ВЛИЯНИЕ ВЛАЖНОСТИ ИЗОЛЯЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ НА КАЧЕСТВО ЭЛЕГАЗА В АППАРАТЕ

Если влагосодержание задано абсолютной влажностью А, г/м³, то

Q = АV.

Расчет влагосодержания изоляционных материалов

Масса воды в изоляционном материале, г, при условии его полного насыщения, может быть подсчитана как произведение массы изоляци­онного материала q_к, кг, на его предельное влагосодержание , %-масс.

Q = (q_к –  /100)1000 = 10 q_к.









Предельное влагосодержание некоторых изоляционных материалов, полученное экспериментально, приведено в табл. 4.3.

Если изоляционный материал равномерно пропитан водой при отно­сительной влажности В, то масса воды в нем будет равна

Q = 10 Вq_к.

Однако поскольку диффузионный процесс в твердом материале про­текает очень медленно, для реальных изоляторов необходимо учиты­вать нелинейность распределения концентрации воды по толщине изо­лятора и динамику этого процесса.

Концепция нелинейного распределения влаги в изоляционном материале

Диффузия вещества через твердый материал описывается вторым за­коном Фика, который связывает первую производную концентрации по времени со второй производной концентрации по расстоянию через ко­эффициент диффузии D

дС /дt = D д²C /дx². (4.9)

Решение этого уравнения позволяет рассчитать распределение кон­центрации как функцию времени и толщины слоя твердого материала. Для удобства расчета вводится понятие нормализованного времени [4.11]

 = Dt /d ². (4.10)

где d — половина толщины твердого материала, см; t — время, с.

Расчет выполняется с привлечением графика относительной инте­гральной адсорбции как функции нормализованного времени (рис. 4.2).

Интегральная адсорбция a вне зависимости от распределения — это общее количество воды в твердом материале, выраженное в объемных единицах, см³ H₂O/ см³ полимера, т.е. обобщенное влагосодержание

a = [(m – m₀) /] /[m₀ /_п], (4.11)

где _п и — плотность полимера и воды; m₀ и m — масса полимера до и после адсорбции воды. Относительная интегральная адсорбция (безразмерная величина) — отношение интегральной адсорбции a к ее предельному значению a_s.

Распределение вещества в твердом материале зависит от времени, концентрации воды у поверхности полимера и толщины твердого мате­риала (рис. 4.3). Из приведенных рисунков следует, что при поглощении половины возможного количества вещества нормализованное время равно 0,6, а все количество вещества поглощается за время, соответст­вующее  = 10.

Используя этот метод, можно рассчитать относительную интеграль­ную адсорбцию (относительное интегральное влагосодержание) изоля­ционных материалов a/a_s (рис. 4.2) в зависимости от времени и от усло­вий хранения изоляторов и количество воды в них

Q =10 В(a /a_s)q_к. (4.12)

Пример 4.2. Определить время достижения равномерного распределения воды в слое изолятора толщиной 0,5; 1 и 4 см. Коэффициент диффузии принять равным 2ж10–⁹ см²/с (по данным [4.11]).

Полному насыщению изолятора соответствует  = 10. Из уравнения (4.10)

t = d ² /D.

Значение d по определению — половина толщины. Тогда

для 2 d = 0,5 t = [10(0,5/2)²] /[ж2ж10–⁹ж3600ж24ж365] = 3 года

для 2 d = 1 t = 12,6 лет

для 2 d = 4 t = 200 лет

Пример 4.3. Определить относительную интегральную адсорбцию изоляционного ма­териала толщиной 2 см (D = 2ж10–⁹) за 0,5, 10, 20 и 30 лет.

Определяем нормализованное время (уравнение 4.10):

За 0,5 лет  = ж2ж10–⁹ж3600ж24ж365ж0,5 /(2/2)² =  0,1

10 1,98

20 3,96

30 5,94

Из рис. 4.2 находим насыщение изоляционного материала от максимально возможного, %, для полученных значений нормализованного времени

 a /a_s

0,1 20

1,98 80

3,96 95

5,94 97

Пример 4.4. Определить влагосодержание изоляторов из КФ-4 толщиной 0,5, 1, 2 и 4 см при хранении их в течение 6 месяцев в хранилище с относительной влажностью 40 % (B = 0,4).

