工业SF6废气净化再生系统研究

【摘 要】SF6是《京都议定书》中明确的六种温室气体之一，在所有温室气体中是破坏程度最高。随着国家对电力系统建设的不断投入，漏排大气的SF6对我国大气环境的影响日益严重，减排SF6已在国内社会受到高度关注。但之前国内并无专业处理SF6废气的机构，如果运行中SF6废气回收，存放空间与成本是企业面临的最大问题。现依托平高集团的SF6气体回收、净化及检测技术，研发的SF6废气净化提纯处理设备，在全国推广建设SF6气体回收净化处理中心，对各省的开关设备的试验和现场维修过程中所使用过的SF6气体，进行集中净化处理、统一检测和统一管理，以实现SF6气体循环再利用，解决SF6气体对环境的污染。
【关键词】SF6 回收 净化 深冷 吸附
　　1前言
　　随着电力系统的飞速发展，以高压、超高压以及特高压为骨架的电网上升为国家意志，并列入了国务院“十二五”规划中。作为关系国家能源安全和国民经济命脉的重要国有骨干企业，国家电网公司不仅致力于全面落实科学发展观，不断提高服务水平，同时还勇于承担社会责任，积极开展六氟化硫气体回收处理循环利用专项治理工作。
　　国家电网公司明确提出“减少污染物和废弃物排放，回收再利用六氟化硫气体”的节能和环保要求。随着国家加强节能减排工作政策的实施和保护环境的要求，六氟化硫气体的回收处理循环利用工作将进入一个新的阶段，不仅仅是一个经济效益问题，而是一个企业形象、社会责任的大问题，建立六氟化硫气体回收净化处理中心有着重要的现实意义和综合效益，也促进了我国环保事业的发展。
　　2研究目的
　　目前，随着电力行业的迅速发展和技术装备水平的提高，大量的SF6断路器及全封闭组合电器不断地投入建设和运行。截止目前，最早的六氟化硫电气设备使用期限已超过20多年，有的已进行了检修，但大多数将逐步进入检修周期，有大量的SF6需要回收处理，SF6气体的回收、利用及防止环境污染是急需解决的课题。在相当长的一段时间内，我国SF6的回收处理工作，尤其是处理循环利用工作没有得到很好的重视，处于放任自流的状态，没有形成完善统一的管理机制和模式，气体使用单位将气体回收后也不能净化处理和循环利用，这样既带来了安全隐患，又给环境造成了污染。近几年来在国家的重视下，国内部分单位对此开展了一些回收处理设备的研制和管理方式的探讨工作，取得了一些成功的经验。
　　基于此，在国家电网公司“十二五”规划开展电气设备大检修期间，开展六氟化硫回收回充设备及处理技术的研制，不仅能控制温室气体排放，推动 “绿色电网”建设，而且为我国环境保护事业做出卓有成效的贡献。
　　3净化再生系统关键技术研究
　　工业SF6废气净化再生系统主要由基础建设、净化处理设备、检测体系以及物流等几个系统构成。其中基础建设主要包含生产厂房、安全设施、流转通道及库房等几部分。净化处理设备是将不达标的SF6废气通过过滤，除水、除油、除尘，并将混入的空气通过物理或化学的方法除去。检测体系是保证样品气来源成份应符合收气标准，防止异种气体混入；同时保证净化后的气体应保证符合DL/T12022《工业六氟化》出厂标准以上。物流体系应保证净化再生系统能顺利接收各电站、生产厂SF6废气，并与检测体系共同监测各站点正常使用SF6，保证SF6气体收发平衡，警示超标排放SF6气体的站点做出预防措施，从管理体系上确保减少排入大气环境的通道。
　　其中净化处理设备是净化再生系统中的关键环节，是净化再生系统可行的根本保证。本文中研发的JHCLZX-50/60型SF6气体净化处理装置，通过化学方法除去SF6经电弧击穿后形成的HF、SO2及氟硫酰等气态杂质，用过滤器吸附水、油、尘等，最终通过深度冷却，排出空气，最终生成高纯度SF6气体。
　　JHCLZX-50/60型SF6气体净化处理装置主要由压缩机、干燥净化装置、抽真空系统、冷阱系统、管路系统、电器控制系统等组成，分为处理单元、动力单元、深冷容器及深冷主机等四个模块，各单元之间的关系如图3-1所示。
　　该净化处理装置具有二次净化处理功能，第一次采用变压吸附技术，除去SF6气体中水分、尘埃颗粒等易除杂质，第二次净化采用机械制冷式尾气深冷分离技术，即净化SF6气体时，根据SF6的压力―温度特性曲线，利用深冷压缩机使之加压，同时通过热交换器和制冷机使加压的高温气体降温，从而使SF6气体以液态方式甚至是固态的方式贮存到容器里，实现其他杂质的分离，通过二次处理后确保SF6气体能够完全达到GB/T 12022《工业六氟化硫》要求，其系统工作流程如图3-2所示。
