研制出XDK系列吸附劑、納米載銅活性炭脫硫劑等新材料，開發(fā)了吸附劑本身再生重復利用技術，并配套研發(fā)出吸附濾油成套設備，從而使變壓器用油吸附處理更加環(huán)保、經(jīng)濟、高效、實用，再生油品中活性自由基、老化分子的清除更徹底，在重復利用過程中介損等關鍵指標不反彈，更加經(jīng)久耐用。

分類收集;變壓器油;環(huán)保;老化;吸附

0 引言

截止2007年底，湖北電網(wǎng)共有500 kV變電站18座，220 kV變電站125座，110 kV變電站685座，絕緣油設備中所擁有的絕緣油大約13 405噸，將廢油回收再生利用，根據(jù)實踐經(jīng)驗，每噸處理費預計約為5 000元。具體如下：1、110 kV以上13 405 t，壽命30年，每年產(chǎn)生廢油450 t；2、35 kV變電站，孝感160臺，全省1 600臺，按2.5%故障率，每年100 t；3、10 kV變壓器，22.5萬臺（PMS數(shù)據(jù)），按0.25%故障率，每臺200 kg油，全省共112.5 t；4、主網(wǎng)維護（清洗補充油）孝感8 t，全省112 t。以上合計774.5 t待處理油品，產(chǎn)值387.25萬元/年。湖北電網(wǎng)每年需要更換絕緣油約894 t，按現(xiàn)有價格計算購買新油，每年需約800萬元。但是由于受觀念、經(jīng)濟、技術等多種因素的影響，中國對于廢舊變壓器油品的回收再生渠道仍然滯后。目前國內對老化后的變壓器油沒有更為有效的方法，現(xiàn)迫切需要一種收集和再利用絕緣油的方法。由于，國內并沒有變壓器油再生成熟技術和標準出臺，因此，通過變壓器油收集分類及再生技術研究，通過高效吸附劑對劣化電力用油進行再生[1，2]，研究現(xiàn)場和定點再利用應用技術，不僅為變壓器油再利用在老化研究方面積累經(jīng)驗數(shù)據(jù)，同時使變壓器油能真正達到循環(huán)再生使用的目的。

1 原料和試驗設備

1.1 原料

本項目試驗用原料如表1所示。

表1 試驗原料Table 1 Test raw materials

1.2 試驗設備

本項目試驗用設備如表2所示，根據(jù)如下設備組合成套設備進行吸附處理。

表2 試驗設備Table 2 Test equipment

2 試驗原理

2.1 廢舊油分類收集回收

根據(jù)各種廢油的種類、生產(chǎn)油的廠家、油的電壓等級、新舊再生油以及超標指標不同，對廢油進行分類收集，主要按照“油廠家-油牌號-電壓等級-新舊油”的原則依次分類。同時針對國網(wǎng)湖北省電力公司77個變電站新廢油桶進行油位在線監(jiān)測，即時將油位監(jiān)測數(shù)據(jù)上傳至“油監(jiān)一點通”移動手機APP，方便運行人員即時了解廢油收集情況。圖1為油分類收集處理中心車間建設圖。

圖1 油分類收集處理中心車間Fig.1 oil classification and collection processing center workshop

2.2 吸附劑試驗原理

2.2.1 XDK吸附劑處理劣化變壓器油

運用金屬有機骨架材料（Metal-Organic Frame?works，MOFs）構建原理，采用低溫水熱合成法，得到孔徑大的吸附劑骨架。XDK吸附劑比表面積、孔徑、吸附容量以及抗氧化吸附作用相比于傳統(tǒng)的白土、硅膠、活性氧化鋁得到了優(yōu)化。XDK吸附劑能夠深度吸附劣化的變壓器油中的極性分子、異類化學鍵，以及油中醇、醛、酯等有色氧化分子，使處理后的變壓器油更純凈，介損等指標恢復到投運前水平。圖2為吸附劑構型建模圖，圖3為吸附劑吸附作用機理，圖4為生產(chǎn)出的吸附劑產(chǎn)品。