Находим  и по графику (рис. 4.2) a/a_s.

Для 0,5 см  = ж2ж10–⁹ж0,5ж3600ж24ж365 /(0,5/2)² = 1,6  a/a_s = 0,7

1 0,4 0,4

2 0,1 0,2

4 0,025 0,1

Предельное влагосодержание КФ-4 (табл. 4.3) составляет 0,46 г Н₂О на 100 г компаунда. При 40 %-ной относительной влажности равновесное влагосодержа­ние составило бы 0,46ж0,4 г Н₂О на 100 г компаунда. С учетом неравномерного распределения влагосодержание изоляторов будет равно

0,46ж0,4жa/a_s = 0,46ж0,4ж0,7 = 0,129 г Н₂О на 100 г компаунда

при его толщине 0,5 см

0,074 1 см

0,037 2 см

0,018 4 см

4.3.4. ВЛИЯНИЕ ДИФФУЗИОННЫХ ПРОЦЕССОВ
НА КАЧЕСТВО ЭЛЕГАЗА В АППАРАТЕ

Явление диффузии веществ внутрь аппарата имеет место вне зависимости от давления в аппарате, поскольку движущей силой этого процесса является химический потенциал, выражаемый в данном случае разницей концентрации (или парциального давления) какого-ли­бо компонента внутри и снаружи аппарата. А ареной действия диффу­зионных процессов является полимерный материал уплотнения [4.12]. Подготавливая аппарат к эксплуатации, мы задаемся целью снизить концентрацию примесей в аппарате, и тем самым увеличиваем разницу парциального давления для ряда веществ, присутствующих в воздухе: кислорода, азота и воды. Поэтому возникают диффузионные потоки этих веществ, направленные внутрь аппарата, в то время как диффузи­онный поток элегаза, отсутствующего в атмосферном воздухе, направ­лен в атмосферу.

Количество диффундирующего компонента Q_D, г, определяется по закону Фика [4.13]

Q_D = Pp(s /x)M /22400, (4.13)

где P — коэффициент газопроницаемости, см³жсм/(см²жМПажс); p — перепад парциального давления, МПа;  — интервал времени, с; M — молекулярная масса диффундирующего компонента; (s/x) — характе­ристика геометрических размеров уплотнения, представляющая собой

сумму отношений сечения уплотнения s, перпендикулярного диффузи­онному потоку, к длине диффузионного пути x. Рис. 4.4 поясняет опре­деление характеристики геометрических размеров уплотнения (s/x).

Коэффициенты газопроницаемости воды были экспериментально определены для ряда сортов резины [4.14], предложенных ленинград­ским отделением НИИРП для применения в элегазовом аппаратострое­нии, и для общеупотребительной резины НО-68. Коэффициенты газо­проницаемости резин по кислороду взяты как утроенные значения по азоту, представленные НИИРПом. Сводка коэффициентов газопро­ницаемости приведена в табл. 4.4. Для газопроницаемости элегаза уда­лось установить только порядок этой величины.

Перепад давления p определяется из условия работы аппарата с учетом установленных нормативов. Перепад парциального давления для кислорода — величина постоянная, практически равная парциаль­ному давлению кислорода в атмосферном воздухе.

Перепад парциального давления воды зависит от предназначения и условий эксплуатации электроаппарата. При этом элегазовое оборудо­

вание следует поделить на три группы: аппараты внутренней установ­ки, аппараты наружной установки и коммутационные аппараты, которые для краткости будем называть «выключатели», и рассматри­вать самые неблагоприятные погодные условия.

Аппарат внутренней установки находится практически в одинаковых условиях в течение всего срока эксплуатации. Температура помещения 15—25 °С и относительная влажность до 80 %. Поэтому среднее парци­альное давление воды снаружи аппарата может быть принято равным

p₂ = 26,4ж0,8 = 21,1 гПа,

где 26,4 — давление насыщенного пара воды при температуре 22 °С (см. табл. 4.6). В соответствии с нормативом температура конденсации в течение всего периода эксплуатации должна быть ниже 0 °С (об этом мы узнаем далее), а поскольку влажность элегаза в аппарате может только увеличиваться, то в начале эксплуатации — еще ниже. Примем среднее значение p₁ = 4 гПа (для температуры –5 °С). Тогда для аппара­та внутренней установки p = 21 – 4 = 17 гПа или 0,0017 МПа.

