Processing

Please wait...

Settings

Settings

Goto Application

1. WO1996040841 - METHOD AND DEVICE FOR THE FILTRATION, DEGASSING AND DEHYDRATION OF, AND REMOVAL OF AGEING PRODUCTS FROM PRETROLEUM OILS

Note: Text based on automatic Optical Character Recognition processes. Please use the PDF version for legal matters

[ RU ]

СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ФИЛЬТРАЦИИ, ДЕГАЗАЦИИ,

ДЕГИДРАТАЦИИ И УСТРАНЕНИЯ ПРОДУКТОВ СТАРЕ- НИЯ В НЕФТЯНЫХ МАСЛАХ

Область техники

Изобретение относится к разделению различных веществ в связи с обработкой углеводородных масел и, более конкрет-но, к способу и устройству фильтрации, дегазации, дегидра-тации и устранения продуктов старения в изоляционных и дру гих нефтяных маслах.

Предшествующий уровень техники

Известно, что в изоляционных и других нефтяных смесях при их использовании допустимо содержание лишь незначи-тельного количества влаги, газов и продуктов старения, об-разующихся как во время использования, так и в процессе хранения. Это относится как к новым маслам, готовым к ис-пользованию, так и к смешанным маслам, а также к маслам, используемым в аппаратах высокого напряжения, таким как силовые и измерительные трансформаторы, переключатели вы-сокого напряжения и т.п. Увеличение содержания указанных веществ выше допустимых значений чаще всего является след-ствием несоответствующих условий складирования и обращения а в изоляционном масле в аппаратах высокого напряжения, кроме того, следствием старения масляно-бумажной изоляции, причем этот процесс со временем ускоряется. Процесс старе-ния заключается в том, что под действием нагретых провод-ников , а также в присутствии ферромагнитного трансформатор ного железа полимеризованные молекулы целлюлозной изоляции разлагаются и окисляют молекулы масла. Продукты старения из бумажной изоляции переходят в масла и как катализаторы обуславливают высокий уровень окисления до появления кис-лот. При этом деградировавшее масло действует на целлюлозу изоляции и ускоряет процесс ее старения. Одновременно на-личие влаги в изоляционных маслах значительно снижает их диэлектрическую постоянную, являющуюся наиболее важной ха-рактеристикой этих масел используемых в аппаратах высоко-го напряжения.

В технике широко известны устройства с фильтрами и ва-куумными камерами для дегазации и дегидратации масла. Из-вестно также центробежное оборудование с камерами для де-газации и дегидратации.

Недостатки указанных известных устройств с фильтрами и вакуумными камерами состоят в том, что при выделении раст-воренной воды и газов в высоком вакууме из масла выделя-ются и легко испаряющиеся фракции нефти, что ухудшает ка-чество обработанного масла. Кроме того, к недостаткам сле-дует отнести сложность оборудования и процесса его экс-плуатации.

К недостаткам центробежного оборудования с камерами для дегазации и дегидратации с адсорбентами следует отнес-ти относительную сложность оборудования и существенно бо-лее высокий расход адсорбентов, особенно при обработке сильно деградировавших масел старых трансформаторов. От-дельную проблему здесь представляет устранение загрязнен-ных адсорбентов после их использования, так как они пред-ставляют собой отходы с канцерогенными свойствами.

Известен способ фильтрации минеральных масел и реализу-ющее его устройство, описанные в патенте Югославии 26744. Фильтрация и дегидратация масляной смеси в этом известном устройстве производится с использованием фильтров, содер-жащих слой поваренной соли толщиной около 100 мм. При этом обрабатываемая эмульсия проходит сквозь сито 3 при повы-шенном давлении около 29,4 кПа при линейной скорости проте-кания 5x10 м/с. При этом эмульсия контактирует с фильтру-ющим слоем, проходя через капиллярные барьеры. Вследствие этого диспергированная фаза теряет кинетическую энергию, и ее концентрация в определенном сечении фильтрующего слоя повышается. Поскольку при этом происходит и дегидратация диспергированных частиц, они могут быть выделены за счет выпадения в осадок.

