РЕГЕНЕРАЦИЯ МАСЕЛ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИМИ И ХИМИЧЕСКИМИ МЕТОДАМИ

Для регенерации масел с помощью адсорбентов используют два основных физико-химических способа: перколяционное фильтрова­ние и контактную обработку масла.

Процесс перколяционного фильтрования заключается в пропус­кании нагретого до 60-80 ⁰С масла через слой адсорбента с круп­ностью зерен 0,5 мм и больше. Фильтрование производится под дав­лением или самотеком. Перколяционный метод позволяет произво­дить частичную регенерацию и очистку масла со сливом или без слива его из маслосистемы и без снятия нагрузки агрегата или на­пряжения электроаппарата. Для перколяционного метода разработа­ны передвижные и стационарные адсорбенты и серия термосифон­ных фильтров, присоединяемых к трансформаторам для непрерыв­ной очистки масел. Одно из преимуществ метода - возможность многократного использования адсорбента.

Контактную обработку масла осуществляют тщательным пере­мешиванием его в подогретом виде с тонко измельченной отбели­вающей землей и последующим фильтрованием масла в фильтр­-прессах.

Повышение температуры смеси способствует понижению вязко­сти масла и облегчает проникновение продуктов старения в поры сорбента. Однако значительное повышение температуры вызывает уменьшение сорбции вследствие увеличения скорости движения частиц масла.

Для каждого адсорбента существует оптимальная температура, зависящая от диаметра его пор: чем меньше диаметр, тем выше тем­пература. Обычно контактную очистку ведут при 80-100 ⁰С. Рас­ход адсорбентов составляет от 3 до 10 % в зависимости от состояния очищаемого масла. Время контактирования от 30 мин до 1 ч, после чего смесь масла с адсорбентом подают на фильтр-пресс, откуда чистое масло поступает в приготовленный для него бак.

При обработке адсорбентами полностью восстановить свойства масла можно лишь в том случае, если оно подверглось небольшим изменениям. При сильном старении масла адсорбционная очистка должна дополняться методами химической очистки.

Химические методы регенерации осуществляют обработкой ма­сел кислотами или щелочами - обычно серной кислотой и гидро­ксидом натрия.

При регенерации масла серной кислотой происходит химическое взаимодействие кислоты с присутствующими в отработанном масле смолами, асфальтенами и другими примесями, ухудшающими его свойства. Смолы под действием кислоты уплотняются и переходят в асфальтены, основная часть которых вместе с сернистыми соедине­ниями, твердыми включениями - карбенами и карбоидами - обра­зует тяжелый вязкий осадок - кислый гудрон, удаляемый из масла. Некоторая часть продуктов взаимодействия кислоты с примесями растворяется в масле и удаляется при последующей обработке масла щелочью или адсорбентами. Для регенерации отработанных масел применяют 93-96 %-ную серную кислоту плотностью 1,84. Очист­ку серной кислотой производят в два приема. В начале масло, отсто­явшееся от воды и механических примесей, обрабатывают неболь­шой порцией серной кислоты (0,5 % массы масла) для полной его очистки от воды. Образовавшийся при этом кислый гудрон удаляют из масла. Затем производят основную обработку тщательным пере­мешиванием масла с серной кислотой (от 2 до 6 % массы масла). По окончании отстаивания повторно отделяют от масла кислый гудрон и остаток кислоты, а затем масло обрабатывают другими способами (щелочью, сорбентами).

Обработка масла щелочью применяется для нейтрализации остат­ка серной кислоты, органических кислот, для удаления эфиров и других соединений, которые при взаимодействии со щелочью обра­зуют соли, переходящие в водный раствор, удаляемый после отстаи­вания масла. Часть солей при этом остается в масле во взвешенном состоянии, поэтому их удаляют промывкой масла горячей водой с его последующей осушкой нагреванием до 95 ⁰С или продувкой го­рячим воздухом.

Для регенерации отработанных масел обычно применяют раствор NaOH концентрацией 2,5-4 % при 40-90 ⁰С в зависимости от сор­та и степени изношенности масла, а также концентрации щелочи.

Очистка отработанных масел щелочью производится лишь в со­четании с обработкой другими реагентами, например, после ре­генерации масла серной кислотой или перед очисткой его отбели­вающими землями.

Существующие методы восстановления свойств масел, как прави­ло, применяют в комбинации друг с другом, например отстой и фильтрование, контактирование и фильтрование, обработка кисло­той и щелочью и т.п. Выбор способов регенерации масел определя­ется степенью изношенности масла, характером и природой старе­ния масла, требованиями, предъявляемыми к качеству регенериро­ванного масла.