圖2 構建模型圖Fig.2 construction model

圖3 吸附劑作用機理圖Fig.3 adsorbent mechanism

圖4 吸附劑成品Fig.4 adsorbent finished product

2.2.2 納米載銅活性炭（AC-Cu（I））脫硫劑

針對腐蝕性硫的脫除，通過載銅實現(xiàn)吸附劑的選擇性脫硫，采用殼聚糖作為銅分散劑制備新型碳基納米銅材料，利用多種官能團與銅的絡合作用，在達到高載銅量的同時避免產(chǎn)生脫硫活性差的體相銅。變壓器油中的硫醇RSH或噻吩等含硫化合物的分子中硫原子有π電子或n電子，可作為π電子或n電子供體。在變壓器油和吸附劑接觸后，π電子或n電子投入到一價銅離子的3D9半空軌道和4P0軌道中，兩者產(chǎn)生配位絡合作用形成—S-M配合物，使變壓器油中的含硫化合物有效脫除，能有效緩解國內外目前脫硫不適合變壓器現(xiàn)場使用的困境。圖5為負載前（A、B）后（C、D）吸附劑的掃描電鏡（SEM）測試圖，圖6為吸附作用機理圖，圖7為吸附劑成品。

圖5 負載前（A、B）后（C、D）吸附劑的掃描電鏡（SEM）測試Fig.5 (A,B)after the(C,D)adsorbent scanning electron microscopy(SEM)test

圖6 吸附作用機理圖Fig.6 mechanism of adsorption

圖7 吸附劑成品Fig.7 adsorbent product

2.2.3 XDK吸附劑再生多次利用

針對吸附劑使用后回收利用率低下問題，本文通過吸附劑再生利用技術，形成了一種用于吸附劑再生的脫油復合洗滌劑及再生工藝，該洗滌劑包含以下四種成分：6%-10%的烷基苯磺酸鹽、烷基苯鹽酸鹽及其混合物的主要陰離子，表面活性劑烷基是飽和烷基或鏈烯基或其混合物，其平均碳原子數(shù)多為9-13；3%-8%的烷基乙氧基醚硫酸鹽（AES）；4%-10%的十二烷基硫酸鈉（K12）表面活性劑；2%-6%的 OP-10，其與主要陰離子表面活性劑之比為 1:2-1:3，以及7%-20%的鹽類助洗劑，其主要成分選自聚磷酸鹽和硅鋁酸鹽。通過該脫油復合洗滌劑有效凈化吸附劑的內部骨架結構，增加吸附劑的活性位點，實現(xiàn)吸附劑再生利用。圖8為待再生的吸附劑形態(tài)。

圖8 待再生的吸附劑形態(tài)（從右至左依次為：處理前、水洗處理后、洗滌劑處理后）Fig.8 The form of the adsorbent to be regenerated (from right to left is:before treatment,after washing, the detergent is treated)

2.3 成套設備原理

采用多級分段處理模式，使吸附劑的再生效率和吸附罐的設計有機結合，以達到吸附處理過程中深度清除劣化油中活性自由基、老化分子的效果。通過試驗升級工程現(xiàn)場的吸附工藝及吸附設備，采用集成配置，可以方便地將設備整體運輸?shù)浆F(xiàn)場，現(xiàn)場安裝連接簡單，操作方便，較好地發(fā)揮電力用油加熱、精密過濾、真空過濾、吸附過濾、脫硫過濾和干燥變壓器等一系列功能。圖9為多層多級高效吸附罐，圖10為多功能聯(lián)合使用的吸附罐，圖11組合濾油成套設備結構圖，圖12變電站現(xiàn)成組合濾油成套設備。

