СПОСОБ РЕГЕНЕРАЦИИ ОТРАБОТАННЫХ ПРОМЫШЛЕННЫХ МАСЕЛ И УСТАНОВКА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2002 года по МПК C10M175/02 B01D36/00 

Группа изобретений относится к области физико-химической технологии обработки жидкостей, в частности к способам и установкам для очистки и регенерации трансформаторных, турбинных, индустриальных и моторных масел, и может быть использована в различных отраслях промышленности.

Известен способ регенерации трансформаторного масла и устройство для его осуществления (RU 2071972, С 10 М 175/02,1997) [1], в котором фильтрацию осуществляют через анизотропную фильтровальную мембранную перегородку с размером пор не более 5 мкм при взаимно перпендикулярном направлении потоков неочищенного и очищенного масла, а при вакуумной сушке и дегазации область вакуума распределяют по всей фильтровальной поверхности со стороны очищенного масла. К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного способа, относится то, что известный способ не позволяет осуществлять очистку и получать масло с высокими электроизоляционными свойствами, так как не достигается высокая степень очистки масла от механических примесей, как указано в патенте [1] - 5 мкм, и от посторонних жидкостей и газов в виду отсутствия полного вакуума.

Известно устройство (по выше указанному патенту), содержащее питающий насос, фильтр, циркуляционный насос, вакуумный узел с камерой, вакуум-насосом, а также трубопроводы, манометры и вентили, при этом фильтр выполнен в виде пучка трубчатых анизотропных мембран с размером пор не более 5 мкм и размещен в камере вакуумного узла, при этом выход неочищенного масла из пучка трубчатых анизотропных мембран соединен с входом фильтра через регулирующий вентиль с манометром. К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного устройства, относят то, что известное устройство является громоздким стационарным агрегатом с низкой удельной производительностью, как указано в патенте -1200 л/час.

Известен способ регенерации отработанных нефтяных масел (RU 2109037, С 10 М 175/02,1998) [2], в котором отработанное нефтяное масло смешивают с адсорбентом (силикагелем) с последующим его отделением от масла фильтрацией под вакуумом, количество адсорбента составляет 5-20 мас.% в расчете на регенерируемое масло, а процесс адсорбции ведут при 120-125^oС и постоянном перемешивании в течении 3-4 часов, причем процесс отделения отработанного адсорбента и примесей ведут в три этапа. К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного способа, относят то, что в известном способе адсорбент не полностью удаляет растворенную в масле воду и совсем не удаляет растворенные газы и посторонние жидкости органического происхождения. Так как в нагретом масле активизируются обратные процессы растворения газов и влаги, горячее масло переходит в режим форсированного окисления (начиная с 60^oС скорость окисления возрастает вдвое и при дальнейшем повышении температуры на каждые 10^oС удваивается), катализатором которого является адсорбер, так как при нагреве адсорбент выделяет поглощенную влагу обратно в масло, стимулируя тем самым процесс старение масла. При таком способе происходит недостаточная очистка масла от растворенных жидкостей, и совсем не удаляются из масла растворенные газы, которые сильно влияют на его кислотность (особенно кислород), а в нагретом масле активизируются обратные процессы растворения газов и влаги, что не позволяет полностью регенерировать масло. Кроме того, наличие механических примесей на уровне 8 мкм требует дополнительных затрат на регенерацию и последующее использование адсорбента, что ведет к потерям 20% исходного масла.

Известен способ очистки отработанного минерального масла" (RU 2112018, С 10 М 175/02,1996) [3], в котором отработанное минеральное масло, в частности трансформаторное, очищают нагреванием до 70-100^oС, смешиванием с сорбентом - отходами биомассы производства антибиотиков пенициллинового ряда в количестве 3-15 мас.%, выдерживанием смеси при достигнутой температуре в течение 0,5-5,0 часов и отделением масла. К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного способа относят то, что при этом способе отсутствуют влаго- и газоотделение в масле. Известно, что эти физико-химические показатели формируют электроизоляционные свойства трансформаторных масел. После этого способа очистки трансформаторное масло не является конечным продуктом для заливки в высоковольтное оборудование.