К недостаткам этого известного решения следует отнести невысокую эффективность очистки обрабатываемых масел. Оно не обеспечивает требуемую степень фильтрации, дегаза-ции, дегидратации и устранения продуктов старения в изоля-ционных маслах за один цикл прогонки масла через фильтрую-щий компонент.

Известны также способ фильтрации и реализующий его фильтр с ионообменником, описанные в патенте Югославии IP 29045, предусматривающие возможность регенерации фильтра без перемещения и извлечения активного компонента. Для это-го над слоем активного фильтрующего материала, размещенно-го поверх соответствующего сита, размещен эластичный мешок типа кузнечного меха, который надувается при регенерации фильтра и прижимается к поверхности активного компонента при пропускании сквозь фильтр жидкости для регенерации.

Эта жидкость протекает в противоположном направлении, не приводя к изменению структуры активного компонента, который освобождается от задержанных при фильтрации частиц.

Этому известному решению также свойственны вышеописан-ные недостатки, которые в целом можно охарактеризовать как недостаточно высокая эффективность очистки обрабатываемых масел и регенерации активного компонента при его насыщении.

Раскрытие изобретения

В соответствии с вышеизложенным задачей изобретения является преодоление недостатков технических решений, из-вестных из предшествующего уровня техники, и создание спосо-ба и реализующего его устройства, обеспечивающих за один цикл обработки, т.е. при однократном пропускании масляной смеси через активный компонент, фильтрацию, дегезацию, де-гидратацию и устранение продуктов старения в изоляционных и других нефтяных маслах, а также обеспечивающих возмож-ность регенерации адсорбентов в процессе эксплуатации обо-рудования, при одновременном упрощении конструкции, умень-шении габаритов и расхода потребляемой энергии.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе фильтрации, дегазации, дегидратации и устранения продуктов старения в изоляционных и других нефтяных маслах, основанном на пропускании обрабатываемого масла или смеси масел через активный компонент, в соответствии с изобрете-нием осуществляют прогонку масла по меньшей мере через один механический фильтр для задержания частиц с размерами, превышающими заданные размеры; пропускают отфильтрованное механическим фильтром масло или смесь масел через актив-ный компонент, в качестве которого используют по меньшей мере один адсорбент, направляя масло через каналы, образо-ванные в резервуаре с адсорбентом продольными и поперечны-ми перегородками, при этом за счет заполнения отдельных частей полости резервуара адсорбентами с различными харак-терлстиками осуществляют отдельные фазы обработки, в том числе дегазацию, дегидратацию, устранение продуктов старе-ния .

Предпочтительным является то, что при механической

_3 фильтрации задерживают частицы размерами более 4x10 мм.

Также предпочтительным является то, что в качестве ад-сорбента при осуществлении фазы дегазации и дегидратации используют алюмосиликаты кристаллической структуры с поляр-ными молекулами А/а или Са и $ί в узлах кристаллической решетки, а при осуществлении фазы устранения продуктов ста-рения - триоксид алюминия гамма-типа с поверхностным заря-дом молекул.

Кроме того, предпочтительно, что после насыщения адсор-бентов осуществляют регенерацию насыщенного адсорбента, при этом регенерацию насыщенных адсорбентов, использованных для дегазации и дегидратации, осуществляют путем нагревания их до температуры около 573 К или путем воздействия на них высоким воздушным давлением, которое резко повышают с по-мощью компрессора с сухим воздухом до значения, примерно равного 300 кПа, с последующим отсосом выделенных газов, а регенерацию насыщенных адсорбентов, использованных для ус-транения продуктов старения, осуществляют их нагреванием в присутствии воздуха до температуры около 873 К, обеспечивая окисление связанных полярных молекул продуктов старения до молекул воды и двуокиси углерода.