Для аппарата наружной установки диапазон температуры значительно шире и величина среднего значения зависит от климатической зоны. С учетом необходимости выбора неблагоприятных условий, а это экс­плуатация в летних и влажных условиях, примем p₂ при средней темпе­ратуре, равной +10 °С, при максимально возможной влажности (см. табл. 4.6), а p₁ — с учетом норматива при температуре, равной –10 °С (на 20 °С ниже, о чем мы узнаем далее), и определим перепад давления p = 12,3 – 2,59 = 9,7 гПа или 0,001 МПа.

Для выключателя самый неблагоприятный вариант (в плане перепа­да парциального давления воды) — это установка его в помещении (где мы приняли значение p₂ = 21,1 гПа, большее, чем для внешних усло­вий). За счет работы поглотителя парциальное давление внутри аппара­та ничтожно мало (< 0,3 гПа). Поэтому, перепад парциального давления оказывается максимальным: p = 0,0021 МПа.

Итак, для всех расчетов диффузии воды в аппарате можно принять обобщенные значения перепада парциального давления воды на уп­лотнениях:

аппарата внутренней установки	0,0017 МПа
аппарата наружной установки	0,0010 МПа
выключателя	0,0021 МПа

Подставляя молекулярную массу воды в уравнение (4.13) и учиты­вая, что расчет выполняется на год (3,1557ж10⁷ с) или несколько лет, получаем для диффузионного потока воды

Q_D = 3,1557ж10⁷PpN(s/x)18 /22400

или

Q_D = 25358,3pN(s/x), (4.14)

где N — время до конца эксплуатации (срока службы), год.

Перепад парциального давления кислорода для расчета диффузион­ного потока в выключателе (мы уже знаем, что ограничения по кисло­роду важны только для выключателя) определяем по концентрации ки­слорода в воздухе (21 %-об.)

p₂ = 1000ж0,21 = 210 гПа

и по концентрации кислорода, допустимой в выключателе — 150 ppm-масс. (об этом мы узнаем далее),

p₁ = 1000ж150ж10–⁶(22,4 /32)(Z /Z_н)(750 /760),

где поправка на сжимаемость Z /Z_н введена для согласования состояния элегаза в аппарате (p, T, Z) и состояния элегаза в нормальных условиях (0,1 МПа, 20 °С, Z_н). Таким образом, при давлении 0,6 МПа (абс) чис­ленное значение Z /Z_н равно 0,936/0,985 = 0,95, плотность (по табл. 1.5) 38,7 кг/м³ и

p₁ = 1000ж38,7ж150ж10–⁶(22,4 /32)ж0,95ж(750 /760) = 3,8 гПа

и перепад парциального давления кислорода на уплотнении

p = 210 – 3,8 = 206 гПаили0,021 МПа.

Приведем несколько типичных примеров расчета потоков в узле уп­лотнения.

Пример 4.5. Рассчитать массу воды, которая попадет в выключатель КРУЭ-110 кВ за 10 лет, если в качестве уплотнительного материала использована резина НО-68, размер ка­навки под уплотнения 48 мм (размеры, до которых будет деформировано сечение резино­вого кольца, см. рис. 4.4), общая длина уплотнений 3 м.

Коэффициент влагопроницаемости 1,3ж10–⁴ см³жсм/(см²жМПажс) (табл. 4.4).

Перепад парциального давления воды 0,0021 МПа (см. выше).

Геометрическая характеристика уплотнения (s/x) = 300ж0,4/0,8 = 150 см²/см.

Вычисляем ответ [уравнение (4.14)]:

Q_D = 25358,3ж1,3ж10–⁴ж0,0021ж10ж150 = 10,4 г.

Пример 4.6. Определить увеличение концентрации кислорода за 10 лет (условия те же, что и в предыдущем примере, но резина ИРП 1225А, плотность элегаза в выключателе 30 кг/м³, объем выключателя 0,3 м³).

Газопроницаемость по кислороду 2,4ж10–⁸ см³жсм/(см²жМПажс) (табл. 4.4).

Перепад парциального давления кислорода 0,021 МПа.

Сумма геометрических характеристик уплотнения 150 см²/см.