Наиболее близким способом того же назначения к заявленному способу в группе изобретений по совокупности признаков является способ регенерации отработанных промышленных масел и установка для его осуществления (RU 2142980, С 10 М 175/02, 1999) [4], в котором регенерацию промышленного масла ведут путем ступенчатого фильтрования с последующей ультрафильтрацией, причем после фильтра предварительной очистки масло впрыскивают под давлением в емкость-дегазатор, в которой предварительно создают вакуум и обрабатывают им масло до появления кавитационных пузырьков, а образующиеся при этом пары и газы отводят в конденсатор-отделитель паров, затем масло возвращают с выхода на вход емкости-дегазатора, далее проводят ультрафильтрацию и удаляют при этом химически связанные молекулы газов и низкомолекулярные органические кислоты.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного способа, принятого за прототип, относится то, что недостаточно эффективно очищается масло за один проход через установку, т.е. для достижения требуемого технического результата необходимо пропустить масло через установку несколько раз, что не позволяет повысить производительность устройства, составляющую 1000 л/час. Кроме того, невозможно снизить общее влагосодержание, т.е. получить этот показатель ниже 0,02 мг КОН/г масла по причине ограничения процесса кавитации вакуумом с глубиной 1•10^-2 Па. Высокое влагосодержание снижает такие показатели электроизоляционных свойств, как пробивное напряжение (Кв) и тангенс угла диэлектрических потерь (δ,%).

Наиболее близким устройством того же назначения к заявленному устройству в группе изобретений по совокупности признаков является устройство с вышеуказанным названием [4] , включающее входной масляный насос, соединенный с фильтром предварительной очистки и вентилем, а также устройство ультрафильтрации, емкость-дегазатор с входным и выходными патрубками, дополнительно выходным масляным и вакуумным насосами, входным и выходным обратными клапанами, распределителем и конденсатором-отделителем паров, причем входной патрубок емкости-дегазатора подключен к входному масляному насосу через входной обратный клапан, при этом первый выходной патрубок емкости-дегазатора подключен к входному патрубку через выходной масляный насос, распределитель и к выходному обратному клапану через выходной масляный насос, распределитель, устройство ультрафильтрации, а второй выходной патрубок емкости-дегазатора подключен к вакуум-насосу через конденсатор-отделитель паров. К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного устройства, принятого за прототип, относится невозможность вакуумировать внешние объекты, например маслонаполненные высоковольтные трансформаторы, которые должны быть герметичны и иметь внутреннее отрицательное давление, т.е. вакуум порядка - 0,4 кгс/см², который показывает герметичность и работоспособность высоковольтного трансформатора, а также к недостаткам относится отсутствие внутренней постоянной рециркуляции масла, что влияет на качество и скорость очистки.

Единая задача, на решение которой направлена заявляемая группа изобретений, состоит в устранении перечисленных выше недостатков, то есть в повышении качества очистки за счет ускорения процессов кавитации и повышения скорости очистки масла от растворенных в масле газов и молекулярно связанных посторонних жидкостей и снижении кислотности очищенного масла.

Единый технический результат при осуществлении группы изобретений состоит в повышении качества очистки отработанных промышленных масел с получением высоких показателей очистки масла, а именно:
а) снижении общего влагосодержания, снижении кислотности, повышении пробивного напряжения, снижении тангенса угла диэлектрических потерь;
б) увеличении производительности установки.

Указанный технический результат по пункту "а" достигается тем, что отработанное масло обрабатывается вакуумом в двух емкостях-дегазаторах с подогревом и ультразвуковым воздействием с постоянной рециркуляцией через фильтр предварительной очистки, что приводит к ускорению процесса кавитации в масле и, как следствие, уменьшению общего влаго- и газосодержания, снижению кислотности, что влечет за собой повышение электроизоляционных свойств, например трансформаторного масла.

