包偉　胡東方　李亞釗

（1.平高集團(tuán)有限公司，河南平頂山　467000；2.河南科技大學(xué)，河南平頂山　467000）

工業(yè)SF6廢氣凈化再生系統(tǒng)研究

包偉1胡東方2李亞釗1

（1.平高集團(tuán)有限公司，河南平頂山467000；2.河南科技大學(xué)，河南平頂山467000）

SF6是《京都議定書》中明確的六種溫室氣體之一，在所有溫室氣體中是破壞程度最高。隨著國家對(duì)電力系統(tǒng)建設(shè)的不斷投入，漏排大氣的SF6對(duì)我國大氣環(huán)境的影響日益嚴(yán)重，減排SF6已在國內(nèi)社會(huì)受到高度關(guān)注。但之前國內(nèi)并無專業(yè)處理SF6廢氣的機(jī)構(gòu)，如果運(yùn)行中SF6廢氣回收，存放空間與成本是企業(yè)面臨的最大問題。現(xiàn)依托平高集團(tuán)的SF6氣體回收、凈化及檢測(cè)技術(shù)，研發(fā)的SF6廢氣凈化提純處理設(shè)備，在全國推廣建設(shè)SF6氣體回收凈化處理中心，對(duì)各省的開關(guān)設(shè)備的試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)維修過程中所使用過的SF6氣體，進(jìn)行集中凈化處理、統(tǒng)一檢測(cè)和統(tǒng)一管理，以實(shí)現(xiàn)SF6氣體循環(huán)再利用，解決SF6氣體對(duì)環(huán)境的污染。

SF6回收凈化深冷吸附

1　前言

隨著電力系統(tǒng)的飛速發(fā)展，以高壓、超高壓以及特高壓為骨架的電網(wǎng)上升為國家意志，并列入了國務(wù)院“十二五”規(guī)劃中。作為關(guān)系國家能源安全和國民經(jīng)濟(jì)命脈的重要國有骨干企業(yè)，國家電網(wǎng)公司不僅致力于全面落實(shí)科學(xué)發(fā)展觀，不斷提高服務(wù)水平，同時(shí)還勇于承擔(dān)社會(huì)責(zé)任，積極開展六氟化硫氣體回收處理循環(huán)利用專項(xiàng)治理工作。

國家電網(wǎng)公司明確提出“減少污染物和廢棄物排放，回收再利用六氟化硫氣體”的節(jié)能和環(huán)保要求。隨著國家加強(qiáng)節(jié)能減排工作政策的實(shí)施和保護(hù)環(huán)境的要求，六氟化硫氣體的回收處理循環(huán)利用工作將進(jìn)入一個(gè)新的階段，不僅僅是一個(gè)經(jīng)濟(jì)效益問題，而是一個(gè)企業(yè)形象、社會(huì)責(zé)任的大問題，建立六氟化硫氣體回收凈化處理中心有著重要的現(xiàn)實(shí)意義和綜合效益，也促進(jìn)了我國環(huán)保事業(yè)的發(fā)展。

2　研究目的

目前，隨著電力行業(yè)的迅速發(fā)展和技術(shù)裝備水平的提高，大量的SF6斷路器及全封閉組合電器不斷地投入建設(shè)和運(yùn)行。截止目前，最早的六氟化硫電氣設(shè)備使用期限已超過20多年，有的已進(jìn)行了檢修，但大多數(shù)將逐步進(jìn)入檢修周期，有大量的SF6需要回收處理，SF6氣體的回收、利用及防止環(huán)境污染是急需解決的課題。在相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)，我國SF6的回收處理工作，尤其是處理循環(huán)利用工作沒有得到很好的重視，處于放任自流的狀態(tài)，沒有形成完善統(tǒng)一的管理機(jī)制和模式，氣體使用單位將氣體回收后也不能凈化處理和循環(huán)利用，這樣既帶來了安全隱患，又給環(huán)境造成了污染。近幾年來在國家的重視下，國內(nèi)部分單位對(duì)此開展了一些回收處理設(shè)備的研制和管理方式的探討工作，取得了一些成功的經(jīng)驗(yàn)。

基于此，在國家電網(wǎng)公司“十二五”規(guī)劃開展電氣設(shè)備大檢修期間，開展六氟化硫回收回充設(shè)備及處理技術(shù)的研制，不僅能控制溫室氣體排放，推動(dòng) “綠色電網(wǎng)”建設(shè)，而且為我國環(huán)境保護(hù)事業(yè)做出卓有成效的貢獻(xiàn)。

圖1　SF6凈化處理裝置各單元連接示意圖Fig.1 SF6purification recycling unit schematic diagram

圖2　SF6凈化處理裝置設(shè)備模塊工作流程Fig.2 SF6purification recycling equipment module work flow