Определяем массу диффузионного кислорода по уравнению (4.13):

Q_D = 2,4ж10–⁸ж0,0021ж10ж3,1557ж10⁷ж150ж32/22400 = 0,034 г.

Масса элегаза в аппарате m = V = 30ж0,3 = 9 кг.

Прибавка концентрации составит (0,034/9000)ж10⁶ = 3,8 ppm-масс. (допусти­мое значение 10 ppm-масс. в соответствии с установленным далее нормативом).

Пример 4.7. Рассчитать диффузионную потерю элегаза за 1 год (условия те же).

Давление в выключателе при плотности 30 кг/м³ около 0,48 МПа при темпе­ратуре 20 °С.

По уравнению (4.13)

Q_D = 10–⁸ж0,48ж1ж3,1557ж10⁷ж150ж146/22400 = 0,15 г

или (0,15 /9000)ж100 = 1,6ж10–³ % от общей массы.

4.3.5. СВОЙСТВА АДСОРБЕНТОВ

Исследование адсорбционных характеристик ряда адсорбен­тов (силикагеля, алюмогеля, цеолита) было необходимо для обоснован­ного выбора материала для удаления воды и продуктов разложения эле­газа. Выбор был сделан однозначно в пользу цеолита из-за максималь­ной емкости по воде при малой относительной влажности (характерные условия работы электроаппарата) и способности к хемосорбции, необ­ратимому поглощению продуктов разложения.

Изотермы адсорбции цеолита NaX по воде a_NaX, г на г NaX, для удобства использования в расчетах выражены уравнениями во всем диа­пазоне относительной влажности (p/p_s) и в рабочем диапазоне темпера­туры от –40 до +60 °С:

a_NaX = 0,81 [еxp (–1,35ж10–⁵T ²)] /[2,1431 + 0,0013 /(p/p_s)] (4.15)

для p/p_s < 0,0227;

a_NaX = (p/p_s)^0,2081ж0,81 еxp (–1,35ж10–⁵T ²) (4.16)

для p/p_s > 0,0227,

где T — температура, К.

Адсорбционная емкость синтетического цеолита NaX по четырех­фтористой сере представлена в табл. 4.5. Адсорбционная емкость про­каленного цеолита по четырехфтористой сере составляет 10,5 %, а по­сле пребывания в атмосферном воздухе в течение получаса — 8,1 %. Как видим, адсорбционная емкость на продукты разложения падает с увлажнением. Поэтому, продолжительность контакта прокаленного це­олита с воздухом строго регламентируется: не более получаса от момен­та вскрытия герметичной емкости с прокаленным цеолитом до начала вакуумирования полностью собранного аппарата.

Некоторым неудобством цеолита является необходимость его акти­вировать при температуре выше 350 °С. Исследования показали, что оп­тимальной температурой прокалки является температура 375 °С, несмотря на то, что в ТУ на цеолит рекомендуется более высокая тем­пература. Действительно, удаление воды из цеолита проходит полнее при более высокой температуре, но при этом происходит необратимое изменение структуры цеолита, что в конечном счете приводит к безвоз­вратной потере адсорбционной емкости. В особой степени это относит­ся к адсорбции продуктов разложения. Поэтому прокаливание следует выполнять при 370  10 °С в течение 3,5 ч на противне в слое толщиной не более 3 см.

Ни силикагели, ни алюмогели не могут конкурировать по совокупно­сти свойств с синтетическим цеолитом. И тот, и другой обладают высо­кими абсорбционными характеристиками по воде при высокой относи­тельной влажности, что не всегда применимо к электроаппаратам, а в части абсорбции продуктов разложения — адсорбционная активность алюмогеля невелика, а силикагель за счет химической реакции явится источником нового химического соединения — четырехфтористого кремния.

4.4. ФОРМИРОВАНИЕ НОРМАТИВОВ КАЧЕСТВА ЭЛЕГАЗА В ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИИ

Итак, надлежит определить значения четырех нормативов: это — температура конденсации примесей в элегазе, содержание шес­тифтористой серы, концентрация кислорода и содержание продуктов разложения. Наиболее правильным подходом к решению вопроса было бы определение степени влияния каждой из примесей, определяющих существо этих нормативов, на электротехнические и физико-химиче­ские параметры аппарата и на этой основе выбор такого значения, кото­рое, с одной стороны технически достижимо и может быть проконтро­лировано имеющимися средствами контроля и с другой стороны — не приведет к ухудшению работоспособности аппарата. Несомненно, что для всех видов примесей должна существовать общая тенденция: к сни­жению их концентрации.

