一種GIS母線SF6濃度超標問題的解決方案

摘 要：SF6（六氟化硫）是《京都議定書》中明確的六種溫室氣體之一，在所有溫室氣體中其破壞程度最高，電力行業企業都在積極研究新方法減少SF6氣體的排放。本文通過研究漏孔與漏率的參數，選用合適的材料，提出了新的減少SF6氣體泄漏的方案。對大量應用SF6的企業起到了積極的意義。

關鍵詞：SF6;漏孔;材料

1 概述

SF6（六氟化硫）是《京都議定書》中明確的六種溫室氣體之一，在所有溫室氣體中其破壞程度最高，其溫室效應系數是CO2的23900倍，而且它在大氣中的壽命長達3200年。據統計，僅2010年全球電力系統的SF6氣體泄漏量就近2200噸，對社會環境影響巨大。電力行業是SF6氣體應用的大用戶，國網、南網及西電集團等電力企業對SF6的泄漏與排放尤為重視，在各大電站的建設安裝初期即建立了嚴格的檢測體系，嚴密監測SF6氣體的滲漏與排放。

日前，國內某電站安裝完成后，采用包扎檢漏法檢測SF6氣體的泄漏率，按工藝規程，將其密封面包扎5小時后，SF6濃度（體積比）升高不得大于25ppmV。現場安裝后檢漏試驗時，實測升高約為30ppmV，與用戶要求不一致。通過研究現場情況，試驗新型密封材料，取得了良好的試驗效果。

2 現場試驗方案

根據國家標準GB/T11023《高壓開關設備六氟化硫氣體密封試驗導則》要求，GIS母線年泄漏量小于0.5%，筒體充SF6氣體壓強小于0.45MPa，每立方容積SF6氣體的質量約為28.7kg，則每年允許泄漏量約140g。但實際生產單位的泄漏量遠低于國家標準。

泄漏率的單位一般是1mbar·L/s或1mbar·cm3/s，指的是在1升容積的密閉真空容器內，壓力每秒升高1mbar;或者是在正壓的情況下，每秒下降1mbar。根據氣體的狀態方程（2.1），則可計算出氣體的泄漏量：

lt;E：＼123456＼中小企業管理與科技·上旬刊201510＼1-297＼190-1.jpggt; （2.1）

其中：R=83.14mbar·l/mol·k;T=298.15 K（25℃時熱力學溫標）;M=146.05g/mole（SF6摩爾質量）;Δm：質量單位為g;Δt：時間單位為s。

當SF6年泄漏量在0.5%時，SF6氣體的泄漏率計算方案如下：

lt;E：＼123456＼中小企業管理與科技·上旬刊201510＼1-297＼190-2.jpggt;lt;E：＼123456＼中小企業管理與科技·上旬刊201510＼1-297＼190-2.jpggt;

因采用包扎檢漏，泄漏總容積不大于10L，5小時后檢漏濃度約在15ppm時，該密封面的5小時泄漏量如下：

lt;E：＼123456＼中小企業管理與科技·上旬刊201510＼1-297＼190-3.jpggt;

lt;E：＼123456＼中小企業管理與科技·上旬刊201510＼1-297＼190-3.jpggt;

lt;E：＼123456＼中小企業管理與科技·上旬刊201510＼1-297＼190-3.jpggt;

該密封面的年泄漏量為：

lt;E：＼123456＼中小企業管理與科技·上旬刊201510＼1-297＼190-4.jpggt;

該密封面的泄漏率為：

lt;E：＼123456＼中小企業管理與科技·上旬刊201510＼1-297＼190-5.jpggt;

lt;E：＼123456＼中小企業管理與科技·上旬刊201510＼1-297＼190-5.jpggt;

注意，本計算方案考慮包扎后的體積為10L，但實際留存空間因包扎緊密，可能會遠小于10L，實際的泄漏量會更小。參與實際情況與計算結果對比，該密封面的實際泄漏量小于國標2～3個數量級。通常GIS母線每4到5節一個氣室，每個氣室的密封面考慮支撐絕緣子、分子篩孔，手孔等處的密封面，一般一個氣室的密封面在15～20個左右，氣室的總泄漏量仍小于國標1～2個數量級。

表2.1描述了容器內真空環境時，漏孔與漏率的參數對應關系。根據表中參數，當容器外殼有0.01mm的漏孔時，容器內部真空，容器外部一標準大氣壓，則漏孔的漏率為1x10-2 mbar·l·s-1。比照此參數表，可方便對漏孔有個直觀的印象。因表2.1的漏率值按真空環境計算，正壓時僅可參照。

表2.1 "漏孔參數表

[孔徑＼amp;漏率（mbar·l·s-1）＼amp;備注＼amp;0.1 mm

0.01mm

1.0μm

0.1μm

0.01μm＼amp;1

1x10-2

1x10-4

1x10-6

1x10-8＼amp;

防水

防菌

防病毒

＼amp;]

3 新材料選用

3.1 現有材料

目前，丁晴橡膠及聚四氟乙烯是常見的密封材料，具有高度的化學穩定性，不易腐蝕，可在-190-250℃間，-0.1～6.4MPa間正常工作。但作為靜密封材料，它在高強度擠壓或長時間連續載荷后發生塑性變形，影響非常致命。在有交變載荷下（如壓縮機連接部位等），螺紋預緊力在振動的作用下失效，密封面無彈性恢復而失去作用。

3.2 新材料

膨脹聚四氟乙烯（Expanded PTFE）是美國杜邦公司為解決螺紋接頭的密封問題而專門研制的。膨脹聚四氟乙烯保留了普通聚四氟乙烯的化學穩定性，同時克服了普通聚四氟乙烯部分缺點，如硬度過硬、恢復性差、熱膨脹系數大等，具有高度可壓縮性、抗堿腐蝕性和抗老化性。

膨脹聚四氟乙烯具有優異的密封性能，由其制成的密封件可穩定工作在-216～320℃之間，可承受低于20MPa的工作壓力，具有良好的耐冷流性，是高寒地區理想的密封材料，使用壽命是普通橡膠的7倍以上。

膨脹聚四氟乙烯具有高可壓縮性，可消除密封面上因機械原因產生的各種劃痕、縫隙，有試驗證明，將膨脹聚四氟乙烯剪成

半環型后，搭接面經壓縮變形后，即可形成有效密封。使用新材料做試驗，密封面的泄漏率極低，成本控制較好，是較理想的密封材料。

4 展望

合理選用密封等級非常重要。密封等級不夠，會造成容器內介質流失，造成生產損失，嚴重的可能會引起火災、爆炸等危險;密封等級過高，又會使密封材料過于昂貴、密封型式過于復雜，最終生產成本過高，影響企業發展。壓力容器都存在一定的泄漏量，但容器的泄漏率都必須限定在容許的范圍內，不得影響系統的運行與安全。近幾年，電力行業快速發展，合理設置密封等級，合理選用密封材料與密封型式，優化工業設計，降低生產成本，會對本行業的發展產生積極意義。

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