hj21-六氟化硫充装回收技术与工艺(朱富云 张海斌)

六氟化硫充装回收技术与工艺

朱富云1，陆志辉1，张海斌2

（1.南通供电公司，江苏南通226006；2.启东供电公司，江苏启东226200）

摘要：本文简述了SF６气体的电气性能、SF６气体充装回收装置的原理及使用方法，阐述了充装回收流程设计、吸附剂的选择更换、真空度与防泄漏处理、充装回收后六氟化硫的正确试验、劳动防护等方面的问题，从技术和工艺方面提出了具体的措施和解决方法，通过实际案例验证了解决方法的正确性和有效性。

关键词：六氟化硫；充装回收；流程；吸附剂；泄漏

0 前言

六氟化硫(SF６)电气设备在制造和检修过程中，需要对电气设备充入或补充合格的SF６气体。SF６在合成过程中会产生副产物，诸如SO2、S2F10、SF4、S2F10、SOF2、SO2F10、SOF4及金属氟化物、氧化物粉末，其中有些是有毒的，甚至是剧毒，不仅会造成设备内部有机绝缘材料的性能劣化和金属的腐蚀，致使设备绝缘性能下降，影响灭弧效果，而且逸散在空间会影响电气设备运行检修人员的身体健康。同时高纯SF６是一种温室气体，在大气中的存留时间长达3200年，其全球变暖潜能为迄今已知温室气体之最。因此必须将SF６气体中有毒的副产物除去并对SF６气体加以回收，以确保运行检修过程中的使用安全，同时减少运行成本。在实际检修工作中，充装回收流程设计、吸附剂的选择与更换、真空度不易达到规程要求、管阀连接件的加工与防泄漏、充装回收后SF６的正确试验等方面都存在着一些技术和工艺方面的具体问题，劳动防护工作也应重视和落实。

2 SF6的电气性能和充装回收原理

2.1 电气性能

SF6气体具有优越的热化学特性，极强的电负性，极小的电弧时间常数。具有极高的绝缘强度和优越的灭弧性能，广泛应用于高压开关设备。

2.2 充装回收原理

SF６气体的充装回收的工作原理流程图见图1。在充装作业前，需对本机所有内部管路和软管、器件和连接软管、阀门、表计以及电气设备抽真空（电气设备补气时，只需对本机所有内部管路、器件和连接软管、阀门、表计抽真空），除去设备中空气和微水。抽真空至规定指标，真空度为133 Pa，再继续抽气30 min，停泵30 min，记录真空度(A)，再隔5 h，读真空度(B)，若(B)—(A)值<133MPa，则可认为合格，否则应进行检漏处理并重新抽真空至合格为止。由图1可知，充气时，SF6气瓶中的SF6气体经阀V3→阀V1→第一只吸附罐→阀V2→第二只吸附罐→两只精密过滤器→阀V4→减压阀→阀V5→阀V6，然后进入电气设备内。吸附罐内加装分子筛吸附剂，用于吸附SF6分解的低氟化物和微水。两只过滤器则加装滤芯，用于除去粒子直径大于1μm的微尘。当SF6气瓶中的SF6气体压力低于电气设备内的SF6气体压力时，无油真空泵开始工作，SF6气瓶中的SF6气体经阀V3→阀V1→第一只吸附罐→阀V9→无油真空泵→阀V10→第二只吸附罐→两只精密过滤器→阀V4→减压阀→阀V5→阀V6，然后进入电气设备内。当SF６充气瓶压力降至0.1 MPa表压时须停止充气，应换新气瓶继续充气。充装完毕后，对设备密封处，焊缝以及管路接头进行全面检漏，要确认无泄漏。