Указанный технический результат по пункту "б" достигается тем, что отработанное масло проходит по установке непрерывным потоком, что резко увеличивает производительность установки без потери качества очистки.

Указанный единый технический результат при осуществлении группы изобретений по объекту-способу достигается тем, что в известном способе регенерации отработанных промышленных масел путем ступенчатого фильтрования через фильтроматериалы, имеющие различную степень фильтрования, с последующей ультрафильтрацией масло обрабатывают вакуумом в емкости-дегазаторе, куда впрыскивают под давлением масло до появления кавитационных пузырьков.

Особенность способа заключается в том, что масло подают через вторую емкость-дегазатор в первую, в которой также предварительно создают и поддерживают вакуум, при этом масло нагревают в обеих емкостях и циркуляционным насосом под давлением возвращают обратно в первую и вторую емкости, образующиеся при этом пары и газы в обеих емкостях отводят в конденсатор-отделитель паров, одновременно масло подвергают ультразвуковому воздействию в обеих емкостях, при этом в первой емкости-дегазаторе масло смешивают в режиме непрерывной рециркуляции с очищенным, часть которого, фильтруясь, поступает во вторую емкость-дегазатор, в которой его накапливают и затем возвращают с выхода второй емкости-дегазатора на входы первой и второй емкостей для осуществления рециркуляции, причем в первой емкости-дегазаторе накапливают очищенное масло и затем подвергают его ультрафильтрации.

Указанный единый технический результат при осуществлении группы изобретений по объекту-устройству достигается следующим образом. В известном устройстве-установке для регенерации отработанных промышленных масел, включающем входной вентиль, входной фильтр предварительной очистки, а также выходной обратный клапан, емкость-дегазатор с входным и выходными патрубками, при этом первый выходной патрубок емкости-дегазатора подключен к выходному обратному клапану через выходной масляный насос, распределитель, устройство ультрафильтрации, а второй выходной патрубок подключен к вакуум-насосу через конденсатор-отделитель паров. Особенность установки заключается в том, что она дополнительно снабжена циркуляционным насосом, промежуточным фильтром тонкой очистки, регулятором уровня, второй емкостью-дегазатором с входными и выходными патрубками, в которой один из выходных патрубков подключен к входным патрубкам этой же емкости-дегазатора и первой емкости-дегазатора через циркуляционный насос и промежуточный фильтр тонкой очистки, а другой выходной патрубок соединен с вакуум-насосом через конденсатор-отделитель паров, при этом ее другой входной патрубок соединен с входным вентилем через фильтр предварительной очистки через и регулятор уровня, причем выходной патрубок первой емкости-дегазатора соединен с входными патрубками этой же и второй емкостей-дегазаторов через выходной масляный насос, распределитель и промежуточный фильтр тонкой очистки, при этом обе емкости-дегазаторы снабжены внешними подогревателями и устройствами акустических колебаний.

Особенность установки заключается также и в том, что выходной обратный клапан выполнен совместно с выходным вентилем, а исполнительный механизм регулятора уровня выполнен в виде электромагнитного клапана, при этом внешние подогреватели выполнены в виде гибких ленточных унифицированных элементов, а устройства акустических колебаний - в виде излучателей ультразвуковых колебаний.

На чертеже представлена принципиальная схема установки для регенерации промышленных масел.

Установка для регенерации минеральных масел содержит входной вентиль 1, входной фильтр предварительной очистки (60 мкм) 2, регенерируемый из титановых гранул, электромагнитный клапан 3, циркуляционный маслонасос 4, промежуточный фильтр тонкой очистки (5 мкм) 5, регенерируемый из титановых гранул, выходной маслонасос 6, первую емкость-дегазатор 7, вторую емкость-дегазатор 8, конденсатор-отделитель масляных паров 9, вакуумный насос 10, распределитель - L-образный коммутационный вентиль 11, выходной фильтр ультратонкой фильтрации (1 мкм) 12, выходной адсорбционный фильтр 13, емкость подачи присадок 14, выходной вентиль с обратным клапаном 15, внешний подогреватель 16 первой и второй емкостей дегазаторов, устройство акустических колебаний 17 в каждой емкости-дегазаторе. Устройство ультрафильтрации состоит из выходного фильтра ультратонкой фильтрации (1 мкм) 12 и выходного адсорбционного фильтра 13.