Указанный результат достигается также тем, что устрой-ство для фильтрации, дегазации, дегидратации и устранения продуктов старения в изоляционных и других нефтяных мас-лах, содержащее емкость с активным компонентом, в соответ-ствии с изобретением, содержит по меньшей мере один резер-вуар, имеющий по меньшей мере одно отверстие для заполне-ния активным компонентом и впускное и выпускное отверстия для подачи и вьтуска обрабатываемого масла или смеси ма-сел; входной и выходной механические фильтры, размещенные в упомянутых впускном и выпускном отверстиях резервуара; циркуляционные трубопроводы, соединенные с упомянутыми впускным и выпускным отверстиями; по меньшей мере две про-дольные перегородки, установленные внутри резервуара с ак-тивным компонентом, образующие каналы для прохода обраба-тываемого масла или смеси масел; при этом в качестве актив-ного компонента использован адсорбент.

Целесообразным является введение поперечной проницаемой перегородки для разделения внутренней полости резервуара с активным компонентом на отдельные секции для заполнения соответствующим активным компонентом, при этом верхняя часть резервуара, выше поперечной перегородки, может быть заполнена адсорбентом для проведения фазы дегидратации, а нижняя его часть, ниже поперечной перегородки, - адсор-бентом для проведения фазы дегазации, причем в попереч-ной перегородке по ее периферии могут быть выполнены отвер-стия .

Предпочтительным является выполнение входного и выходно-го механических фильтров из спеченной бронзы, обеспечиваю- -3

щее задержание частиц размерами более 4x10 мм.

Целесообразным является использование измерителя насы-щенности адсорбента и манометра, установленных в отвер-стиях для заполнения резервуара адсорбентом.

Также предпочтительным является последовательное соеди-нение резервуаров, заполненных по меньшей мере одним ад- - б -сорбентом для проведения отдельных фаз обработки масла или смеси масел, трубопроводами так, что впускное отверстие первого резервуара соединено с нагнетательным насосом, а выпускное отверстие последнего резервуара - с резервуаром пользователя с обрабатываемым маслом или смесью масел.

Кроме того, предпочтительным является параллельное сое-динение резервуаров, заполненных по меньшей мере одним ад-сорбентом для проведения отдельных фаз обработки масла или смеси масел,- трубопроводами так, что впускные отвер-стия резервуаров через первый коллектор соединены с нагне-тательным насосом, а их выпускные отверстия через второй коллектор - с резервуаром пользователя с обрабатываемым маслом или смесью масел .

Предпочтительным также является выполнение адсорбента в виде гранул диаметром от 0,5 до 2,0 мм, при этом в ка-честве материала адсорбента для проведения фазы дегазации и дегидратации предпочтительно выбраны алюмосиликаты кристаллической структуры с молекулами а или Са и Si в узлах кристаллической решетки, а в качестве материала ад-сорбента для связывания продуктов старения или полярных молекул - оксиды алюминия, предпочтительно триоксид алюми-ния гамма-типа, со средним диаметром пор более 9х10~^ мм

2 3

и эффективной поверхностью не менее 150м /см .

Краткое описание чертежей

Изобретение поясняется на примерах его осуществления, иллюстрируемых чертежами, на которых представлено следую-шее:

Фиг.1 - схематичное представление устройства, соответ-ствующего изобретению;

Фиг.2 - схематичное представление установки для обра-ботки масел в соответствии с изобретением с использованием устройства по фиг.1;

Фиг .3 - схематичное представление фрагмента конструкции устройства по фиг.1;

Фиг.4 - схематичное представление последовательного сое-динения устройств по фиг.1 в установке для обработки масел в соответствии с изобретением;

Фиг.5 - схематичное представление параллельного соеди-нения устройств по фиг.1 в установке для обработки масел в соответствии с изобретением;

Фиг.6 - иллюстрация процедуры регенерации адсорбента для дегазации;

Фиг.7 - иллюстрация процедуры регенерации адсорбента для дегидратации;

Фиг.8, 9 и 10 - схематичное представление различных слу-чаев применения устройства, соответствующего изобретению.

