黃鴻星，屈 直，馬鵬濤，王 成

(西安西電開關電氣有限公司，陜西 西安 710077)

SF6銅配管為126～550 kV電壓等級氣體絕緣金屬封閉開關設備(GIS)重要部件，主要由銅管與法蘭焊接而成，銅配管一般有3種規(guī)格：φ12 mm×1 mm、φ16 mm×1.5 mm及φ20 mm×1.5 mm，其中φ16 mm×1.5 mm規(guī)格較為常見；銅配管與GIS連接采用法蘭螺栓聯接，配管氣室與產品氣體為統(tǒng)一氣室，SF6氣體一般通過配管充入GIS產品中，由于GIS額定氣壓為0.5～0.6 MPa，為大氣氣壓的5～6倍，在充入SF6氣體時流速比較高，配管中殘留金屬雜質會被吹入GIS產品氣室內，金屬在電場作用下集聚，形成尖峰電流，存在潛在放電隱患，為了避免因銅配管雜質引起產品放電，提高配管潔凈度，迫切要求開展配管清洗工藝研究。

1 原清洗工藝

配管清洗涉及到清洗技術中的多種關鍵工序，其中包括高溫脫脂工序、冷熱水洗工序、弱腐蝕清洗工序、光澤酸洗工序[1]、鈍化工序[2-3]、常規(guī)水洗工序及干燥處理工序。SF6銅配管清洗工藝流程如圖1所示。

高溫脫脂工序可以清洗配管表面油污，弱腐蝕工序可以除去配管表面氧化皮[4]，鈍化工序可杜絕銅基材與空氣中氧、水分接觸，達到延遲氧化目的[5]，常規(guī)水洗工序清除配管清洗過程中殘留液體，干燥處理工序吹干配管內外表面水分，確保配管處在干燥環(huán)境。

通過進行大量銅配管清洗試驗，發(fā)現內表面有黑皮和脫落粉層的配管大部分為多彎超長銅配管(見圖2)。

2 原因分析

銅配管內壁質量問題主要是氧化黑皮和脫落粉層等，針對這2種質量問題逐一分析。

1)黑色氧化皮問題。多彎銅配管內表面殘留黑皮為氧化銅(CuO)和銅綠(Cu2(OH)2CO3)，黑色氧化皮產生原因有2種情況：a.原材料沒有保護好被氧化；b.銅配管因焊接高溫被氧化。多彎銅配管彎型部位會形成封閉區(qū)域，對清洗液有阻滯作用，清洗液無法到達，黑皮無法清洗干凈[6-8]。

2)脫落粉層問題。銅管內壁脫落粉層為清洗液殘留物，這是由于銅配管在彎形處會形成封閉區(qū)域，常規(guī)水洗工序中潔凈水不能將殘留酸堿液體及水分清洗干凈，導致此部位殘留物引起銅管持續(xù)腐蝕，后續(xù)持續(xù)腐蝕產生剝離脫落粉末。

3 改進措施

針對多彎銅配管內部形成封閉區(qū)域，對銅配管清洗采用兩端高程差放置方式[9]，U型彎水平放置，避免配管彎型區(qū)憋氣，使清洗液可順利到達。同時適當延長弱腐蝕清洗參數，徹底除去原材料中的黑皮，高壓沖洗工序[10]及優(yōu)化配管吹拂方式保障清洗后配管處在干燥環(huán)境條件下，避免因環(huán)境原因而二次氧化腐蝕，也可避免內壁因殘留堿/酸，發(fā)生二次腐蝕，防止脫落粉層產生。

3.1 配管放置方式優(yōu)化

在原清洗工藝中銅配管在清洗筐里采用水平放置方式。配管隨著清洗筐進入清洗槽，浸沒在清洗液內，液體從兩端進入腔體，多彎區(qū)域會形成憋氣，內腔氣體不能全部排出，存在清洗液不能到達的位置，或用潔凈水不能清洗的區(qū)域。為了減少配管腔體憋氣，對銅配管采用高程差放置(傾斜角)方式，具體方式如下：1)對銅配管在清洗筐采用高程差放置，保證出液口應高于進液口，傾斜角≥15°；2)有U型彎配管，彎型部位水平放置，嚴禁朝上或朝下(見圖3)；3)由于清洗過程清洗框晃動比較大，容易出現松動現象，故要求把銅配管固定牢靠。

