煤油汽相干燥設備及應用

摘要：介紹煤油汽相干燥的基本原理、系統組成及工藝過程。

關鍵詞：煤油汽相；干燥；工藝

煤油汽相干燥設備是目前變壓器行業應用于變壓器器身和線圈干燥的一項比較先進的專用技術設備。自沈變于上世紀末最先引進麥克菲爾汽相干燥技術至今，國內各變壓器廠也先后采用煤油氣相干燥設備用于大型變壓器的干燥處理，經過運行驗證，普遍認為其處理質量高、周期短、經濟效益顯著。目前，已成為處理高電壓大容量變壓器的較理想可靠的先進設備，也成為電工行業對大型變壓器干燥處理的必備設備。

1 基本原理

煤油汽相干燥設備的基本原理，就是利用煤油在真空狀態下進行加熱蒸發，成為高溫的煤油蒸汽，在真空罐內遇到溫度較低的工件而冷凝下來，放出冷凝潛熱（約306.6KJ/Kg），對器身進行加熱；工件的溫度不斷增高，冷凝下來的煤油被收集，通過煤油系統重新送回蒸發器，再次被加熱蒸發；在反復循環的過程中，工件不斷被加熱，溫度升高；同時，在真空狀態下工件中的水份不斷地被蒸發成水蒸汽，被真空系統抽離罐內，由此工件中的水份不斷被抽出，以達到徹底干燥工件的目的。

2 系統組成和基本結構

2.1 真空罐系統

從技術安全的角度考慮，真空罐的泄漏率必須限制在一定的量值以下，且能使冷凝的煤油都能流出，一般要求煤油汽相干燥罐的泄漏率≤2000Pa.L/S。真空罐要求能承受真空全壓1Pa，還要求能耐高溫135℃左右。因此，對其機械強度、耐溫、高溫真空要求都很嚴格。

2.2 真空系統

由前級真空泵和一二級增壓泵、真空冷凝器組成。前級真空泵要求有較強的抽除水蒸汽能力和一定的耐煤油能力。其抽吸速率要求與絕緣材料、變壓器的重量和真空罐容量相關。

2.3 蒸發蒸餾系統

包括蒸發器、 煤油緩沖罐、粗精過濾器和煤油輸送泵及相關管路等

蒸發器是煤油汽相干燥設備的心臟部分，是高溫煤油蒸汽的發生器。在蒸發煤油的同時，可進行蒸餾，以通過控制溫度和壓力實現對煤油和變壓器混合油的分離。蒸發器的功率根據真空罐的容積和處理產品的大小通過計算確定。煤油緩沖罐是作為熱煤油的的一個過渡罐，容積為2.5m3～4m3，真空罐中冷凝的熱煤油通過粗過濾器流入緩沖罐，再經煤油輸送泵和精過濾器輸送到蒸發器，形成一個閉環運行。

煤油輸送泵也是設備的關鍵部件。要求它有很高的操作安全性、較小的NPSH值和最少維護費用下絕對的密封性。

2.4 冷凝系統

由主冷凝器、熱回收器和冷凝收集罐、廢水罐、視察窗、液位計及管道、閥門等組成。

冷凝系統的任務是，一方面將從真空罐輸送過來的可冷凝的蒸汽(水蒸汽和煤油蒸汽)冷凝并通過沉降分離出來；另一方面將永久性氣體(空氣)泵出。要求對冷凝功率和冷凝液冷卻設計正確，以保證最佳的干燥過程和安全的設備操作。

2.5 煤油儲存系統

由煤油儲罐、廢油罐、混合油罐和輸油泵及相關管路等組成。

2.6 加熱系統

為設備輸送所需的能量，通過適當的措施保證煤油蒸汽溫度控制到工藝要求的規定值 。可以選擇使用蒸汽或載熱介質油作為加熱介質。

蒸汽加熱。由蒸汽源、氣動薄膜調節閥、疏水閥、逆止閥、過濾器、壓力表、安全閥、溫度傳感器、波紋管截止閥及相關管道組成。以導熱油為載熱介質加熱。由電加熱器、管道泵、油膨脹箱、油過濾器、雙金屬溫度計及相關管道和高溫閥門組成。