图1 SF６气体的充装回收抽充工作原理流程图

在SF６气体回收作业前，同样需对本机所有内部管路和软管抽真空，移去空气和微水。回收作业时，通常采用无油活塞式压缩机(通常压缩机压力达4MPa左右)和无油真空泵相结合的方法，先除去SF６气体中的分解物、微水及其他杂质以进行净化，然后对SF６气体收集、液化贮存。由图1可知，压缩机启动后，电气设备内的SF6气体经阀V6→阀V5→阀V1→第一只吸附罐→阀V9→压缩机→冷却器（可以是自然风冷、强迫风冷、水冷、制冷剂制冷等方式，视压缩机的出口压力和温度而定，其压力和温度关系需符合SF６饱和蒸气压曲线，例如：当压缩机的出口压力为3.5MPa，压缩机出口SF６的温度必须冷却至40o C以下，SF６才能液化贮存）→第二只吸附罐→两只精密过滤器→阀V4→阀V3，然后以液态进入SF6气瓶中储存。当回收气体压力低于压缩机入口压力时，无油真空泵开始辅助压缩机进行回收工作，电气设备内的SF6气体经阀V6→阀V5→阀V1→第一只吸附罐→阀V9→无油真空泵→压缩机→冷却器→第二只吸附罐→两只精密过滤器→阀V4→阀V3，然后以液态进入SF6气瓶中储存。六氟化硫气体回收到终点压力后，应用99.99%以上的氮气连续冲洗两遍，然后迅速取出吸附剂（须做好相关的安全措施），随后才能进行抽真空作业。回收的SF６气体需经微量水分和毒性检验合格以后，才能充入电气设备以供使用。

3 SF

6

充装回收技术与工艺难题及其解决方法

3.1 流程设计

SF6充装回收装置主要包括：抽真空系统、气体压缩回收系统、净化处理系统和存贮系统。抽真空系统的主要元件为真空泵、真空阀门、真空仪表、真空管件、真空电器等。气体压缩回收系统的主要元件为无油压缩机、无油真空泵、冷却器（热交换器、冷凝器、冷却风扇、制冷装置、高压阀门等）、无泄漏阀门、安全阀、压力控制器、管件等。净化处理系统主要包括：微尘过滤器、精密过滤器、化学吸附系统、自再生系统（根据化学吸附剂能否回收活化和回收活化条件配选）。存贮系统则应选择好容器罐、压力计和无泄漏阀门。国内制造生产的充装回收装置可分为两类：有油系统和无油系统。无油系统最适合于SF6气体的处理，因为SF6气体的标准中，规定其含油量不大于8 ppm，而有油系统则是SF6气体与压缩机油及真空泵油接触过，然后通过油气分离将油去除，毕竟会留下隐患。特别是长时间使用后或者分离器效率降低时，会导致SF6气体含油量增加，从而产生安全隐患。国产化方向应该是要设计出体积较小、移动方便、性能好、整机及配件价格相对合理的SF6充装回收装置。目前，SF６气体充装回收装置在设计上主要存在着两方面的问题：压缩回收率和循环净化。

3.1.1 压缩回收率

国内以前均采用隔膜式压缩机，勉强能够在SF6电器中使用，但其排气量太低，回收效率太低，而且体积庞大笨重（近1 t），故障率极高，已逐渐被淘汰。而国内目前的无活塞式压缩机大多采用低排压，不能满足SF6的液化储存需要。国内市场上的进口SF6回收装置有相当一部分只回收到0表压左右，即有1 bar左右压力的SF6被排到大气中造成一定的浪费和环境污染；同时也有一部分进口回收装置采用无油压缩机和无油真空压缩机相配合能回收到1330～5000 Pa。

通过长期调研和实践，找到合理的设计装配方案，如图2为改进型SF6无油压缩回收装置实物示意图。选择进口无油压缩机（压缩机排气量14 m3/h，排气压力40 MPa，进口压力0.7 MPa），配用进口无油真空泵将电气设备内的真空度抽至133Pa以下并以1.0 MPa的出口压力送入无油压缩机，无油压缩机出口高温气体（达到60o C左右）则可通过氟里昂制冷机冷却器冷却至37o C以下，然后流经化学吸附罐、过滤器进入储气瓶实现液化储存，如此即可提高SF6气体的回收率至99.99%以上。

图2 改进型SF6无油压缩回收装置实物示意图

3.1.2 循环净化

储气瓶

精密过滤器

压缩机

吸附罐

电子秤

冷却器

真空泵

无油真空泵

（配合压缩机