ТЕМПЕРАТУРА КОНДЕНСАЦИИ

Условия для выпадения росы или инея возникают при достижении в газовой фазе концентрации насыщенного пара воды за счет снижения температуры. Соотношения между параметрами влажности и темпера­турой задаются гигрометрической таблицей (табл. 4.6). Это фактически табличные значения кривой насыщения воды (давление — температу­ра), дополненные расчетными данными по концентрации в различных выражениях.

Парциальное давление воды, гПа, над чистой водой описывается уравнением

lg = А – В/(t + C), (4.17а)

где

А = 8,18363, В = 1729,9875, С = 233,856 для t > 0 °С;

А = 10,6597, В = 2716,9306, С = 275,169 для t < 0 °С.

Уравнение для диапазона температуры от 0,01 до 100 °С дано в [1.33].

Абсолютная влажность газа, г/м³, над чистой водой описывается уравнением

lg A_t = А – В /(t + C), (4.17б)

где

А = 8,0528, В = 1729,9875, С = 233,856 для t > 0 °С;

А = 10,5296, В = 2716,9306, С = 275,169 для t < 0 °С.

Под температурой конденсации понимается температура, при ко­торой в газе в имеющихся условиях начинается выпадение конденсата.

Точка росы — это температура конденсации этого газа при нормаль­ном давлении (1013 гПа). Практически все решения вопросов, связан­ных с влажностью требуют обращения к гигрометрической таблице. Поэтому приведем несколько примеров работы с ней.

Пример 4.8. Определить точку росы элегаза, находящегося при атмосферном давлении при температуре 20 °С, если концентрация воды в нем равна 14 г/м³.

Находим строчку в таблице со значением концентрации, близкой к 14 г/м³. Против температуры 17 °С — 14,33 г/м³. Это и есть искомое значение. Более точно оно может быть найдено интерполяцией (+ 16,63 °С).

Пример 4.9. Определить температуру конденсации газа, находящегося при давлении 0,4 МПа (абсолютных) при температуре 20 °С, если концентрация воды в нем составляет 152 ppm по массе.

Заметим, что концентрация в выражении в миллионных долях не зависит от давления. Если для элегаза концентрация составляет 152 ppm-масс., то по табли­це можно найти остальные параметры для газа при температуре 20 °С и давлении 1013 гПа. Это — строчка с температурой –18 °С (0,992 г/м³). Но для искомого случая элегаз сжат в четыре раза (до давления 0,4 МПа). Следовательно, его аб­солютная влажность составит 0,992ж4 = 3,97 г/м³, что соответствует температуре — 2 °С. Таким образом, точка росы элегаза равна –18 °С, температура конденса­ции равна –2 °С. (Заметим, если этот элегаз сжать до давления 1 МПа, то при той же точке росы температура конденсации в нем поднялась бы до + 11 °С).

Пример 4.10. Определить температуру конденсации газа при давлении 0,5 МПа (из­быточных) и температуре 20 °С, если точка росы составляет –10 °С.

Точке росы –10 °С соответствует давление насыщенного пара 2,59 гПа. Под давлением 0,5 МПа (избыточных) элегаз сжат в шесть раз (0,6 МПа абсолют­ных) по сравнению с нормальным. Следовательно, при сжатии возрастет и пар­циальное давление воды до 2,59ж6 = 15,54 гПа, что соответствует температуре конденсации +13,5 °С.

Пример 4.11. Элегаз с плотностью 30 кг/м³ имеет точку росы –25 °С. Определить тем­пературу конденсации.

При давлении 1013 гПа и температуре 20 °С — условиях, соответствующих точке росы по определению — элегаз имеет плотность 6,166 кг/м³. Точке росы –25 °С соответствует абсолютная влажность 0,467 г в м³ аппарата. В реальных условиях абсолютная влажность в аппарате равна 0,467 (30/6,166) = 2,27 г/м³.

По таблице это значение абсолютной влажности соответствует температу­ре –8 °С.