По характеру изменений качества масла, а также по природе про­дуктов старения все масла разделяют на три группы:

1) масла, работающие в условиях, исключающих возможность их глубокого химического изменения. Эти масла загрязняются в основ­ном механическими примесями (водой, песком, пылью). К таким маслам относится большинство индустриальных масел. Для их реге­нерации в большинстве случаев достаточно только отстоя и фильт­рации;

2) масла, претерпевшие в процессе работы глубокие химические изменения под действием высокой температуры, кислорода воздуха, электрических разрядов. В этих маслах при эксплуатации накапли­ваются помимо механических примесей также кислоты, смолы, шлам, углеродные частицы и т.д. В данную группу входят турбин­ные, компрессорные, трансформаторные и другие масла. Восстановление их качества достигается применением комбинированных ме­тодов регенерации;

3) масла, подвергающиеся в процессе эксплуатации наряду с хи­мическими изменениями разжижению горючим (бензином, кероси­ном). К этой группе относятся автотракторные, авиационные и другие масла. Для их восстановления следует применять методы, вклю­чающие также и отгон горючего.

Для регенерации масел тем или иным методом применяются ти­повые регенерационные установки - стационарные и передвижные.

Частично поточную регенерацию турбинных масел осуществля­ют на электростанциях в штатных маслоочистительных машинах ПСМ 1-3000, подключаемых к масляной системе турбоагрегатов. На непрерывную очистку и регенерацию поступает до 20 % общего объема масла в системе. В маслоочистительной системе проводится вакуумное центрифугирование масла с прокачкой его через фильтр-­пресс. Для частично поточной регенерации масла, не содержащего присадок, применяются адсорберы, заполненные силикагелем или оксидом алюминия. При сильном зашламлении масла применяют ватные фильтры.

Для восстановления турбинных и изоляционных масел, слитых из оборудования, а также для восстановления всех минеральных масел, применяемых на промышленных предприятиях, используют масло­регенерационные установки.

Обработка масел на установках может производиться:

по методу кислота - земля с применением концентрированной серной кислоты (плотностью 1,84) и природных сорбентов (отбели­вающих земель) для восстановления глубокоизношенных масел (К > 0,4 мг КОН на 1 г масла);

контактным методом с использованием только природных сор­бентов для восстановления менее изношенных масел (К < 0,2 мг КОН на 1 г масла).

Восстановление масла по методу кислота - земля состоит из следующих этапов:

предварительная механическая очистка масла от влаги и других веществ, находящихся во взвешенном состоянии;

обработка серной кислотой для удаления продуктов старения, на­ходящихся в масле в растворенном или диспергированном состоя­нии;

удаление образовавшегося кислого гудрона, включая его часть, диспергированную в масле;

обработка природным сорбентом (землей) для полного удаления из масел следов гудрона и продуктов старения.

­Рис. 22. Схема установки для регенерации масла методом кислота - земля:

1 - грязевой насос; 2 - кислотная мешалка; 3 - дозатор кислоты; 4 - электроподогреватель; 5 - контактная мешалка; 6 - фильтр-пресс; 7 - бак чистого масла; 8 - бак серной кислоты; 9 - бак отработанного масла.

Процесс восстановления масла на установке, показанной на рис. 22, проводится следующим образом. Отработанное масло на­сосом подается в кислотную мешалку, если оно не содержит меха­нических примесей и шлама, или (если масло загрязнено) насосом фильтр-пресса - через фильтр-пресс. Насосом из бака в мешалку через дозатор подается серная кислота. Процесс обработки кислотой при включенной мешалке длится 40-60 мин. без нагрева масла, за­тем мешалка отключается и масло отстаивается от кислого гудрона. После отделения кислого гудрона масло грязевым насосом или насо­сом фильтр-пресса перекачивается в контактную мешалку, в кото­рой в течение 20-30 мин. перемешивается с отбеливающей землей в количестве 4-6 % массы масла.

Затем смесь масла с землей перекачивается обратно в кислотную мешалку, в которой оно отстаивается от отбеливающей земли, и пе­рекачивается насосом через фильтр-пресс и электроподогреватель в контактную мешалку, в которой предварительно ранее использован­ная отбеливающая земля заменена свежей в том же количестве. Об­работку землей проводят с подогревом масла до 60-80 ⁰С в течение 60-90 мин. Затем масло отстаивается и насосом фильтр-пресса пе­рекачивается в бак для восстановленного масла. Двукратное использование отбеливающей земли дает более высокое качество восста­новления масла и уменьшает его потери при очистке.

