Regeneracja oleju transformatorowego — teoria, technologie i urządzenia

Każdego roku na całym świecie powstają tysiące ton zużytych olejów naftowych, które są usuwane z transformatorów, obrabiarek, pras i sprężarek. Odpadów tych nie wolno wprowadzać do środowiska, gdyż zanieczyszczają wodę i glebę, zabijają zwierzęta i pogarszają zdrowie ludzi.

Dlatego konieczna jest utylizacja zużytego oleju lub jego regeneracja w celu ponownego użycia. Z ekonomicznego i środowiskowego punktu widzenia regeneracja jest rozwiązaniem bardziej preferowanym. Pozwala zaoszczędzić ropę naftową, z której powstają oleje, zmniejszyć wydatki związane z zakupem nowych olejów i utylizacją zużytych, a także zmniejszyć ilość odpadów niebezpiecznych.

W artykule omówimy technologie i urządzenia regeneracyjne na przykładzie oleju stosowanego w transformatorach do izolacji elektrycznej podzespołów i odprowadzania ciepła.

Przyczyny starzenia się oleju transformatorowego

Przyczyny starzenia się oleju transformatorowego leżą w warunkach jego pracy. Kiedy ciepło jest usuwane z części grzewczych transformatora, olej pochłania wpływ wysokiej temperatury, a gdy jest izolowany, pochłania wpływ wysokiego napięcia. Ponadto istnieją inne czynniki pogarszające stan oleju transformatorowego. Obejmują one:

• woda (zmniejsza napięcie przebicia oleju);
• gazy (stają się źródłem wyładowań niezupełnych);
• zanieczyszczenia mechaniczne: węgiel, włókna celulozowe, cząstki metali;
• produkty utleniającego starzenia się oleju.

Chociaż obecność wody, gazów i zanieczyszczeń mechanicznych jest niebezpieczna dla oleju i transformatora, nie jest ona tak krytyczna. Zanieczyszczenia te są okresowo usuwane z oleju za pomocą specjalnego sprzętu. Pojawienie się produktów starzenia wskazuje, że zachodzą w nich procesy związane ze zmianą składu strukturalnego oleju. Utlenianie oleju przyczynia się do powstawania nowych zanieczyszczeń. W oleju gromadzą się produkty kwaśne i substancje asfaltowo-żywiczne. Cząstki koloidalne powiększają się i pojawia się osad olejowy. Szlam osadza się na uzwojeniach i utrudnia odprowadzanie ciepła. Zwiększona kwasowość powoduje starzenie się celulozy. Zatem starzenie się oleju izolacyjnego zmniejsza niezawodność całego układu izolacyjnego transformatora.

Ocena starzenia się oleju transformatorowego

Zmiana dwóch parametrów: liczby kwasowej (liczby zobojętnienia) i napięcia międzyfazowego może być wykorzystana jako wskaźnik procesów starzenia oleju transformatorowego.

Liczba kwasowa oleju to liczba miligramów wodorotlenku potasu potrzebna do zneutralizowania związków kwasowych zawartych w jednym gramie oleju transformatorowego. Ocena kwasowości oleju przeprowadzana jest metodami laboratoryjnymi i wymaga wstępnego pobrania próbek oleju z transformatora.

W początkowej fazie eksploatacji (pierwsze 6–8 lat) liczba kwasowa oleju transformatorowego jest zwykle niska – 0,1 mg KOH/g. Po kolejnych 8–10 latach liczba kwasowa osiągnie 0,5 mg KOH/g, co wskazuje na starzenie się i obecność osadu w oleju. Olej transformatorowy o liczbie kwasowej 1 mg KOH/g uważa się za stary i należy go wymienić lub zregenerować.

Monitoring starzenia oleju według liczby kwasowej daje dobre wyniki, jest jednak niewrażliwy na zanieczyszczenia inne niż związki kwasowe. Oznacza to, że w oleju można już zaobserwować początkowe procesy starzenia, a liczba kwasowa będzie mieściła się w normalnym zakresie.

Napięcie międzyfazowe oleju transformatorowego pozwala na identyfikację nawet niewielkich ilości zanieczyszczeń polarnych i produktów utleniania. Wysoka wartość tego parametru wskazuje na brak takich zanieczyszczeń. W wyniku starzenia się oleju hydrofilowe środki powierzchniowo czynne gromadzą się w oleju i zwiększają jego zdolność do wchłaniania wody. Powoduje to spadek napięcia międzyfazowego na granicy faz olej-woda.