Детальное описание примеров осуществления

изобретения

Как показано на фиг.1, 2 и 3, устройство 1 для фильтра-ции, дегазации, дегидратации и устранения продуктов старе-ния в изоляционных и других нефтяных маслах содержит по меньшей мере один резервуар 2 , например цилиндрической фор-мы, в котором размещены по меньшей мере две цилиндрические перегородки 3, 4, заполненные адсорбентом 5 и закрепленные в резервуаре 2 с помощью элементов крепления б . Элементы 3, 4 образуют каналы для прохождения обрабатываемого масла или смеси масел в направлении стрелок, показанных на фиг.1 и фиг.З. Резервуар 2 имеет впускное и выпускное отвер-стия 7, 8 соответственно, в которых установлены механичес-кие фильтры 9 и 10 из металлического сплава, например, из спеченной бронзы, характеризуемой определенной пористостью. На основании 11 устройства 1 установлен электропривод 12, соединенный с нагнетательным насосом 13. На основании 11 также размещено электрооборудование 14 для защиты и запуска электропривода 12.

Циркуляционные трубопроводы, условно показанные линиями 15 с обозначенными стрелками направлениями движения масла, связывают между собой отдельные части устройства 1, а так- же отдельные устройства 1 в составе установок для обработ-ки масел между собой и с резервуарами 16 пользователя, за- » полненными обрабатываемым маслом (см. фиг.4, 5).

Как показано на фиг.2, устройство 1 может содержать два

резервуара 2, связанных между собой циркуляционными трубо-проводами 15, а также связанные с насосом 13, установлен-ным в трубопроводе 15, соединенном с впускным отверстием

7 одного из резервуаров 2, выпускное отверстие 8 которого

соединено с впускным отверстием 7 другого резервуара 2,

выпускное отверстие 8 которого через соответствующий меха-нический фильтр 10 может быть соединено трубопроводом 15,

например, с соответствующим резервуаром с маслом пользова-теля .

Как показано на фиг.З, цилиндрические перегородки 3, 4

образуют внутри резервуара 2 относительно узкие каналы

для прохождения масла, которое подвергается адсорбции при

прохождении через адсорбент 5. Между верхней частью резер-вуара с цилиндрическими перегородками 3,4 и нижней его

частью может быть установлена проницаемая для масла гори-зонтальная перегородка 17, по периферии которой выполнены

отверстия 18 для прохождения масла (см. фиг.1), расположен-ные напротив отверстий 19 в основании цилиндрической пере-городки 4.

При размещении в резервуаре 2 горизонтальной перегород-ки 17 образованные при этом отдельные части резервуара мо-гут быть заполнены соответствующим адсорбентом 5 для про-ведения отдельных фаз обработки масла. Например, верхняя

часть резервуара 2 может быть заполнена адсорбентом, пред-назначенным для извлечения влаги из масла, а нижняя часть -адсорбентом, обеспечивающим устранение газов из той же об-рабатываемой жидкости. Таким образом, в резервуаре 2 ус-тройства 1 могут быть размещены различные адсорбенты 5,

которые при однократном прохождении масла обеспечивают про-ведение различных фаз процесса дегидратации, дегазации и

выделения полярных молекул как продуктов окисления или ста-рения при одновременной фильтрации в механических филь-

трах 9 , 10.

Для контроля процесса фильтрации, дегазации, дегидрата-ции и устранения продуктов старения используют измеритель насыщенности 20 адсорбентов и манометр 21 для контроля дав ления, устанавливаемые в отверстия 22 для заполнения резер вуара 2 адсорбентом 5.

Для осуществления полного процесса фильтрации, дегаза-ции, дегидратации и выделения продуктов старения в изоля-ционных и других нефтяных маслах или масляных смесях за один цикл обработки масла может быть создана установка с несколькими резервуарами 2 , которые могут быть соединены между собой трубопроводами 15 последовательно (фиг.4) или параллельно (фиг.5). При этом подключение упомянутых резер вуаров 2 к насосу 13 и к резервуару 16 пользователя осуще-ствляется через соответствующие коллекторы 23.