3.2 清洗工序工藝參數優(yōu)化

針對多彎超長銅配管，由于多彎區(qū)域對液體阻滯，清洗液填充內腔需要一定的時間，適當延長弱腐蝕酸清洗時間，即把原來10～20 s延長到20～30 s，有利于清除銅配管內表面的黑皮。弱腐蝕(鹽酸)可以溶解銅配管內腔殘留的堿液，還能與黑色的氧化銅以及綠色的堿式碳酸銅反應，不會和金屬純銅反應。

除去銅配管內壁黑色氧化皮的化學反應方程式如下：

Cu2(OH)2CO3+4HCl(稀)→
2CuCl2+3H2O+CO2↑

(1)

CuO+2HCl(稀)→ CuCl2+H2O

(2)

3.3 水洗工序優(yōu)化

為了徹底清除粘附在配管內壁殘留物，在常規(guī)水洗工序完成后，采用高壓水對銅配管內壁進行沖洗[11]。銅配管孔徑較小，要做好與高壓水沖洗設備法蘭嚴密性，在設備法蘭上設置限位裝置，使得銅配管與高壓水管中心軸重合，水從高壓設備的管道流入配管中，水流量損失小，流速變化不大，并且保證每根配管清洗時間為10～15 s。另外，為了保障清洗質量，清洗完后設置檢驗工序，排出口的水色和透明度與入口水目測一致[12]。設備簡圖管路實物如圖4所示。

3.4 壓縮空氣吹拂工藝優(yōu)化

在高壓水沖洗工序后，大量參考文獻中銅配管吹拂過程與操作要領無詳細規(guī)范，導致流入下道工序40%～50%的銅配管內腔存在大量水，配管長時間放置會引起二次氧化。通過試驗驗證優(yōu)化吹拂工藝。

1)采用潔凈干燥壓縮氣體進行吹拂，氣體壓力設置為0.4～0.6 MPa，逐個法蘭對配管內腔進行吹拂，時間為10～30 s。

2)設置吹拂順序，針對多彎多接頭超長配管，多個接頭對氣體進行分流，為了保障高壓氣體暢通，減少多彎口氣體阻力，把出氣孔設置在直管口，進氣孔設置在多彎口，另外為了提高吹拂工序合理性與有效性，從一端開始進行由近到遠的金屬法蘭逐一吹拂，先從序號①開始吹拂，然后序號②，最后是序號③(見圖5)。

4 多彎超長配管清洗效果

通過對SF6銅配管在清洗筐中設置傾斜角，保障清洗液體清洗順暢，適當延長弱腐蝕清洗時間，新增高壓水沖洗及優(yōu)化壓縮空氣吹拂工藝等方法控制提升內腔潔凈度。工序優(yōu)化后，多彎超長銅配管清洗后內壁沒有黑色氧化皮、銅綠及其他殘留物，銅配管清洗效果良好(見圖6)。

5 結語

本文改進相關清洗工序對SF6銅配管清洗過程進行試驗研究，并對清洗效果進行分析，得到如下結論。

1)多彎超長SF6銅配管在清洗框中采用高程差放置，設置傾斜角并滿足傾斜角>15°，U型彎水平放置，可避免多彎配管形成封閉區(qū)域，產生憋氣，不利于內部清洗。

2)部分SF6銅配管原材料內壁存在黑色氧化皮和銅綠，適當延長酸性工序清理時間，可提高表面金屬光澤度。

3)用高壓水沖洗SF6銅配管內壁，可清洗內壁殘留液，防止酸/堿液體二次腐蝕銅配管。

4)優(yōu)化SF6銅配管吹拂工藝，可以順利把水分排除，防止銅配管在潮濕環(huán)境中再次氧化。

采用上述改進后，提高了多彎超長銅配管內壁潔凈度，保障了產品質量。銅配管清洗工藝也可推廣到其他行業(yè)細銅管清洗。