变压器废油处置案例分析及应用

任乔林, 张逸, 张伟, 蔡萱, 吴优, 李钟灵

(1. 国网湖北省电力有限公司孝感供电公司, 湖北 孝感 432000；2. 武汉工程大学, 湖北 武汉 430076)

0 引言

随着电网建设规模不断壮大, 电网充油设备数量逐年提高, 用油需求越来越大。 目前湖北电网充油电器设备约30.5 万台, 设备中所拥有的绝缘油总量约11 万余吨, 每年设备运维或更换过程中需要使用的变压器油2 千余吨, 而且随着电网发展规模的不断壮大, 自然资源耗用量也呈递增趋势[1－2]。 实际上废油并不“废”, 其中氧化产物只占很少的一部分, 一般为总量的1%～25%, 主体仍为基础油[3－4]。 因此, 通过再生处理, 将废变压器油回收再利用, 无疑是缓解资源紧缺、 提高资源利用率的有效手段[5－12]。

根据《国家危险废物名录(2021 版) 》, 变压器维护、 更换、 拆解过程中产生的废变压器油被定义为有毒性的危险废弃物, 按照《中华人民共和国固体废物污染环境防治法》, 企业应根据经济、 技术条件对产生的工业固体废物加以利用, 不能利用的必须按照规定建设存放场所, 安全分类存放或采取无害化处置措施。

为减少液体废物的排放, 缓解环境污染的巨大压力, 本文提出建设变压器油处理中心, 通过对劣化变压器油的集中收集、 处理和再利用, 有效降低对化石能源的消耗需求, 降低变压器油的采供成本。 通过案例, 介绍变压器劣化油收集、 转运、 分类、 分析和再生处理等一系列操作流程, 将变压器废油转化成为可利用的再生变压器油, 对紧缺的矿物油资源进行有效补充。

1 变压器废油的储存分类

废旧变压器油主要来源于报废主变压器油和拆解配电变压器退出油。 据统计, 2019 年3 月至2020年11 月, 某市电网共回收废旧变压器油51.5 t, 其中主变压器废油34.2 t, 配电变压器油17.3 t。

目前已有电网公司进行低品质变压器油现状调研并出台废旧变压器油合规处置体系建设方案, 相关单位应依法合规地进行低品质变压器油的收集、运输和处置。 已有研究中有劣化变压器油工厂化的循环回收工艺机理, 开展了集中模块式滤油小试装置的建设, 提出了适应未来集中工业化劣化变压器油回收利用的可行性分析, 低品质变压器油能够通过回收处理后实现再利用。

1.1 废油的储存

针对危险废物集中存储的标准要求, 目前某公司已建设可存储200 t 以上油量的储存场所, 并取得相关资质, 还委托具有危化品运输资质单位进行专业化运输, 将废油转运到劣化变压器油集中存放场所, 为后续劣化变压器油的再生工作做好准备。

1.2 废油的分类

由于不同来源的变压器废油存在差异, 后续的再生处置可进行差异化处理。 根据DL/T 1419—2015 《变压器油再生与使用导则》 和油质特征,对存贮中心集中存放的油进行分析检验后, 分为四类进行归集, 再根据类别进行再利用处理。 分类时需对废油进行检验, 包括油品外观、 水分、 耐压、酸值、 界面张力等, 将油品按不同来源和油质分四类归集: 一类, 高电压等级电气设备退役产生的劣化变压器油, 经检测合格、 满足低电压等级电气设备要求的, 直接用于低等级电气设备； 二类, 高电压等级电气设备退役产生的劣化变压器油, 经检测不合格、 无法满足低电压等级电气设备要求的, 经再生处理, 检测合格后, 用于相应等级的电气设备； 三类, 高电压等级电气设备退役产生的劣化变压器油, 经检测不合格、 无法满足低电压等级电气设备要求的, 经再生处理, 检测合格后, 暂存于油务处理中心备用； 四类, 无法再利用的劣化变压器油, 按照危险废弃物处置流程, 依法合规暂存。 劣化油分类归集统计情况见表1。