При этом отдельные резервуары 2 могут быть заполнены различными адсорбентами 5 для проведения отдельных фаз об-работки прогоняемого масла. Указанное последовательное или параллельное соединение резервуаров 2 позволяет осущест-влять замену отдельных из них, достигших состояния насыщен ности адсорбентов , путем снятия и затем повторного подклю-чения соответствующих гибких трубопроводов 15 без проникно вения воздуха в систему адсорбции.

Процесс фильтрации, дегазации, дегидратации и устране-ния продуктов старения в изоляционных и других нефтяных маслах в заявленном устройстве в соответствии с изобрете-нием, осуществляется следующим образом. С помощью насоса 13, приводимого в действие электроприводом 12, масло или масляная смесь прогоняется по трубопроводам 15 и поступает в резервуар 2 через соответствующий механический фильтр 9, задерживающий частицы с размерами, превышающими заданные,

_3

например, 4x10 мм, и затем проходит по каналам, образо-ванным в полости резервуара 2 продольными перегородками 3, 4 и, при необходимости, горизонтальной перегородкой 17 с отверстиями 18. При этом в зависимости от особенностей используемого адсорбента 5, осуществляется дегазация, деги дратация или устранение продуктов старения, как описано ниже.

В качестве адсорбента 5, заполняющего части резервуара 2, образованные перегородками 3 и 4, или весь резервуар 2 полностью, при осуществлении фазы дегазации и дегидрата-ции используют алюмосиликаты кристаллической структуры с молекулами А/а или Са и ^ в узлах кристаллической ре-шетки. Эти молекулы создают сильное электрическое поле, в результате чего в кристаллическую решетку алюмосиликата вовлекаются молекулы побочных продуктов с размерами, суще-ственно меньшими, чем размеры молекул нефтепродуктов, кото рые остаются в свободном состоянии в составе масла.

При осуществлении фазы выделения продуктов старения или распада в качестве адсорбента 5 используются оксиды алюми-ния, в частности, триоксид алюминия гамма-типа, средний размер пор которого примерно равен 9x10 ^мм, а активная

2 3

поверхность не менее 150 м /см . Действие этого адсорбен-та основано на том, что поверхность его пор обладает по-верхностным зарядом, за счет которого происходит связыва-ние продуктов распада масла или полярных молекул. Все ис-пользуемые адсорбенты 5 имеют форму гранул диаметром в пределах 0,5-2,0 мм.

В установках, схематически представленных на фиг.4 и 5, отдельные фазы описанного способа обработки масла или сме-си масел могут проходить в отдельных последовательно или параллельно соединенных трубопроводами 15 резервуарах 2. При этом отдельные части резервуара 2, отделенные перего-родками 3, 4, могут быть заполнены соответствующими одни-ми и теми же или различными адсорбентами 5.

После достижения адсорбентами состояния насыщения, что контролируется в процессе обработки масел с помощью изме-рителя насыщенности 20 адсорбентов, осуществляется их реге-нерация. Процедура регенерации адсорбентов, использованных для дегазации, иллюстрируется с помощью фиг. б. При этом резервуар 2 с адсорбентом 5, из которого вылиты остатки масла, устанавливается в камере 24 и осуществляется нагрев до температуры около 573 К, создающий условия выхода зах-ваченных молекул в электрическом поле кристаллической структуры адсорбента.

В процессе регенерации адсорбента 5, использованного в фазе дегидратации, как показано на фиг.7, осуществляется продувание резервуара 2 с адсорбентом 5 при помощи компрес-сора 25, соединенного трубопроводом 26. При этом в отвер-стия 22 резервуара 2 вставлены клапаны 27 с сетчатыми фильтрами, при помощи которых осуществляется резкое изме-нение воздушного давления, под воздействием которого пог-лощенные адсорбентом молекулы воды или воздуха покидают поле кристаллической структуры адсорбента.