Заявленный способ заключается в том, что масло после входного фильтра предварительной очистки (60 мкм) 2 поступает во вторую емкость-дегазатор 8, корпус которой подогревают до 60^oС внешним подогревателем 16. Промышленностью выпускаются нагреватели модели "Элемент нагревательный, гибкий ленточный унифицированный типа ЭНГЛУ 400". Во второй емкости-дегазаторе 8 предварительно создают вакуум величиной 5•10^-2 Па и обрабатывают им масло до появления кавитационных пузырьков, для ускорения процесса кавитации в объеме масла создают акустические колебания частотой порядка 5 МГц с помощью устройства 17. Промышленностью выпускаются устройства акустических колебаний в диапазоне ультразвука средних частот модели "УЗИ-1,5-5". При этом растворенные в масле газы и посторонние жидкости переходят в паровую фазу и откачиваются вакуумным насосом 10 через конденсатор-отделитель паров 9 в атмосферу, далее масло циркуляционным маслонасосом 4 из второй емкости дегазатора 8 выкачивается и под давлением 10 кг/см² через промежуточный фильтр тонкой очистки 5 впрыскивают в первую емкость-дегазатор 7 и во вторую емкость-дегазатор 8, корпус которой подогревают до 60^oС внешним подогревателем 16 и в которой предварительно создают вакуум величиной 5•10^-2 Па и обрабатывают им масло до появления кавитационных пузырьков. Для ускорения процесса кавитации в объеме масла создают акустические колебания частотой порядка 5 МГц с помощью устройства 17, при этом растворенные в масле газы и посторонние жидкости переходят в паровую фазу и откачиваются вакуумным насосом 10 через конденсатор-отделитель паров 9 в атмосферу, при этом удаляются из масла вода, посторонние жидкости и растворенные газы, затем при необходимости масло возвращают с помощью L-образного коммутационного вентиля 11 с выхода первой емкости-дегазатора 7 на вход промежуточного фильтра тонкой очистки 5 и для более глубокой вакуумной обработки впрыскивают в первую 7 и вторую 8 емкости-дегазаторы, где масло при обработке постоянно находится под вакуумной "шапкой", далее проводят ультрафильтрацию на фильтре тонкой очистки 12 от механических примесей (более 1 мкм) при давлении 10 кг/см² и удаляют химически связанные молекулы газов и низкомолекулярные органические кислоты на адсорбционном фильтре 13 при давлении 10 кг/см² и скорости потока 50 л/мин.

Возможность осуществления каждого объекта заявленной группы изобретений с получением указанного технического результата можно подтвердить на примере работы установки по очистке трансформаторного масла, находящегося в высоковольтном понижающем трансформаторе.

Установка работает следующим образом.

С помощью гибких резиновых шлангов вход установки соединяется с выходным патрубком трансформатора, а выход установки с входным патрубком трансформатора. Создается замкнутая гидравлическая система "трансформатор-установка-трансформатор", работающая в режиме так называемой "внешней циркуляции" (описан ниже).

Коммутационный вентиль 11 дает возможность переключать режимы эксплуатации установки:
1-й режим - подача масла выходным масляным насосом 6 на вход промежуточного фильтра тонкой очистки 5, и далее распыление в емкостях-дегазаторах параллельно по "внутренней рециркуляции".

2-й режим - подача масла выходным масляным насосом 6 через фильтр ультратонкой очистки 12, адсорбционный фильтр 13 через выходной вентиль с обратным клапаном 15 в маслонаполненное оборудование - "внешняя циркуляция".

Одновременно, независимо от того, в каком режиме работает установка, постоянно осуществляется подача масла циркуляционным масляным насосом 4 на вход промежуточного фильтра тонкой очистки 5, и далее распыление в емкостях-дегазаторах параллельно по "внутренней рециркуляции".