3　凈化再生系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究

工業(yè)SF6廢氣凈化再生系統(tǒng)主要由基礎(chǔ)建設(shè)、凈化處理設(shè)備、檢測(cè)體系以及物流等幾個(gè)系統(tǒng)構(gòu)成。其中基礎(chǔ)建設(shè)主要包含生產(chǎn)廠房、安全設(shè)施、流轉(zhuǎn)通道及庫房等幾部分。凈化處理設(shè)備是將不達(dá)標(biāo)的SF6廢氣通過過濾，除水、除油、除塵，并將混入的空氣通過物理或化學(xué)的方法除去。檢測(cè)體系是保證樣品氣來源成份應(yīng)符合收氣標(biāo)準(zhǔn)，防止異種氣體混入；同時(shí)保證凈化后的氣體應(yīng)保證符合DL/ T12022《工業(yè)六氟化》出廠標(biāo)準(zhǔn)以上。物流體系應(yīng)保證凈化再生系統(tǒng)能順利接收各電站、生產(chǎn)廠SF6廢氣，并與檢測(cè)體系共同監(jiān)測(cè)各站點(diǎn)正常使用SF6，保證SF6氣體收發(fā)平衡，警示超標(biāo)排放SF6氣體的站點(diǎn)做出預(yù)防措施，從管理體系上確保減少排入大氣環(huán)境的通道。

其中凈化處理設(shè)備是凈化再生系統(tǒng)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，是凈化再生系統(tǒng)可行的根本保證。本文中研發(fā)的JHCLZX-50/60型SF6氣體凈化處理裝置，通過化學(xué)方法除去SF6經(jīng)電弧擊穿后形成的HF、SO2及氟硫酰等氣態(tài)雜質(zhì)，用過濾器吸附水、油、塵等，最終通過深度冷卻，排出空氣，最終生成高純度SF6氣體。

JHCLZX-50/60型SF6氣體凈化處理裝置主要由壓縮機(jī)、干燥凈化裝置、抽真空系統(tǒng)、冷阱系統(tǒng)、管路系統(tǒng)、電器控制系統(tǒng)等組成，分為處理單元、動(dòng)力單元、深冷容器及深冷主機(jī)等四個(gè)模塊，各單元之間的關(guān)系如圖1所示。

該凈化處理裝置具有二次凈化處理功能，第一次采用變壓吸附技術(shù)，除去SF6氣體中水分、塵埃顆粒等易除雜質(zhì)，第二次凈化采用機(jī)械制冷式尾氣深冷分離技術(shù)，即凈化SF6氣體時(shí)，根據(jù)SF6的壓力—溫度特性曲線，利用深冷壓縮機(jī)使之加壓，同時(shí)通過熱交換器和制冷機(jī)使加壓的高溫氣體降溫，從而使SF6氣體以液態(tài)方式甚至是固態(tài)的方式貯存到容器里，實(shí)現(xiàn)其他雜質(zhì)的分離，通過二次處理后確保SF6氣體能夠完全達(dá)到GB/T 12022《工業(yè)六氟化硫》要求，其系統(tǒng)工作流程如圖2所示。

4　凈化再生系統(tǒng)處理流程

4.1廢氣進(jìn)廠流程

（1）回收回充設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行SF6廢氣的集中回收；（2）回收的廢氣運(yùn)回處理中心廠房后，進(jìn)入監(jiān)控檢測(cè)室檢測(cè)廢氣質(zhì)量并稱重，最后存放至廢氣存放區(qū)等待處理。

4.2廢氣處理流程

廢氣處理流程分兩次處理，首次處理將純度較高的SF6凈化再生后充裝罐瓶，經(jīng)多次循環(huán)后，系統(tǒng)內(nèi)會(huì)積存純度較低的氣體，這部分氣體積存較多后會(huì)使氣體液化困難，增加處理成本，需經(jīng)二次循環(huán)，集中處理這部分氣體，提高處理經(jīng)濟(jì)性。

4.2.1一次處理

（1）準(zhǔn)備SF6氣體，記錄檢測(cè)純度、濕度及設(shè)備原始?jí)毫χ?；?）打開冷卻單元；（3）接通處理單元、動(dòng)力單元、深冷單元及其冷水塔電源；（4）運(yùn)行深冷單元冷水塔，記錄時(shí)間、冷阱壓力和溫度值；（5）將鋼瓶車放倒后接到處理單元進(jìn)氣口；（6）深冷單元制冷30min左右時(shí)，進(jìn)行以下步驟：（7）依次打開鋼瓶端手動(dòng)閥和鋼瓶閥，控制開度不易過大；（8）打開處理單元總開關(guān)，電源指示燈亮，啟動(dòng)散熱風(fēng)扇；（9）打開處理單元進(jìn)氣閥，使氣體以合適穩(wěn)定的流量流進(jìn)緩沖罐；（10）當(dāng)緩沖罐中壓力達(dá)到一定值后，調(diào)節(jié)減壓閥，使系統(tǒng)出口壓力穩(wěn)定，按流程記錄時(shí)間、壓力及濕度；（11）按操作規(guī)程開動(dòng)力單元總開關(guān)、深冷單元進(jìn)氣閥、動(dòng)力單元進(jìn)深冷單元接口閥，啟動(dòng)壓縮機(jī)，合格氣出口閥和動(dòng)力單元壓縮機(jī)進(jìn)口閥，向深冷單元進(jìn)氣，進(jìn)氣結(jié)束后（液位報(bào)警）設(shè)備閥門全部復(fù)位，壓縮機(jī)停止，記錄深冷單元制冷壓力及溫度值；（12）打開深冷單元排液閥和深冷單元回氣閥，使液體流向低溫液泵，當(dāng)觀測(cè)到SF6液化后，啟動(dòng)低溫液泵，打開深冷單元罐瓶后，沖洗管路旋緊螺紋開始灌瓶。

