SF6气体特性及其处理方法

SF6气体特性及其处理方法

摘要：SF6是一种绝缘性能和灭弧性能良好的气体，也是一种具有累积效应的温

室气体。回收含SF6分解气体的SF6气体，既有经济效益，又有环境效益。介绍SF6分解气体的种类、性质及湿式、干式两种回收处理方法。

关键词：SF6气体湿式处理法干式处理法

1 引言

SF6气体具有卓越的绝缘性能和灭弧性能，被广泛应用于断路器、气体绝缘

组合电器、气体绝缘变压器、气体绝缘互感器、气体绝缘电缆等各种输变电设备中。纯净的SF6 气体在常温常压下无色、无味、无毒，不可燃，理化性质稳定，

但若设备内部存在局部放电、重燃和严重过热性故障时，SF6气体将发生分解，

产生SO2、H2S、CO 等有害化合物，不仅会使SF6 电气设备绝缘性能下降，而且

会严重威胁人身安全。

2 SF6气体分解过程及分解气体性质

SF6气体化学性质极其稳定，其自身分解温度在500℃以上，在正常运行情

况下分解物极少，但在电弧、火花和电晕放电的作用下，气体会发生分解，产生

一些低氟化合物，这些化合物又会与电极材料、绝缘材料、水分和氧气等进一步

发生反应生成十分复杂的化合物。

SF6气体在电弧中的分解和与氧、水的反应：

SF6+O2 → 2SOF2（氟化亚硫酰）+8F

2SF6+ O2→ 2SOF4（四氟化硫酰）+4F

SOF2+H2O →SO2+2HF（氢氟酸）

SOF4+H2O → SO2F2（氟化硫酰）+2HF

3.1 SF6气体对环境的危害

SF6电气设备中的SF6气体达到规定使用年限后，应更换原来充装的SF6气体，含有SF6

分解气的SF6气体可予以回收。如果不经处理直接放空，不但造成资源浪费，而且污染环境。应当指出的是，SF6是一种温室气体。有资料统计，1961～1999年全世界共消费13.6万吨

SF6气体，其中电力工业消费4.2万吨，这部分SF6气体产生的温室效应相当于10亿吨CO2

气体产生的温室效应[1]。就等量的SF6与CO2而言，SF6的温室效应相当于CO2的23900倍[2]。目前随着SF6年需求量增加，大气中的SF6含量每年以8％～9％的速度增长。且SF6在

大气中的降解过程非常缓慢，约需3200年[3]，因此SF6气体对全球变暖的影响具有累积效应。如果用于电气设备中的SF6气体每年有1％的泄漏，再过100年，相当于现在封装于电

气设备中的SF6气体将全部泄漏到大气中去。温室效应已引起了人们高度重视，1997年12

月在日本通过的京都议定书中，SF6已被列为需要全球管制使用的6种气体之一，而近期内

还没找到一种对环境没有危害而性能与SF6相当的气体作为替代品。所以除对SF6气体合理

使用（如已在试用SF6混合气体）外，回收含SF6分解气的SF6气体就很有必要。

3.2 SF6分解气体对电气设备的危害

SF6气体化学性质稳定，500℃以下不分解，超过700℃时就会分解；另外在电弧作用下

也会分解。SF6分解气体有SF4、SOF2、SO2F2等，它们均是活性物质，与电气设备内存留的

水分生成氢氟酸（HF），HF不仅腐蚀金属构件，而且侵蚀绝缘材料，导致绝缘损坏。SF6电

气设备用绝缘材料一般为环氧树脂、不饱和聚酯、聚四氟乙烯塑料及缠绕聚酯绝缘件。玻璃

纤维增强树脂基复合材料的腐蚀，物理腐蚀和化学腐蚀兼有：由于树脂与SF6发生吸附作用，介质分子通过渗透、扩散进入树脂基体内部，使树脂膨胀；介质渗入导致局部放电，最终导

致绝缘破坏。随着树脂基体的破坏，介质渗透到玻璃纤维与树脂的界面，使树脂与纤维的粘

结力下降。且HF与玻璃纤维中的二氧化硅（Si02）生成四氟化硅（SiF4），进而生成氟硅酸（H2SiF6），使SF6介电性能劣化。SF6分解气体对绝缘材料的影响，其材料稳定性大小顺序为：C-C，C-F，C-H>酯基>氨基>缩醛>含硅材料[4]。