Открытием входного вентиля 1 и выходного вентиля 15 и включением коммутационного вентиля 11 запускаем 2-й режим - "внешняя циркуляция". Установка переводится на автоматический режим работы.

Включается вакуумный насос 10, который в течение 5 минут до начала обработки масла в обеих емкостях-дегазаторах создает вакуумное разрежение с величиной 5х10^-2Па и далее продолжает работать в течение всего времени работы установки, при этом начинается всасывание масла из трансформатора через входной фильтр предварительной очистки 2 и электромагнитный клапан 3 во вторую емкость-дегазатор 8.

Включается циркуляционный маслонасос 4 и осуществляется подача масла из второй емкости-дегазатора 8 на вход промежуточного фильтра тонкой очистки 5, и далее масло распыляется в емкостях-дегазаторах параллельно по "внутренней рециркуляции". Для ускорения процесса кавитации в емкостях-дегазаторах создают акустические колебания частотой порядка 5 МГц с помощью устройства 17, где под давлением порядка 10 кг/см² масло распыляется в виде паромасляного тумана, в котором масло находится в жидкой фазе, и заполняет емкости (по 150 литров каждая), а растворенные в масле газы и посторонние жидкости, находящиеся в паровой фазе, откачиваются вакуумным насосом 10 через конденсатор-отделитель паров 9 в атмосферу.

Когда вторая емкость-дегазатор 8 заполнится маслом полностью (150 литров), входной электромагнитный клапан 3 перекроет входную магистраль, поступление масла в установку прекратится и начнет поступать только при полном снижении уровня масла. Это произойдет через определенное время, в течение которого циркуляционный маслонасос 4 перекачает масло в первую емкость-дегазатор 7, входной электромагнитный клапан 3, откроет входную магистраль, и опять начнется поступление масла во вторую емкость-дегазатор 8. Одновременно с этим выходной маслонасос 6 откачивает дегазированное масло из первой емкости-дегазатора 7 и под давлением порядка 10 кг/см² подает на фильтр ультратонкой очистки 12, где задерживаются механические примеси размером более 1 мкм, далее на адсорбционный фильтр 13, где происходит удаление химически связанных молекул газов и органических кислот, приводящее к снижению величины кислотного числа масла, и затем обратно в маслонаполненное оборудование (трансформатор).

Таким образом, создается так называемая "гидравлическая следящая система", где масло поступает на очистку порциями по 150 литров со скоростью потока 150 л/мин, а уже очищенное заливается непрерывным потоком в маслонаполненное оборудование со скоростью 50 л/мин. Таким образом, обеспечивается комбинированный "порционно-непрерывный" режим очистки. В этом и заключается автоматизированная обработка масла, которая позволяет очищать большие объемы масла продолжительное время без участия обслуживающего персонала. При необходимости на выходе установки в масло вводят присадки из емкости подачи присадок 14.

Физико-химические показатели регенерации отработанных промышленных масел заявленным способом на предлагаемой установке для его осуществления представлены согласно действующим ГОСТ в таблицах 1, 2, 3.

Анализ изобретательского уровня показывает, что применение предлагаемого способа и устройства обеспечивает по сравнению с известными способами и устройствами следующие преимущества:
- более полное удаление механических примесей из промышленных масел;
- полное удаление воды и посторонних жидкостей, в том числе низкомолекулярных органических кислот за один проход через установку;
- полное удаление растворенных и молекулярно связанных газов за один проход через установку;
- сохранение присадок и возможность их ввода в масло;
- отсутствие экологических нарушений при работе установки;
- обеспечение взрыво- и пожаробезопасности установки;
- экономия масла за счет многократного использования регенерируемого масла в промышленности;
- осуществление процесса очистки в автоматическом режиме с высокой производительностью без участия обслуживающего персонала;
- достижение принципа малоотходной технологии и экологической безопасности.

Ожидаемый технико-экономический эффект от использования группы изобретений состоит в увеличении срока службы регенерируемого масла за счет неоднократного его использования, снижении затрат на очистку масла в промышленности, в возможности обрабатывать масло на установке непосредственно из оборудования по малоотходной технологии.