Пример 4.12. Элегаз (давление 0,3 МПа абс. при температуре –10 °С) имеет влаж­ность 1 г/м³. Определить температуру конденсации и точку росы элегаза.

Температура конденсации определяется сразу по указанному значению влажности: значению 1 г/м³ по таблице соответствует температура –17 °С (заме­тим, вне зависимости от температуры и давления, при которых находится эле­газ). Для определения точки росы (т.е. температуры конденсации при температу­ре 20 °С и давлении 1013 МПа) необходимо выполнить приведение к этим пара­метрам. К температуре 20 °С приведем через плотность (см. табл. 1.5). При тем­пературе –10 °С и давлении 0,3 МПа плотность элегаза составляет 21,26 кг/м³. При температуре 20 °С эта плотность соответствует давлению 0,334 МПа. При разжатии элегаза до нормального давления концентрация влаги уменьшится до 0,1 /0,334 = 0,294 г/м³. Этой абсолютной влажности соответствует температу­ра –29,5 °С. Итак, температура конденсации равна –17 °С, а точка росы –29,5 °С.

Как уже отмечалось, конденсация в высоковольтном элегазовом ап­парате (если она не обусловлена конденсацией самой шестифтористой серы) определяется наличием, главным образом, воды. Источники попа­дания воды в аппарат известны. Их пять:

— элегаз, использованный для заполнения аппарата;

— воздух, оставшийся в аппарате после вакуумирования;

— внутренние поверхности аппарата, на которых влага находится в адсорбированном состоянии;

— изоляционные материалы, в которых влага растворена;

— уплотнения, через которые влага проникает диффузионным путем.

Сравнение вклада каждого из источников воды в аппарате, получен­ное на основании расчета, приведено в табл. 4.7. Из приведенного рас­чета видно, что количество воды, вносимое с воздухом и остающееся на стенках аппарата столь мало ( 3 %) из-за процедур при подготовке аппарата, что без погрешности может быть опущено, тем более, что для расчета последней требуются данные по адсорбции, получить которые, ввиду многообразия поверхностей и широты температурного диапазона, не представляется никакой возможности. Поэтому далее будут рассмат­риваться только основные источники: элегаз, изоляционные материалы и уплотнения.

После заполнения аппарата элегазом попавшая в аппарат влага начи­нает перераспределяться между тремя влагоносителями (элегаз, твердая изоляция, внутренние поверхности аппарата), причем этот процесс за­висит от температуры. Любые изменения температуры приводят к ново­му перераспределению влаги. Способной к конденсации оказывается,

естественно, лишь та влага, которая находится в газовом пространстве аппарата. Если снижение температуры происходит ниже уровня, когда парциальное давление воды в элегазе становится равным давлению на­сыщения при данной температуре, происходит конденсация влаги. По­этому, главная задача — правильно оценить концентрацию влаги в эле­газе, возникшую в результате перераспределения.

Перераспределение влаги от пяти источников между тремя влагоно­сителями происходит с разной скоростью. Перемешивание элегаза и воздуха (а следовательно, и влаги, содержащейся в них) и процессы сорбции-десорбции, происходящие на поверхностях, — процессы быст­рые. Выделение влаги, растворенной в толще полимерного материала, как и диффузия через уплотнения, происходят медленно.

Сразу после заполнения элегазом в аппарате устанавливаются равно­весные концентрации воды в газовой фазе и на поверхностях. Далее на фоне медленного выделения воды из изоляционных материалов и по­ступления ее через уплотнения происходит перераспределение воды под действием изменяющейся температуры. Поскольку процесс обмена воды между твердым диэлектриком и элегазом протекает медленно, он не успевает проследовать за всеми колебаниями температуры в течение суток. Можно считать, что процесс перераспределения воды будет под­чиняться сглаженному ходу среднесуточных значений температуры ап­парата*.

С повышением температуры содержание воды в изоляционных мате­риалах несколько снижается за счет уменьшения относительной влаж­ности газового пространства. Поэтому, в летний период большее коли­чество влаги из изоляционных материалов выделяется в газовое про­странство, в то время как зимой основное количество влаги будет сосре­доточиваться в изоляционных материалах. Кроме того, при пониженной температуре увеличивается адсорбция на поверхностях аппарата, что тоже способствует снижению влагосодержания газа и, в конечном сче­те, снижению температуры конденсации примесей в элегазе.

