多彎超長(zhǎng)SF6銅配管內(nèi)腔潔凈度提升研究

黃鴻星，屈 直，馬鵬濤，王 成

(西安西電開關(guān)電氣有限公司，陜西 西安 710077)

SF6銅配管為126～550 kV電壓等級(jí)氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備(GIS)重要部件，主要由銅管與法蘭焊接而成，銅配管一般有3種規(guī)格：φ12 mm×1 mm、φ16 mm×1.5 mm及φ20 mm×1.5 mm，其中φ16 mm×1.5 mm規(guī)格較為常見；銅配管與GIS連接采用法蘭螺栓聯(lián)接，配管氣室與產(chǎn)品氣體為統(tǒng)一氣室，SF6氣體一般通過(guò)配管充入GIS產(chǎn)品中，由于GIS額定氣壓為0.5～0.6 MPa，為大氣氣壓的5～6倍，在充入SF6氣體時(shí)流速比較高，配管中殘留金屬雜質(zhì)會(huì)被吹入GIS產(chǎn)品氣室內(nèi)，金屬在電場(chǎng)作用下集聚，形成尖峰電流，存在潛在放電隱患，為了避免因銅配管雜質(zhì)引起產(chǎn)品放電，提高配管潔凈度，迫切要求開展配管清洗工藝研究。

1 原清洗工藝

配管清洗涉及到清洗技術(shù)中的多種關(guān)鍵工序，其中包括高溫脫脂工序、冷熱水洗工序、弱腐蝕清洗工序、光澤酸洗工序[1]、鈍化工序[2-3]、常規(guī)水洗工序及干燥處理工序。SF6銅配管清洗工藝流程如圖1所示。

高溫脫脂工序可以清洗配管表面油污，弱腐蝕工序可以除去配管表面氧化皮[4]，鈍化工序可杜絕銅基材與空氣中氧、水分接觸，達(dá)到延遲氧化目的[5]，常規(guī)水洗工序清除配管清洗過(guò)程中殘留液體，干燥處理工序吹干配管內(nèi)外表面水分，確保配管處在干燥環(huán)境。

通過(guò)進(jìn)行大量銅配管清洗試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)內(nèi)表面有黑皮和脫落粉層的配管大部分為多彎超長(zhǎng)銅配管(見圖2)。

2 原因分析

銅配管內(nèi)壁質(zhì)量問(wèn)題主要是氧化黑皮和脫落粉層等，針對(duì)這2種質(zhì)量問(wèn)題逐一分析。

1)黑色氧化皮問(wèn)題。多彎銅配管內(nèi)表面殘留黑皮為氧化銅(CuO)和銅綠(Cu2(OH)2CO3)，黑色氧化皮產(chǎn)生原因有2種情況：a.原材料沒(méi)有保護(hù)好被氧化；b.銅配管因焊接高溫被氧化。多彎銅配管彎型部位會(huì)形成封閉區(qū)域，對(duì)清洗液有阻滯作用，清洗液無(wú)法到達(dá)，黑皮無(wú)法清洗干凈[6-8]。

2)脫落粉層問(wèn)題。銅管內(nèi)壁脫落粉層為清洗液殘留物，這是由于銅配管在彎形處會(huì)形成封閉區(qū)域，常規(guī)水洗工序中潔凈水不能將殘留酸堿液體及水分清洗干凈，導(dǎo)致此部位殘留物引起銅管持續(xù)腐蝕，后續(xù)持續(xù)腐蝕產(chǎn)生剝離脫落粉末。

3 改進(jìn)措施

針對(duì)多彎銅配管內(nèi)部形成封閉區(qū)域，對(duì)銅配管清洗采用兩端高程差放置方式[9]，U型彎水平放置，避免配管彎型區(qū)憋氣，使清洗液可順利到達(dá)。同時(shí)適當(dāng)延長(zhǎng)弱腐蝕清洗參數(shù)，徹底除去原材料中的黑皮，高壓沖洗工序[10]及優(yōu)化配管吹拂方式保障清洗后配管處在干燥環(huán)境條件下，避免因環(huán)境原因而二次氧化腐蝕，也可避免內(nèi)壁因殘留堿/酸，發(fā)生二次腐蝕，防止脫落粉層產(chǎn)生。

3.1 配管放置方式優(yōu)化

在原清洗工藝中銅配管在清洗筐里采用水平放置方式。配管隨著清洗筐進(jìn)入清洗槽，浸沒(méi)在清洗液內(nèi)，液體從兩端進(jìn)入腔體，多彎區(qū)域會(huì)形成憋氣，內(nèi)腔氣體不能全部排出，存在清洗液不能到達(dá)的位置，或用潔凈水不能清洗的區(qū)域。為了減少配管腔體憋氣，對(duì)銅配管采用高程差放置(傾斜角)方式，具體方式如下：1)對(duì)銅配管在清洗筐采用高程差放置，保證出液口應(yīng)高于進(jìn)液口，傾斜角≥15°；2)有U型彎配管，彎型部位水平放置，嚴(yán)禁朝上或朝下(見圖3)；3)由于清洗過(guò)程清洗框晃動(dòng)比較大，容易出現(xiàn)松動(dòng)現(xiàn)象，故要求把銅配管固定牢靠。