Zatem, aby uzyskać pełniejszą informację związaną ze starzeniem się oleju transformatorowego, należy zastosować co najmniej dwa parametry: liczbę kwasową i napięcie międzyfazowe.

Sposoby spowolnienia starzenia się oleju transformatorowego

Powstaje pytanie: czy można w jakiś sposób spowolnić starzenie się oleju transformatorowego? W praktyce najczęściej stosuje się w tym celu dwie metody – dodanie inhibitorów i pasywację.

Inhibitory oleju oznaczają specjalne substancje dodawane do oleju w celu spowolnienia utleniania. W tym celu często stosuje się jonol.

Pasywacja oznacza utworzenie na powierzchniach metalowych filmu ochronnego, który zapobiega utlenianiu i korozji. Na przykład pasywację stosuje się do ochrony powierzchni metalowych przed kontaktem z siarką, aby zapobiec tworzeniu się siarczku miedzi, związku przewodzącego, który zmniejsza wytrzymałość dielektryczną izolacji transformatora. Jako pasywatory stosuje się specjalne roztwory chemiczne.

Ogólne zasady regeneracji oleju

Głównymi przyczynami regeneracji oleju transformatorowego jest pogorszenie liczby kwasowej i parametrów oleju. Omówmy podstawowe podejścia do regeneracji.

Pierwszym podejściem jest okresowa regeneracja oleju, aby zapobiec problemowi. Olej podlega regeneracji zanim nastąpią nieodwracalne zmiany w jego składzie strukturalnym. Drugie podejście polega na konserwacji oleju transformatorowego, czyli monitorowaniu liczby kwasowej i przeprowadzaniu regeneracji, jeśli ten parametr mieści się w niepożądanym zakresie wartości.

Technologie regeneracji olejów przepracowanych polegają na kompleksowym przetwarzaniu, na które składają się następujące procesy:

• oczyszczanie oleju za pomocą wody, gazów i zanieczyszczeń mechanicznych;
• przywrócenie składu strukturalnego oleju poprzez usunięcie produktów utleniania;
• klarowanie oleju poprzez usunięcie produktów starzenia.

Wraz z rozwojem przemysłu rafineryjnego stosowano różne podejścia do regeneracji olejów, jednak obecnie najprostsze i najbardziej praktyczne podejście wiąże się z wykorzystaniem sorbentów.

Sorbent to substancja pochodzenia naturalnego lub sztucznego, posiadająca wysokie właściwości absorbujące produkty utleniania i starzenia się oleju. Jednym z głównych wskaźników starzenia się oleju transformatorowego jest powstawanie związków kwasowych. Dlatego za pomocą sorbentu przeprowadza się usuwanie kwasu i usuwanie siarki.

Jakie sorbenty stosuje się w regeneracji olejów

Sorbenty stosowane w regeneracji olejów można wygodnie podzielić na trzy grupy. Do pierwszej grupy zaliczają się te, które pochłaniają jedynie wodę i nie wpływają w żaden sposób na produkty utleniania oleju. Spośród tego typu sorbentów najbardziej znany jest zeolit. Do drugiej grupy zaliczają się sorbenty nastawione bardziej na absorpcję produktów utleniania i starzenia. Wykorzystuje się do tego różne gliny i ziemie, np. ziemię Fullera. Do trzeciej grupy zaliczają się sorbenty, które dobrze chłoną wodę i częściowo wpływają na kwasowość oleju transformatorowego. Najwybitniejszym przedstawicielem tej grupy jest żel krzemionkowy.

Oczyszczanie olejku na bazie glinki daje dobre rezultaty w zakresie przywrócenia jego koloru i działania.

Sorbent Ziemia Fullera

GlobeCore urządzenia do regeneracji oleju

GlobeCore opracowała technologię regeneracji oleju transformatorowego z wykorzystaniem masy Fullera, która jest wdrożona w: Jednostki CMM-R. Jeżeli olej wymaga kompleksowej regeneracji, takie agregaty budowane są jako pełny zestaw według koncepcji modułowej. W sekcji suszenia i odgazowania olej jest podgrzewany, po czym gazy i woda odparowują pod próżnią. Sekcja regeneracji składa się z kilku kolumn, z których każda wypełniona jest ziemią sorbentową Fullera. Olej pompowany jest przez kolumny i w międzyczasie ulega usunięciu produktów utleniania i starzenia – następuje reaktywacja oleju.