圖9 多層多級高效吸附罐Fig.9 Multi-layer multi-stage high-efficiency adsorption tank

圖10 多功能聯(lián)合吸附罐Fig.10 Multi-functional combined adsorption tank

圖11 設備結構圖Fig.11 Equipment structure diagram

圖12 組合濾油成套設備Fig.12 Combination of oil filter complete sets of equipment

3 試驗方案

3.1 某特別行政區(qū)油現(xiàn)場小型吸附試驗

1）將3種不同程度指標超標的廢舊變壓器油各1 000 ml倒入管口瓶中[3]。

2）稱量150 gXDK-03吸附劑放入烘箱烘干1 h后冷卻備用。

3）連接好裝置，接好電源，分別將管口瓶內油加熱到50℃，進行循環(huán)吸附處理48 h，記錄變壓器油的酸值，介質損耗因素等指標。實驗記錄如表3所示。

3.2 彭灣吸附脫硫試驗

彭灣變電站變壓器油進行抽樣檢驗時發(fā)現(xiàn)，油色黃，介損、酸值較高，呈渾濁狀態(tài)。根據(jù)調研情況和實際相關工作經(jīng)驗，利用輕質石油產(chǎn)品中總硫含量測定法（電量法）（SH/T0253-1992）進行含硫量測試，對于同一樣品，測試重視性較好，基本上可以滿足變壓器油中含量測試要求，且測試操作簡單，適用于油品的總硫量測試。經(jīng)過測試，變壓器油中總的含硫量為1 369 mg/L。通過采用納米載銅活性炭脫硫劑進行吸附試驗[4]，處理之后的含硫量為690 mg/L，脫硫效果很明顯。

3.3 云夢大展鋼廠舊油綜合利用

通過油監(jiān)一點通中手機APP的提示信息，對云夢大展鋼廠廢油進行回收，回收的油類顏色發(fā)黃，經(jīng)過色譜分析可知，其廢油中含有的CO2已經(jīng)嚴重超標，達到了2 000 ppm，H2也達到了160 ppm。通過XDK-03吸附處理后，其超標指標已經(jīng)下降到正常運行范圍，達到穩(wěn)定安全運行的標準。其具體檢測數(shù)據(jù)如表4所示。

3.4 政平換流站吸附降介損處理

西安西電政平換流站變壓器中36 t廢油部分指標已經(jīng)超標，介損、酸值較高，水分也超出了變壓器正常運行標準。經(jīng)過孝感公司配套的成套設備以及研制的XDK吸附劑的循環(huán)吸附處理，在處理48 h后，36 t廢油介損從原來的4.8%下降到0.36%，擊穿電壓從38上升到65，微水值從49下降到10，達到了變壓器油正常運行標準。

4 試驗結果與分析

4.1 試驗結果

根據(jù)廢舊變壓器油吸附前后油值的不同記錄，進行分析，具體實驗結果見表3和表4。

表3 香港廢舊變壓器油吸附前后試驗數(shù)據(jù)Table 3 Hong Kong waste transformer oil before and adsorption test data

表4 云夢大展鋼廠變壓器油吸附前后試驗數(shù)據(jù)Table 4 Yunmeng exhibition steel plant transformer oil before and after adsorption test data

4.2 試驗分析

從表3和表4看出：XDK-03吸附劑在對香港變壓器油和國內變壓器油具有顯著吸附效果，吸附處理之后的水分、擊穿電壓、介損方面有更近一步降低。其他指標也沒有降低，表明吸附無副作用。

5 結語

通過“油監(jiān)一點通”的建立，可以對不同變電站新舊油桶進行在線監(jiān)測，通過開發(fā)移動手機APP，可以根據(jù)權限瀏覽各個變電站油桶當前液位示意圖和歷史數(shù)值，并可自定義液位上、下限報警值，方便工作人員實時對變壓器油的管控。