Таким образом, наличие изоляционных изделий и поверхностей, способных адсорбировать, имеет то положительное качество, что при снижении температуры они поглощают воду и снижают влагосодержа­ние газа (т.е. уровень конденсации), но при этом обладают тем недос­татком, что сами являются источником попадания влаги в аппарат.

Отсюда возникает решение: с одной стороны, влиять на снижение количества вносимой в аппарат воды, а с другой – создать такие условия для распределения влаги в аппарате, чтобы ни при какой рабочей тем­пературе парциальное давление воды в газе не приближалось к давле­

нию насыщенного пара. Последнее условие и представляет собой сущ­ность условия предотвращения конденсации.

Теперь следует рассмотреть динамику конденсации.

Очевидно, что этот вопрос касается главным образом аппаратов на­ружной установки, т.е. аппаратов, эксплуатирующихся на открытом воздухе. Итак, если температура монотонно будет меняться по сезонам, то изоляционные материалы, выступая в роли, хотя и медленных, но аб­сорбентов, могли бы поглотить избыточную влагу из элегаза и предот­вратить конденсацию. Так что, очевидно, не эти медленные сезонные изменения могут быть виновниками выпадения конденсата. Условия, приводящие к конденсации, будут характеризоваться не значением тем­пературы, а величиной ее резкого понижения, при котором влага не ус­пеет перераспределиться между тремя влагоносителями, и для сохране­ния равновесия потребуется образование новой фазы — конденсата. И на самом деле: амплитуда колебания температуры около среднесу­точного значения может достигать 16 °С, так что перепад резкого сни­жения температуры может составить 31 °С. Причем это явление, как по­казывает анализ данных Гидрометеоцентра по колебаниям температуры за 1973—1982 гг. по девяти географическим точкам (Архангельск, Мо­сква, Свердловск, Тобольск, Актюбинск, Хатанга, бухта Провидения, Чульман и Чара), характерно не только для континентальных районов страны. Таким образом, чтобы избежать конденсации, необходимо до­полнительно создать развернутую адсорбирующую поверхность в аппа­рате, на которой сможет происходить быстрое перераспределение вла­ги. В качестве такого адсорбента также может быть использован синте­тический цеолит NaX, обладающий чрезвычайно полезным для этого свойством — сравнительно большой адсорбционной емкостью по воде при малой относительной влажности. Сущность решения условия пре­дотвращения конденсации влаги состоит в расчете количества цеолита, необходимого для обеспечения разницы между среднесуточной темпе­ратурой и температурой конденсации, большей, чем возможные колеба­ния в сторону понижения от среднесуточной температуры. Как видно, норматив влажности должен выражаться не каким-либо заданным зна­чением влажности, а интервалом температуры, некоторым запасом по температуре. В качестве такого интервала между температурой конден­сации влаги в аппарате и среднесуточным значением принимается раз­ница в 20 °С, которая перекрывает возможные резкие колебания темпе­ратуры на всей территории стран СНГ, и решение условия предотвраще­ния конденсации состоит в расчете количества цеолита, необходимого для обеспечения этого интервала. Принятое для аппаратов наружной ус­тановки условие распространяется на все другие виды аппаратов как универсальное средство.

Для аппаратов, устанавливаемых в помещении — аппаратов внут­ренней установки, где колебания рабочей температуры лежат в преде­лах плюсовых значений, требования по влажности значительно снижа­ются. Установление норматива температуры конденсации ниже 0 °С при температуре помещения 20 °С одновременно будет отвечать двум требованиям: 1) на 20 °С ниже средней температуры помещения и 2) ес­ли и возникнут условия, приводящие к конденсации, то конденсат будет образовываться не в виде жидкости, а в виде инея (что считается отно­сительно безопасным [4.15]).

Для коммутационных аппаратов, в которые помещают адсорбент (тот же цеолит) для удаления продуктов разложения элегаза, требования по влажности жестче. Но эти требования уже не выражают насущную необходимость предотвратить конденсацию, а отражают фактическую работоспособность адсорбента: температура конденсации при темпера­туре 20 °С не должна быть выше –30 °С.

жүктеу/скачать 0.85 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: