陶瓷膜設(shè)備在變壓器油氣分離中的應(yīng)用

　　　　　變壓器油溶解氣分析是大型充油電力設(shè)備健康監(jiān)測的重要手段。通過對變壓器絕緣油中的特征故障氣體進行定量分析，可以及時掌握變壓器的運行狀態(tài)，進而進行必要的維護。鑒于目前并沒有一種方法可以直接對溶解在油中的氣體進行檢測，因此把溶解在變壓器油中的故障氣體高效地分離出來是實現(xiàn)變壓器實時在線監(jiān)測的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

　　早期應(yīng)用的油氣分離方法主要有多普勒脫氣法和部分脫氣法，它們基本能實現(xiàn)完全脫氣，但是需要活塞做真空處理，操作繁瑣，不適于在線監(jiān)測使用。近年來研究比較廣泛的是高分子膜溶解一滲透油氣分離方法，這種方法結(jié)構(gòu)簡單、性能穩(wěn)定。目前使用較多的高分子膜有聚全氟乙丙烯膜(FEP)、聚四氟乙烯毛細管膜(GPIOO)、中空纖維復(fù)合膜以及帶微孔的聚四氟乙烯膜等，但是這些有機高分子膜也普遍存在氣體滲透率低、在線監(jiān)測響應(yīng)時間長的問題，油氣平衡時間往往長達十幾個小時甚至是數(shù)天，不能很好地滿足在線監(jiān)測的要求。

　　相比于有機高分子膜，無機膜具有耐高溫、耐微生物、化學(xué)穩(wěn)定性好、機械強度高、易清洗再生和孔徑分布集中等優(yōu)點，已在食品、藥物等液體分離領(lǐng)域得到應(yīng)用，其中比較有代表性的就是陶瓷膜。而且隨著陶瓷膜制備工藝的改善，其過濾孔徑可以達到3Onm以下，成為有機高分子膜的有力競爭對手。國內(nèi)外也已出現(xiàn)了將其與有機高分子膜結(jié)合應(yīng)用于變壓器油氣分離領(lǐng)域的相關(guān)研究，但是未見單獨用陶瓷膜進行油氣分離的研究工作。筆者提出單獨采用陶瓷膜進行油氣分離的設(shè)想，設(shè)計基于陶瓷膜的油氣分離膜組件，測試該組件對于變壓器典型故障氣體CzH。的脫氣性能，并與傳統(tǒng)有機膜進行比較。

　　傳統(tǒng)的有機膜油氣分離機制可以用溶解擴散模型進行描述，膜的一側(cè)直接與變壓器油接觸，另一側(cè)是一個隔離出的小型氣室，兩側(cè)的氣體分子因熱運動而逐漸趨于平衡，平衡后氣相中氣體的體積分數(shù)與油中溶解氣體的體積分數(shù)存在一定的換算關(guān)系，因此，通過測定氣室中氣體的體積分數(shù)便可以計算得到油中溶解氣體的濃度。這種結(jié)構(gòu)相對簡單，在線監(jiān)測上只要將膜固定好，在長期運行中很容易達到穩(wěn)定可靠的性能，比其他油氣分離方法簡單，但是傳統(tǒng)有機膜普遍存在一個致命的缺點——平衡時間比較長。

　　區(qū)別于傳統(tǒng)的有機膜，筆者采用的微孔陶瓷膜是一種“錯流過濾”形式的流體分離過程：變壓器油在膜管內(nèi)高速流動，膜管外是隔離出的小型氣室。陶瓷膜截面為多通道管狀結(jié)構(gòu)，管壁密布微孔。

　　陶瓷膜的油氣分離過程主要是依靠氣體分子的熱運動而使得油液內(nèi)外氣體濃度逐漸趨于平衡，不同的是變壓器油在膜管內(nèi)流動過程中會產(chǎn)生內(nèi)壓，在壓力的驅(qū)動下沿垂直方向向外滲透，滲透過程中油液壓力逐漸減小，導(dǎo)致溶解于其中的故障氣體溶解度降低，從而使得氣體分子更容易逸出，縮短平衡所需時間。此外，這種形式的過濾相比于傳統(tǒng)有機膜的終端過濾形式，大大增加了過濾的面積，也使之更容易達到較短的平衡時間。最終的結(jié)果是含大分子組分的變壓器油液被膜分離層截留，而小分子氣體通過陶瓷膜管壁分離出去，從而達到油氣分離的目的。