Регенерацию адсорбентов, использованных в фазе выделе-ния продуктов старения, как указывалось выше, осуществляют нагреванием их в резервуаре 2 в присутствии воздуха до температуры около 873 К, что приводит к окислению связанных полярных молекул до молекул воды и углекислого газа.

В процессе работы устройства 1 также производится контроль давления масла или масляной смеси в резервуаре 2 с помощью манометра 21. При росте измеренного давления до значения около 100 кПа осуществляется очистка механиче-ских фильтров 9, 10 из спеченной бронзы путем промывки их в растворителях и продувания воздухом под давлением. При насыщенности адсорбента 5 водой производится описанный процесс регенерации согласно фиг.7 путем повышения давле-ния в резервуаре 2 примерно до 300 кПа с помощью компрес-сора 25 с использованием предварительно очищенного возду-ха. Процесс повторяется до достижения адсорбентом 5 требу-емой влажности. При насыщенности адсорбента газами осуще-ствляется процесс регенерации согласно фиг.6 с подсоедине-нием резервуара 2 на завершающем этапе к вакуумному насо-су 28 до достижения требуемого уровня дегазации.

Возможности использования соответствующих изобретению способа и устройства для фильтрации, дегазации, дегидра-тации и устранения продуктов старения в изоляционных и других нефтяных маслах иллюстрируются на примерах очистки новых и смешанных масел (фиг.8 и 9) и для аппаратов высо-кого напряжения (фиг.10). Как показано на фиг.8, 9, 10, устройство 1 связано гибкими трубопроводами 15 с резервуа-ром 16 пользователя в виде бочки, емкости, трансформатора и т.п., из которых насос 13 всасывает неочищенное масло, которое после прохождения через устройство 1 возвращается в виде осушенного и освобожденного от газов очищенного масла.

В случае применения устройства 1 в трансформаторах 29 (фиг.10), когда помимо фильтрации, дегазации и дегидрата-ции необходимо осуществить выделение из масляной смеси продуктов старения, могут быть использованы связанные с трансформатором 29 в соответствии с фиг.4 или 5 несколько резервуаров 2 с адсорбентом. Такая конфигурация особенно эффективна при подключении устройства 1 к трансформаторам высокой мощности, например, свыше 1000 кВА, в результате чего обеспечивается предохранение изоляционной масляной смеси от появления в ней влаги, воздуха и полярно заря-женных частиц в результате старения изоляции. Если устрой-ство 1 подключено в такой конфигурации к трансформатору 29 под напряжением, то замена отдельных резервуаров 2 с ад-сорбентом 5 осуществляется без остановки его работы. В этом случае в месте подвода очищенного масла должно быть предусмотрено реле Бухгольца, которое при появлении газа, проходящего через электромагнитный клапан, запирает транс-форматор 29 и прерывает питание электропривода насоса.

Устройство 1 на малых трансформаторах 29 может исполь-зоваться для регенерации, дегидратации, дегазации и филь-трации всей системы изоляциии.

Промышленная применимость

Возможности использования способа и устройства, соот-ветствующих изобретению, весьма многообразны. Так они могут использоваться для фильтрации, дегазации и дегидра-тации, а также устранения продуктов окисления из нефтяных масел, которые помещены в емкости с дегидратором воздуха. При установке устройства, соответствующего изобретению, на новые трансформаторы или на трансформаторы на началь-ной фазе старения обеспечивается существенное увеличение их срока службы. В то же время и в случае трансформаторов высокой мощности, находящихся в процессе эксплуатации, спо-соб и устройство, соответствующие изобретению, задержива-ют их старение.

Способ и устройство, соответствующие изобретению, могут быть применены с высокой эффективностью и при сушке транс-форматоров, осГеспечивая устранение влаги из целлюлозы изо-ляции, а также для сушки других масел и смесей нефтепро-дуктов .

Устройство, соответствующее изобретению, имеет при рав-ной производительности намного меньшие габариты и массу по сравнению с известными аппаратами того же назначения. При этом оно характеризуется минимальным потреблением энергии, вследствие исключения операций нагревания и ва-куумирования обрабатываемых масел или их смесей.