3.2 清洗工序工藝參數(shù)優(yōu)化

針對(duì)多彎超長(zhǎng)銅配管，由于多彎區(qū)域?qū)σ后w阻滯，清洗液填充內(nèi)腔需要一定的時(shí)間，適當(dāng)延長(zhǎng)弱腐蝕酸清洗時(shí)間，即把原來(lái)10～20 s延長(zhǎng)到20～30 s，有利于清除銅配管內(nèi)表面的黑皮。弱腐蝕(鹽酸)可以溶解銅配管內(nèi)腔殘留的堿液，還能與黑色的氧化銅以及綠色的堿式碳酸銅反應(yīng)，不會(huì)和金屬純銅反應(yīng)。

除去銅配管內(nèi)壁黑色氧化皮的化學(xué)反應(yīng)方程式如下：

Cu2(OH)2CO3+4HCl(稀)→
2CuCl2+3H2O+CO2↑

(1)

CuO+2HCl(稀)→ CuCl2+H2O

(2)

3.3 水洗工序優(yōu)化

為了徹底清除粘附在配管內(nèi)壁殘留物，在常規(guī)水洗工序完成后，采用高壓水對(duì)銅配管內(nèi)壁進(jìn)行沖洗[11]。銅配管孔徑較小，要做好與高壓水沖洗設(shè)備法蘭嚴(yán)密性，在設(shè)備法蘭上設(shè)置限位裝置，使得銅配管與高壓水管中心軸重合，水從高壓設(shè)備的管道流入配管中，水流量損失小，流速變化不大，并且保證每根配管清洗時(shí)間為10～15 s。另外，為了保障清洗質(zhì)量，清洗完后設(shè)置檢驗(yàn)工序，排出口的水色和透明度與入口水目測(cè)一致[12]。設(shè)備簡(jiǎn)圖管路實(shí)物如圖4所示。

3.4 壓縮空氣吹拂工藝優(yōu)化

在高壓水沖洗工序后，大量參考文獻(xiàn)中銅配管吹拂過(guò)程與操作要領(lǐng)無(wú)詳細(xì)規(guī)范，導(dǎo)致流入下道工序40%～50%的銅配管內(nèi)腔存在大量水，配管長(zhǎng)時(shí)間放置會(huì)引起二次氧化。通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證優(yōu)化吹拂工藝。

1)采用潔凈干燥壓縮氣體進(jìn)行吹拂，氣體壓力設(shè)置為0.4～0.6 MPa，逐個(gè)法蘭對(duì)配管內(nèi)腔進(jìn)行吹拂，時(shí)間為10～30 s。

2)設(shè)置吹拂順序，針對(duì)多彎多接頭超長(zhǎng)配管，多個(gè)接頭對(duì)氣體進(jìn)行分流，為了保障高壓氣體暢通，減少多彎口氣體阻力，把出氣孔設(shè)置在直管口，進(jìn)氣孔設(shè)置在多彎口，另外為了提高吹拂工序合理性與有效性，從一端開始進(jìn)行由近到遠(yuǎn)的金屬法蘭逐一吹拂，先從序號(hào)①開始吹拂，然后序號(hào)②，最后是序號(hào)③(見圖5)。

4 多彎超長(zhǎng)配管清洗效果

通過(guò)對(duì)SF6銅配管在清洗筐中設(shè)置傾斜角，保障清洗液體清洗順暢，適當(dāng)延長(zhǎng)弱腐蝕清洗時(shí)間，新增高壓水沖洗及優(yōu)化壓縮空氣吹拂工藝等方法控制提升內(nèi)腔潔凈度。工序優(yōu)化后，多彎超長(zhǎng)銅配管清洗后內(nèi)壁沒(méi)有黑色氧化皮、銅綠及其他殘留物，銅配管清洗效果良好(見圖6)。

5 結(jié)語(yǔ)

本文改進(jìn)相關(guān)清洗工序?qū)F6銅配管清洗過(guò)程進(jìn)行試驗(yàn)研究，并對(duì)清洗效果進(jìn)行分析，得到如下結(jié)論。

1)多彎超長(zhǎng)SF6銅配管在清洗框中采用高程差放置，設(shè)置傾斜角并滿足傾斜角>15°，U型彎水平放置，可避免多彎配管形成封閉區(qū)域，產(chǎn)生憋氣，不利于內(nèi)部清洗。

2)部分SF6銅配管原材料內(nèi)壁存在黑色氧化皮和銅綠，適當(dāng)延長(zhǎng)酸性工序清理時(shí)間，可提高表面金屬光澤度。

3)用高壓水沖洗SF6銅配管內(nèi)壁，可清洗內(nèi)壁殘留液，防止酸/堿液體二次腐蝕銅配管。

4)優(yōu)化SF6銅配管吹拂工藝，可以順利把水分排除，防止銅配管在潮濕環(huán)境中再次氧化。

采用上述改進(jìn)后，提高了多彎超長(zhǎng)銅配管內(nèi)壁潔凈度，保障了產(chǎn)品質(zhì)量。銅配管清洗工藝也可推廣到其他行業(yè)細(xì)銅管清洗。