Группа изобретений относится к технологии регенерации отработанных промышленных масел, в частности к способам и установкам для очистки и регенерации трансформаторных, турбинных, компрессорных и прочих промышленных масел. Сущность: масло после фильтра предварительной очистки подают через вторую емкость-дегазатор, в которой создают вакуум, в первую, в которой также предварительно создают и поддерживают вакуум, при этом масло нагревают в обеих емкостях и циркуляционным насосом возвращают обратно в первую и вторую емкости через фильтр промежуточной очистки. Образующиеся при этом пары и газы в обеих емкостях отводят в конденсатор-отделитель паров, одновременно масло подвергают ультразвуковому воздействию в обеих емкостях, причем в первой емкости-дегазаторе накапливают очищенное масло и подвергают его ультрафильтрации. Затем масло подают на адсорбционный фильтр. Технический результат: повышение скорости очистки и качества получаемого продукта. 2 с. и 2 з.п. ф-лы, 1 ил., 3 табл.

1. Способ регенерации отработанных промышленных масел путем ступенчатого фильтрования через фильтроматериалы, имеющие различную степень фильтрования, с последующей ультрафильтрацией, в котором масло обрабатывают вакуумом в емкости-дегазаторе, куда впрыскивают под давлением масло до появления кавитационных пузырьков, отличающийся тем, что после фильтра предварительной очистки масло подают через вторую емкость-дегазатор в первую, в которой также предварительно создают и поддерживают вакуум, при этом масло нагревают в обеих емкостях и циркуляционным насосом под давлением возвращают обратно в первую и вторую емкости, образующиеся при этом пары и газы в обеих емкостях отводят в конденсатор-отделитель паров, одновременно масло подвергают ультразвуковому воздействию в обеих емкостях, при этом в первой емкости-дегазаторе масло смешивают в режиме непрерывной рециркуляции с очищенным, часть которого, фильтруясь, поступает во вторую емкость-дегазатор, в которой его накапливают и затем возвращают с выхода второй емкости-дегазатора на входы первой и второй емкостей для осуществления рециркуляции, причем в первой емкости-дегазаторе накапливают очищенное масло и затем подвергают его ультрафильтрации. 2. Установка для регенерации отработанных промышленных масел, включающая входной вентиль, входной фильтр предварительной очистки, а также выходной обратный клапан, емкость-дегазатор с входным и выходными патрубками, при этом первый выходной патрубок емкости-дегазатора подключен к выходному обратному клапану через выходной масляный насос, распределитель, устройство ультрафильтрации, а второй выходной патрубок подключен к вакуум-насосу через конденсатор-отделитель паров, отличающаяся тем, что она дополнительно снабжена циркуляционным насосом, промежуточным фильтром тонкой очистки, регулятором уровня, второй емкостью-дегазатором с входными и выходными патрубками, в которой один из выходных патрубков подключен к входным патрубкам этой же емкости-дегазатора и первой емкости-дегазатора через циркуляционный насос и промежуточный фильтр тонкой очистки, а другой выходной патрубок соединен с вакуум-насосом через конденсатор-отделитель паров, при этом ее другой входной патрубок соединен с входным вентилем через фильтр предварительной очистки и регулятор уровня, причем выходной патрубок первой емкости-дегазатора соединен с входными патрубками этой же и второй емкостей-дегазаторов через выходной масляный насос, распределитель и промежуточный фильтр тонкой очистки, при этом обе емкости-дегазаторы снабжены внешними подогревателями и устройствами акустических колебаний. 3. Установка по п. 2, отличающаяся тем, что выходной обратный клапан выполнен совместно с выходным вентилем, а исполнительный механизм регулятора уровня выполнен в виде электромагнитного клапана. 4. Установка по п. 2, отличающаяся тем, что внешние подогреватели выполнены в виде гибких ленточных унифицированных элементов, а устройства акустических колебаний - в виде излучателей ультразвуковых колебаний.