2.7 冷卻系統

由冷卻塔、冷水機組、電接點壓力表、溫度表及相關管道閥門組成。對需要冷卻的泵、冷凝器提供適宜的冷卻水。

2.8 氣動系統

由空壓機、儲氣罐、氣動三聯件、氣動控制柜、氣缸、二位五通電磁閥、減壓閥及相管管道閥門組成。為各需動作的氣動閥門提供動力。

2.9 液壓系統

由液壓站、各類大小油缸及相關管道和液壓閥門組成。用于真空罐罐門液壓鎖緊。

2.10 控制系統

由品牌工業控制計算機和PLC、電控柜、罐門操作箱及各種傳感器(壓力、溫度、真空、液位)等組成，并配有防爆安全柵、電機保護開關、斷路器及接觸器等。保證整個系統按設定工藝自動運行

2.11 通風系統

由防爆通風機、通風管道等組成。抽除可能泄漏的煤油氣體，保持封閉空間的通風換氣。

3 煤油汽相干燥設備的工藝過程

一個完整的煤油汽相干燥工藝過程可以分為四個階段，它們是準備階段、加熱階段、降壓階段和高真空階段。

3.1 準備階段

啟動前級泵，前級羅茨泵和主羅茨泵在室溫下對真空罐逐級抽真空，使真空罐的壓力由1×105Pa逐步降至700 Pa；收集罐的維持在4500Pa。

3.2 加熱階段

加熱系統啟動，蒸發器和罐體開始加熱。煤油蒸發蒸餾系統啟動。蒸發器產生的煤油蒸汽對變壓器產品加熱。在加熱過程中隨著溫度的不斷上升，真空罐內的水蒸汽含量不斷增加，罐內壓力也不斷升高。泄漏泵通過冷凝收集罐對真空罐抽真空，以維持收集罐和真空罐的壓差；同時進行必要的中間降壓，加速產品出水速率。中間降壓的次數根據產品規格及工藝過程參數變化來確定。加熱階段結束，產品溫度應達到125℃～130℃。

3.3 降壓階段

加熱階段結束時，真空罐內含有大量的煤油蒸汽和定量的水蒸汽，利用泄漏泵，通過主冷凝器、冷凝收集罐和中間真空冷凝器對真空罐抽空，使真空罐內的壓力降至2500 Pa以下，冷凝系統幾乎不再有冷凝液生成。

3.4 高真空階段(也稱精抽真空)

主真空系統對真空罐抽真空，器身溫度與真空罐溫度仍維持120℃左右。當干燥終點判斷指標達到時：最終真空度：全壓≤20 Pa，分壓≤10 Pa；產品溫度：真空下120～130℃；最終出水率≤10g/(h..t)。

高真空階段結束。可以將真空罐充氣閥打開，大罐解除真空。

4 小結

采用煤油汽相干燥設備有如下優點：

4.1 以煤油蒸汽為載熱介質，可以實現在真空狀態下加熱。由于煤油的飽和壓力遠比水的飽和壓力低，所以在加熱階段溫度比較低時，水份就開始順利地排除，且能在加熱完成后，使煤油很容易地蒸發掉而不影響真空階段水份的擴散。

4.2 對變壓器的加熱是在無氧狀態下進行的，因此加熱溫度可以從110℃提到125～130℃，而不用擔心絕緣材料的老化。盡管加熱溫度僅提高十幾度，但水蒸汽分壓提高近1000mbar，所以對排除水份是非常有利的。

4.3 煤油蒸汽除了以對流換熱方式對絕緣材料加熱外，在絕緣材料表面還要發生相變冷凝放熱，冷凝后的煤油又在絕緣層表面進行膜層換熱，因此加熱速度更快，效率更高。

4.4 煤油蒸汽總是往溫度低的地方擴散，所以越冷的地方冷凝換熱越強烈，具有冷凝效應，避免了不易加熱的死角，因而絕緣表面溫度分布均勻。另外，凝結后的煤油很容易攜帶著熱量滲透到絕緣內部，從而加速了絕緣材料本身的熱傳導，使絕緣材料深層溫度分布也較均勻。而溫度分布均勻對于干燥來說，是至關重要的。

4.5 在變壓器上冷凝的煤油，作為一種良好的清洗溶劑，可以將變壓器上的污物塵埃沖洗掉。尤其對浸過變壓器油的產品或返修的舊產品，在加熱過程中可以將油沖洗掉，使水份排除的擴散系數接近未浸油產品，得到同樣的干燥效果，并且提高了產品的清潔度可使其電氣性能得到提高。

參考文獻

[1]徐成海 張世偉 關奎之 主編《真空干燥》[2]喬振保《變壓器真空汽相干燥設備的特點》