　　4净化再生系统处理流程
　　4.1废气进厂流程
　　（1）回收回充设备现场进行SF6废气的集中回收；（2） 回收的废气运回处理中心厂房后，进入监控检测室检测废气质量并称重，最后存放至废气存放区等待处理。
　　4.2废气处理流程
　　废气处理流程分两次处理，首次处理将纯度较高的SF6净化再生后充装罐瓶，经多次循环后，系统内会积存纯度较低的气体，这部分气体积存较多后会使气体液化困难，增加处理成本，需经二次循环，集中处理这部分气体，提高处理经济性。
　　4.2.1 一次处理
　　（1）准备SF6气体，记录检测纯度、湿度及设备原始压力值；（2）打开冷却单元；（3）接通处理单元、动力单元、深冷单元及其冷水塔电源；（4）运行深冷单元冷水塔，记录时间、冷阱压力和温度值；（5）将钢瓶车放倒后接到处理单元进气口；（6）深冷单元制冷30 min左右时，进行以下步骤：（7）依次打开钢瓶端手动阀和钢瓶阀，控制开度不易过大；（8）打开处理单元总开关，电源指示灯亮，启动散热风扇；（9）打开处理单元进气阀，使气体以合适稳定的流量流进缓冲罐；（10）当缓冲罐中压力达到一定值后，调节减压阀，使系统出口压力稳定，按流程记录时间、压力及湿度；（11）按操作规程开动力单元总开关、深冷单元进气阀、动力单元进深冷单元接口阀，启动压缩机，合格气出口阀和动力单元压缩机进口阀，向深冷单元进气，进气结束后（液位报警）设备阀门全部复位，压缩机停止，记录深冷单元制冷压力及温度值；（12）打开深冷单元排液阀和深冷单元回气阀，使液体流向低温液泵，当观测到SF6液化后，启动低温液泵，打开深冷单元罐瓶后，冲洗管路旋紧螺纹开始灌瓶。 　　4.2.2 二次处理
　　（1）先打开打开冷却单元；（2）处理单元、动力单元、深冷单元待机准备；（3）运行深冷单元，观察冷阱压力和温度值；（4）使深冷单元运行30 min左右时，进行以下步骤：（5）依次打开动力单元、处理单元；（6）观察气体状态，保证流量流稳定；（7）调节减压阀，稳定出口压力，记录时间、压力变化以及湿度仪值；（8）依次打开动力单元总开关、深冷单元进气阀、动力单元进深冷单元接口阀，启动压缩机再依次打开处理单元合格气出口阀和动力单元压缩机进口阀，调节阀门控制压力，向深冷单元进气，进气结束后（液位报警），将阀门全部复位，压缩机停止，进气过程中详细记录深冷单元制冷罐压力及温度值；（9）重复操作（10）步骤3次，抽气结束后阀门全部复位，压缩机停止；（10）打开深冷单元主机的“回温”按钮，维持温度在-20℃左右，使容器内SF6变为液态，记录所需时间及冷阱压力；（11）观察液化情况，开始灌瓶，记录时间及灌瓶重量。
　　4.3 合格气检测流程
　　（1）处理工作完成后，24h后检测处理气纯度及湿度值；（2）初步检测合格后，送复核单位抽样复检；（3） 贴上标签后，送至成品存放区。
　　4.4气体净化后基本参数
　　SF6气体回收净化处理系统的气体通过吸附器、除油过滤器和粉尘过滤器后， SF6气体要能达到如下指标，即净化处理后的品质符合GB/T 12022-2006《工业六氟化硫》的标准要求：
　　四氟化碳（CF4）的质量分数 % ≤0.04
　　空气（N2+O2）的质量分数 % ≤0.04
　　湿度（H2O）的质量分数 % ≤0.0005
　　酸度（以HF计） 的质量分数 % ≤0.00002
　　可水解氟化物（以HF计） ≤0.00010
　　矿物油的质量分数 % ≤0.0004
　　纯度（SF6）的质量分数 % ≥99.9%
　　生物毒性无毒 无毒
　　分解物总量的质量分数 % ≤0.0001
　　5结论与展望
　　SF6气体回收净化处理系统组合使用多种处理方法，处理流程全过程污染“零排放”、处理能力达到50kg/h以上，能确保SF6废气经处理后达到GB/T 12022-2006《工业六氟化硫》标准，并能做到SF6气体处理过程中的零排放。且整套系统采用模块化设计，组合式流程，可根据SF6源气质量相应调整流程，以最经济的方式处理旧气。填补了SF6小型集中处理回用及尾气净化的国内空白，达到了国际先进水平。每年为电力公司节约大量SF6气体，同时降低了环境压力，为提升公司提升企业形象，担当社会责任起到极大的正面意义。
转自土木工程网。