Regeneracja zużytego oleju transformatorowego metodą GlobeCore technologie i sprzęt pozwalają na:

• zmniejszenie liczby kwasowej;
• zmienić kolor oleju z mętnego i ciemnobrązowego na jasnożółty;
• zmniejszyć zawartość wody;
• zwiększyć napięcie przebicia;
• zmniejszyć zawartość gazu;
• zmniejszyć styczną strat dielektrycznych itp.

Wszystkie parametry przetworzonego oleju zostają przywrócone do poziomu nowych parametrów oleju.

Następnie olej przechodzi przez pakiet wtrysku inhibitora. W tym pakiecie do oleju nanoszony jest specjalny dodatek spowalniający procesy utleniania oleju w trakcie przyszłej eksploatacji.

Zespół regeneracji oleju СMM-R można wyposażyć w różną liczbę kolumn: dwie, cztery, sześć, dwanaście, dwadzieścia cztery itd. Im większa liczba kolumn, w których olej jest jednocześnie regenerowany, tym większa jest całkowita wydajność urządzenia .

Aby zapewnić bardziej efektywną konserwację GlobeCore transformatorów przewiduje się realizację technologii regeneracji bez odłączania transformatora od zasilania. W tym przypadku regeneracja oleju odbywa się poprzez podłączenie zespołu CMM-R do transformatora i poprzez ciągłą cyrkulację oleju w pętli zamkniętej (transformator-agregat-transformator). Regeneracja oleju w transformatorze pod napięciem oszczędza czas i ułatwia obsługę serwisową (nie wymaga załączania rezerwy ani odłączania odbiorców energii elektrycznej)

Terminowe zastosowanie GlobeCore technologia regeneracji wydłuża żywotność transformatorów energetycznych o 15–20 lat dzięki poprawie stanu układu izolacyjnego.

Zespół regeneracji oleju CMM-12R

Co zrobić ze zużytym sorbentem

Regeneracja oleju transformatorowego przy użyciu sorbentów daje doskonałe rezultaty; jednakże z biegiem czasu sorbent nasyca się zanieczyszczeniami. Regeneracja sorbentów coraz częściej prowadzona jest na urządzeniach zewnętrznych. GlobeCore Technologia jest realizowana w taki sposób, że regeneracja sorbentu odbywa się bez konieczności usuwania sorbentu z instalacji regeneracyjnej CMM-R poprzez spalanie go w wysokiej temperaturze. W pierwszej kolejności uruchamia się cykl regeneracji oleju, a po nasyceniu sorbentu uruchamiany jest cykl regeneracji oleju. Dzięki temu sorbent nie wymaga utylizacji i może być używany wielokrotnie w ciągu kilku lat.

Jakimi innymi produktami naftowymi można regenerować GlobeCore technologie

Regeneracja zużytego oleju jest zadaniem kompleksowym, a potrzeby przemysłu nie ograniczają się wyłącznie do regeneracji olejów transformatorowych. GlobeCore technologie można z powodzeniem wykorzystać do realizacji następujących zadań:

• regeneracja oleju hydraulicznego;
• regeneracja olejów przemysłowych;
• regeneracja oleju turbinowego;
• klarowanie paliwa.

Ponieważ lepkość różnych rodzajów olejów i paliw może się różnić, wydajność regeneracji w przypadku stosowania jednostek CMM-R nieznacznie się zmienia, ale sprzęt pozostaje uniwersalny i radzi sobie z różnymi produktami naftowymi.

Zalety regeneracji oleju

Regeneracja olejów mineralnych w sektorze przemysłowym zapewnia następujące korzyści:

• oszczędność surowców (ropy naftowej) poprzez ponowne wykorzystanie zużytych olejów i tym samym zmniejszenie wolumenu zużycia nowych olejów;
• oszczędność pieniędzy dzięki temu, że koszt regeneracji jest niższy od kosztu zakupu nowego oleju;
• nie ma potrzeby utylizowania zużytego oleju;
• terminowa regeneracja wydłuża żywotność sprzętu napełnionego olejem i zwiększa niezawodność jego pracy;
• poprawa sytuacji środowiskowej poprzez wspieranie zasad Zero Waste w kontekście odpadów zanieczyszczonych olejami.

W celu uzyskania porady technicznej w zakresie regeneracji olejów mineralnych prosimy o skorzystanie z niektórych danych kontaktowych zawartych w odpowiednim dziale serwisu.