На рис. 23 показана схема универсальной установки, предназна­ченной для восстановления всех применяемых на электростанциях минеральных масел любой степени старения. В зависимости от со­стояния отработанных масел их восстановление на подобной уста­новке может производиться по схемам щелочь - кислота - земля, кислота - щелочь - земля, кислота - земля, а также обработкой отбеливающей землей и обработкой раствором тринатрийфосфата с отделением отработанного раствора на сепараторе. Установка обес­печивает возможность одновременного восстановления двух партий масла различными методами. Производительность установки в зави­симости от способа ее использования составляет 5-10 т/сут. Опера­ции при обработке масла аналогичны операциям, описанным выше.

Рис. 23. Схема универсальной установки для восстановления масла с двумя

адсорберами:

1 - напорный бак; 2 - адсорбер; 3 - указатель подачи масла; 4 - бак для восста­новленного масла; 5 - подогреватель масла; 6 - вытяжной зонт

Очистку масла, залитого в трансформатор, выключатель и масло­наполненный ввод, осуществляют с помощью термосифонных фильтров. Термосифонный фильтр (рис. 24) представляет собой стальной цилиндр с патрубками для присоединения его к электроап­парату. В нижней части цилиндра имеются перфорированный диск и сетка с отверстиями 0,5 мм, предназначенные для поддержания всей массы сорбента, засыпаемого в фильтр. Между перфорированным диском и дном термосифона имеется отстойная камера. Перезарядку фильтра сорбентом проводят без отключения трансформатора.

Для предохранения масла от увлажнения в трансформаторах, маслонаполненных вводах, а также в резервуарах с сухим изоляци­онным маслом применяют воздухоочистительные фильтры. Сопри­косновение масла с сухим воздухом способствует досушке масла и поддержанию его электрической прочности.

Воздухоочистительный фильтр (рис. 25) представляет собой стальной цилиндр, заполненный сорбентом, поглощающим влагу. Для устранения непосредственного контакта сорбента с окружаю­щим воздухом, а также для очистки воздуха от механических приме­сей фильтр оборудован масляным затвором. Для наблюдения за сте­пенью увлажнения сорбента в фильтре имеется смотровое окно с сетчатым карманом для засыпки индикаторного сорбента. При ув­лажнении сорбент изменяет голубую окраску на розовую.

Рис. 24. Термосифонный фильтр и его подсоединение к трансформатору.

Рис. 25. Воздухоочистительный фильтр:

1 - стенка трансформатора; 2 - дыхательная трубка трансформатора; 3 - соеди­нение фильтра с дыхательной трубкой; 4 - смотровое окно; 5 - указатель уровня в масляном затворе; 6 - масляный затвор

В качестве сорбентов для заполнения воздухоочистительных фильтров применяют силикагель в смеси с хлористым кальцием, ак­тивный оксид алюминия, цеолиты марки NaA. Наибольшей адсорб­ционной емкостью обладают цеолиты, обеспечивающие глубокую осушку воздуха. Они же обычно используются и в качестве индика­торных сорбентов.

Сорбенты перед засыпкой в фильтры сушат при температуре не ниже 110 ⁰С. После применения силикагеля в фильтрах его восста­навливают продувкой горячим воздухом или просушиванием в су­шильном шкафу при 150 ⁰С в течение 10-15 ч; цеолиты прокалива­ют при 350-400 ⁰С.

При работе с маслами и смазками необходимо принимать все воз­можные меры для предотвращения попадания их в окружающую среду ввиду их вредности, особенно для водоемов. В условиях элек­тростанций из-за возможного появления неплотностей в масляных системах, нарушений правил хранения масел, других причин масло обычно попадает в сточные воды, сброс которых без соответствую­щей очистки запрещен, так как ведет к загрязнению водоемов. Пре­дельно допустимое содержание масел в водоемах питьевого и рыбохозяйственного назначения составляет 0,05 мг/кг. До столь низкой остаточной концентрации масел сточные воды ТЭС очищать не уда­ется, поэтому на электростанциях принимают все меры для исполь­зования стоков после соответствующей очистки для собственных нужд, например для подпитки устройств химводоочистки, охлажде­ния конденсаторов турбины, в системах гидрозолоудаления.