通過新一代XDK吸附劑的研制及某行政區(qū)試驗處理，再次證明XDK吸附劑對變壓器油有效的再生能力，提高了油品的各項性能指標，某些吸附后指標甚至更優(yōu)于新油指標，提高了主變運行的安全性和穩(wěn)定性。

通過多次對納米銅活性炭脫硫吸附劑的脫硫測試以及現(xiàn)場彭灣脫硫吸附試驗，證明納米銅活性炭脫硫吸附劑在脫硫效果上明顯優(yōu)于未改性的活性炭，通過深度吸附變壓器油中硫和異類化學鍵，使得變壓器油更為純凈無腐蝕性，提高電力系統(tǒng)運行安全。

本文提出現(xiàn)場變壓器油再生利用研究內容，研究了變壓器油脫硫吸附劑和特高壓變壓器油處理等技術，研發(fā)應用實踐證明，彌補了國內濾油機不能降低介損，不能脫硫的缺陷，具有很好的推廣使用價值。通過研發(fā)推廣廢舊變壓器油分類收集再利用關鍵技術及其成套設備，處理政平換流站、大展鋼廠變壓器油，現(xiàn)場更便捷高效，適用云夢、彭灣等各類劣化油，時間短，介損降幅大，優(yōu)勢明顯。建議各地市供電公司利用APP加強廢舊油回收，避免環(huán)境污染，增加企業(yè)經(jīng)濟效益。

（References）

[1]李新生.新型吸附劑接觸精制再生劣化變壓器油的試驗[J].熱力發(fā)電,1985(04):27-30.LI Xinsheng.Experiment on refining detergent trans?former oil by new adsorbent contact refining[J].Ther?mal Power Generation,1985(04):27-30.

[2]謝聚良.廢油再生高效吸附劑的試驗研究及應用[J].節(jié)能,1988(08):29-32.XIE Juliang.Experimental study and application of high efficiency adsorbent for regeneration of waste oil [J].Energy Conservation,1988(08):29-32.

[3]任喬林,張堅冰,吳紹明,等.XDK系列高效吸附劑的研制及其應用研究[J].變壓器,1998(10):37-39.REN Qiaolin,ZHANG Jianbing,WU Shaoming,et al.Development and application of XDK series super adsorbent[J].Transformer,1998(10):37-39.

[4]國家能源局.DL/T 429.6—2015電力用油開口杯老化測定法[S].北京:中國電力出版社,2016.National Energy Administration.DL/T 429.6—2015 Determination of open cup ageing of power oil[S].Beijing:China Electric Power Press,2016.

Study on the Collection and Recycling Technology of Waste Transformer Oil

REN Qiao-Lin1,XIAO Sa1,TANG Ying-Chun1,HUANG Dan-Li1, XIAO Ya-ping1,DENG hua2,JIANG Tao2
(1.State Grid Hubei Electric Power Company Xiaogan power supply company，Xiaogan Hubei432100,China；2.Xiaogan City Light Source Power Group Co.Ltd,Xiaogan Hubei432000,China)

Focused on the main problems of degraded transformer oil adsorption treatment in Chi?na,the waste oil classification and processing center of waste transformer oil is established and the application of APP in mobile phone is developed to monitor the location of oil drum and the oil po?sition in real time.New materials including adsorbent of XDK series and nano-copper activated car?bon desulfurizer are developed.The regeneration and reuse technology of adsorbent itself has been developed,and a complete set of equipment for adsorption and filtration of oil has been developed.Therefore,the oil adsorption treatment of the transformer is more environment-friendly,economical, efficient and practical,and the scavenging of the active radical and the aging molecule in the regen?erated oil product is more thorough.In the process of reuse,the key indicators including dielectric loss factor do not rebound,to make the regenerated oil more durable.

classification collection;transformer oil;environmental protection;ageing；adsorption

TM411

A

1006-3986(2017)04-0020-05

2017-03-05

任喬林（1969），男，湖北武漢人，碩士研究生，高級工程師。

10.19308/j.hep.2017.04.005