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用于变压器油气分离的陶瓷膜

* 来源: * 作者: * 发表时间: 2020-07-23 0:09:18 * 浏览: 20
变压器油中溶解气体分析是大型充油电力设备健康监测的重要手段。通过对变压器绝缘油中特征性故障气体的定量分析,可以及时掌握变压器的运行状态,并进行必要的维护。鉴于目前尚无直接检测油中溶解气体的方法,有效分离变压器油中溶解的故障气体是实现变压器在线实时监测的关键环节。早期使用的油气分离方法主要包括多普勒脱气法和部分脱气法。它们基本上可以实现完全脱气,但是它们需要对活塞进行真空处理,这操作繁琐并且不适合在线监控。近年来,研究最广泛的方法是聚合物膜溶解-渗透油气分离方法,该方法结构简单,性能稳定。当前,最常用的聚合物膜包括聚全氟乙烯丙烯膜(FEP),聚四氟乙烯毛细管膜(GPIOO),中空纤维复合膜和微孔聚四氟乙烯膜。但是,这些有机聚合物膜通常还具有透气性低和在线监测响应时间长的问题。油气平衡时间通常长达十小时甚至几天,无法完全满足在线监控的要求。与有机聚合物膜相比,无机膜具有耐高温,耐微生物,化学稳定性好,机械强度高,易于清洗和再生,孔径分布集中的优点。它们已应用于液体分离领域,例如食品和药品。代表性的是陶瓷膜。并且随着陶瓷膜制备工艺的改进,其过滤孔径可以达到30nm或更小,成为有机高分子膜的有力竞争者。国内外在变压器油气分离领域中也有将其与有机聚合物膜结合的相关研究,但没有单独使用陶瓷膜进行油气分离的研究工作。作者提出了仅将陶瓷膜用于油气分离的想法,设计基于陶瓷膜的油气分离膜模块,并对该模块的典型故障气体CzH进行了测试。将脱气性能与传统有机膜进行了比较。传统的有机膜油气分离机理可以通过溶解扩散模型来描述。如图1所示,膜的一侧直接与变压器油接触,另一侧是隔离的小气室。两侧的气体分子均被加热。运动逐渐趋于平衡。平衡后,气相中气体的体积分数与油中溶解气体的体积分数之间存在一定的换算关系。因此,可以通过测量气室中气体的体积分数来计算油中溶解气体的浓度。这种结构比较简单。只要将膜固定在在线监控中,就可以在长期运行中轻松实现稳定可靠的性能。它比其他油气分离方法更简单。然而,传统的有机膜通常具有致命的缺点-平衡时间相对较长。 。与传统的有机膜不同,作者使用的微孔陶瓷膜是一种“错流过滤”形式的流体分离过程:变压器油在膜管中高速流动,而在膜管外部是隔离的小气室。陶瓷膜的横截面如图2所示。它是一个多通道的管状结构,具有密集的微孔。陶瓷膜的油气分离过程主要依靠气体分子的热运动来逐渐平衡油内部和外部的气体浓度。不同之处在于,变压器油将在膜管流动期间产生内部压力,该内部压力由垂直方向的压力驱动。方向向外渗透,在渗透过程中,油压逐渐降低,导致溶解在其中的故障气体的溶解度降低,这使得气体分子更容易逸出并缩短了平衡所需的时间。另外,与传统的有机膜末端过滤形式相比,这种过滤形式极大地增加了过滤面积,并且还使得更容易达到较短的平衡时间。最终结果是,含有大分子成分的变压器油被膜分离层所拦截,小分子气体通过陶瓷膜管壁被分离,从而达到油气分离的目的。陶瓷滤芯陶瓷膜陶瓷膜过滤器