4 回收处理方法

4．1 湿式处理

电气设备中含有SF6及其分解气体的混合气体，与生产中氟一硫反应器后的粗SF6气体

的杂质成分有相似之处，故其回收处理方法可采用粗SF6的净化精制方法。

① 热解 SF6分解气中含有的S2Fl0，S2Fl0是剧毒物质，即使含量极低，若泄漏出来也能

引起中毒事故，必须首先除去。利用热解方法，于350℃左右S2Fl0分解为SF6和SF4，后者

可在水洗工序中除之。

由于SF6分解气中含有HF，前已叙及，HF在加热时有较强的腐蚀性，选用热解炉材质

时不能用碳钢或不锈钢，最好用镍或铜。

② 洗涤洗涤时先水洗后碱洗。水洗可除去SF4、SF2、SOF4。碱洗可除去水洗不能除去

的SOF2、SO2F2以及SO2等，碱洗用的碱溶液一般为NaOH或KOH 溶液，质量分数（下同）为10％～20％KOH溶液为佳。

③ 干燥与吸附洗涤后的SF6气体中含有大量水分，所含的低氟化物也不可能达到SF6

新气的质量要求，需严格干燥吸附。目前所采用的干燥吸附剂为活性硅胶、活性氧化铝和分

子筛（合成沸石），依据它们的性质，应采用如下干燥吸附工序：活性硅胶一活性氧化铝一

分子筛。

在湿度大时，活性硅胶吸附性能优于活性氧化铝及分子筛，采用粗孔球型活性硅胶较好，吸附阻力小，不易粘附堵塞。活性氧化铝也应选球型，颗粒度在3～7mm，其吸附层人口处

温度一般为0～20℃。

最后采用分子筛进行干燥吸咐。分子筛在水蒸气分压低的条件下具有很强的吸咐能力，

可进行气体的深度干燥（水分含量可低至0．1×10-6 mg／kg）。分子筛对较高温度和线速度

的气体吸附能力优于活性硅胶和活性氧化铝。

影响干燥吸附效果的因素有气体的初始含水量、吸附剂床层高度、吸附温度、气体流速、进气压力及吸附剂品种、规格、再生程度等，依据实际情况合理设计干燥吸附工艺流程、工

艺参数和设备。

④冷冻通过加压冷冻，使SF6在一80℃左右固化，抽除不凝性气体如空气等，并保持

一定的真空度，使气一固分离完全。如想得到纯度更高的SF6气体，可采用低温蒸馏，进一

步除去沸点与SF6沸点相差较大的一些杂质气体。

4．2 干式处理

日本一专利[5]介绍，含SF6分解气的SF6精制可用干式处理方法。该法有三个要点：① 使SF6混合气体通过一含碱金属及碱土金属氧化物或氢氧化物（至少1种）固态处理剂的填

充层发生中和反应处理SF6分解气。② 从第1固态处理剂填充层出来的气体，再通过1个

用活性氧化铝和分子筛作处理剂的填充层，进行吸附处理。③ 从第2固态处理剂填充层出

来的气体，进行回收精制。干式处理流程示意图如下图1所示。

从贮存SF6分解气的密封容器到最终回收SF6，整个过程是从高压到低压变动的。通过

设在第1、第2固态处理剂填充层的压力传动装置和组合流量调节装置，以使被处理的气体

转入低压阶段，从而保证回收精制工艺顺利进行。

第1固态处理剂所用的碱金属或碱土金属的氢氧化物或其氧化物，包括NaOH、KOH、Ca （OH）2、Mg（OH）2及Na20、CaO、MgO等，以KoH和NaoH为佳，用以吸附HF、802；

第2固态处理剂是活性氧化铝和或分子筛，用以吸附SF4、SOF2、SO2F2、SOF4等。第1与

第2固态处理剂的质量比为4～5：1，以粒径3～10mm球型为好，操作温度-5～45℃，线速

度为0．17～1．67m／s，通过第1、第2固态处理剂填充层的压力可控制在0～0．97 MP'a （表压），减压操作真空度为101 kPa～113 Pa（其作用是使SF6分解气从吸附剂上被解吸出来）。

5 结语

随着电力工业向着高电压、大容量、长距离方向发展，必将促进SF6电气设备应用更加

广泛。SF6不仅是一种绝缘和灭弧性能良好的气体介质，也是一种具有累积效应的温室气体。