4.2.2二次處理

（1）先打開打開冷卻單元；（2）處理單元、動(dòng)力單元、深冷單元待機(jī)準(zhǔn)備；（3）運(yùn)行深冷單元，觀察冷阱壓力和溫度值；（4）使深冷單元運(yùn)行30min左右時(shí)，進(jìn)行以下步驟：（5）依次打開動(dòng)力單元、處理單元；（6）觀察氣體狀態(tài)，保證流量流穩(wěn)定；（7）調(diào)節(jié)減壓閥，穩(wěn)定出口壓力，記錄時(shí)間、壓力變化以及濕度儀值；（8）依次打開動(dòng)力單元總開關(guān)、深冷單元進(jìn)氣閥、動(dòng)力單元進(jìn)深冷單元接口閥，啟動(dòng)壓縮機(jī)再依次打開處理單元合格氣出口閥和動(dòng)力單元壓縮機(jī)進(jìn)口閥，調(diào)節(jié)閥門控制壓力，向深冷單元進(jìn)氣，進(jìn)氣結(jié)束后（液位報(bào)警），將閥門全部復(fù)位，壓縮機(jī)停止，進(jìn)氣過程中詳細(xì)記錄深冷單元制冷罐壓力及溫度值；（9）重復(fù)操作（10）步驟3次，抽氣結(jié)束后閥門全部復(fù)位，壓縮機(jī)停止；（10）打開深冷單元主機(jī)的“回溫”按鈕，維持溫度在-20℃左右，使容器內(nèi)SF6變?yōu)橐簯B(tài)，記錄所需時(shí)間及冷阱壓力；（11）觀察液化情況，開始灌瓶，記錄時(shí)間及灌瓶重量。

4.3合格氣檢測(cè)流程

（1）處理工作完成后，24h后檢測(cè)處理氣純度及濕度值；（2）初步檢測(cè)合格后，送復(fù)核單位抽樣復(fù)檢；（3）貼上標(biāo)簽后，送至成品存放區(qū)。

4.4氣體凈化后基本參數(shù)

SF6氣體回收凈化處理系統(tǒng)的氣體通過吸附器、除油過濾器和粉塵過濾器后，SF6氣體要能達(dá)到如下指標(biāo)，即凈化處理后的品質(zhì)符合GB/T 12022-2006《工業(yè)六氟化硫》的標(biāo)準(zhǔn)要求：

四氟化碳（CF4）的質(zhì)量分?jǐn)?shù) %≤0.04空氣（N2+O2）的質(zhì)量分?jǐn)?shù) %≤0.04

濕度（H2O）的質(zhì)量分?jǐn)?shù) %≤0.0005

酸度（以HF計(jì)）的質(zhì)量分?jǐn)?shù) %≤0.00002

可水解氟化物（以HF計(jì)）≤0.00010

礦物油的質(zhì)量分?jǐn)?shù) %≤0.0004

純度（SF6）的質(zhì)量分?jǐn)?shù) %≥99.9%

生物毒性無毒無毒

分解物總量的質(zhì)量分?jǐn)?shù) %≤0.0001

5　結(jié)論與展望

SF6氣體回收凈化處理系統(tǒng)組合使用多種處理方法，處理流程全過程污染“零排放”、處理能力達(dá)到50kg/h以上，能確保SF6廢氣經(jīng)處理后達(dá)到GB/T 12022-2006《工業(yè)六氟化硫》標(biāo)準(zhǔn)，并能做到SF6氣體處理過程中的零排放。且整套系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)，組合式流程，可根據(jù)SF6源氣質(zhì)量相應(yīng)調(diào)整流程，以最經(jīng)濟(jì)的方式處理舊氣。填補(bǔ)了SF6小型集中處理回用及尾氣凈化的國內(nèi)空白，達(dá)到了國際先進(jìn)水平。每年為電力公司節(jié)約大量SF6氣體，同時(shí)降低了環(huán)境壓力，為提升公司提升企業(yè)形象，擔(dān)當(dāng)社會(huì)責(zé)任起到極大的正面意義。