表1 劣化油分类归集统计

2 变压器废油的处理

2.1 废油的再生处理

当麦耶斯指数≥2 000 时可循环使用； 当麦耶斯指数介于1 000 与2 000 之间, 采用吸附法对废油再生处理, 可降电压等级使用； 当麦耶斯指数介于500 和1 000 之间, 也可采用吸附法对废油再生处理, 随后降电压等级使用[13－14], 具体见表2。

表2 废旧变压器油分类标准和处理方法应用示例

废旧变压器油的吸附处理主要采用自研的XDK系列吸附剂, 与当前国内外同类技术相比较, 具有优异的脱色、 脱酸和降介损能力, 而且亲水性能好,能优先吸附水分, 如图1 所示。 目前该领域已有大量应用研究, 并有多项国家专利[15－20]。 XDK 系列吸附剂用途广泛, 适用于再生劣化的变压器油、 汽轮机油、 电厂抗燃油、 植物油和柴油等, 也可用于其他润滑油的再生处理。 利用XDK 系列吸附剂处理各种劣化的绝缘润滑油, 具有成本低、 效果好、 速度快、 油耗小、 处理程序简单的优点。

图1 吸附剂实物及应用图

根据废油分类, 一类油品无需进行吸附处理,可直接用真空滤油机进行过滤, 在过滤期间分别在8 h、 16 h、 24 h、 48 h 时取样分析水分、 耐压参数, 直至满足运行油质量标准。 二类油通常是黄色透明的外观, 先利用塔式滤袋除杂, 再按油重3%进行吸附, 使用XDK 系列吸附剂约0.93 t, 最后通过真空滤油机处理, 并分别在滤油24 h、 48 h、72 h 时取样分析水分、 耐压、 酸值, 直至满足运行油质量标准。 分析结果表明劣化油处理后, 介损值可降低到0.1%以下。 三类油的外观为褐色, 可先采用塔式滤袋除杂, 再按油重5%进行吸附, 使用XDK 系列吸附剂0.29 t, 最后经过真空滤油机的处理, 期间分别在滤油24 h、 48 h、 72 h、 96 h 时取样分析界面张力、 水分、 耐压、 酸值。 分析结果表明劣化油处理后, 介损值可降低到0.1%以下、 酸值降至0.28, 满足运行油质量标准。 四类油的外观发黑、 状况差, 麦耶斯指数＜500, 从技术和经济的角度无处理价值, 暂时存储在存贮中心, 按危险废物流程处置。 具体的变压器废油处理流程如图2 所示。

图2 变压器废油处理流程

待油品处置完毕后, 需对油进行取样质量分析, 判断油品是否达到GB/T 7595—2017 《运行中变压器油质量》 规定的指标。 如达到标准, 则进入专业油罐存放流程, 作为再生油备用； 如未达到标准, 则需重新进行处理, 直至达到运行变压器油质量指标为止。 再利用前, 需对储存油再一次进行试验分析, 要求油质满足检修变压器电压等级的质量要求, 防止油品在储存过程中出现质量不达标的情况。 最后, 进行再利用后跟踪试验分析, 再生油在设备中运行一段时间后, 需对变压器油进行质量跟踪, 以便掌握再生油的使用状况。 研究发现, 通过XDK 系列吸附剂的处理, 废变压器油的水含量、介损值、 击穿电压等电气性能指标可达到标准GB 2536—2011 中变压器油的标准, 一方面减少或杜绝了污油排放污染环境, 起到保护周边环境的作用, 另一方面吸附后的废旧吸附剂可用于回收再生处理和水处理, 既节约了能源以再生利用, 又节约了生产成本和减少了石油能源消耗。

2.2 废油的处置结果

2021—2022 年某公司回收劣化变压器油50.8 t, 劣化油再利用达47.1 t, 减少了同等质量的新购变压器油。 由于变压器油分成了4 类, 且每类价格不一样, 因此分类处理后的总成本远低于不分类的油品。 据统计, 劣化变压器油运输、 处理成本约为0.2 万元/t, 新变压器油购置成本约为0.7万元/t, 共产生间接效益23.55 万元。

退役的变压器油经过收集、 转运、 储存及处理后可再利用于低电压等级的变压器中, 并且运行情况良好, 有效解决了废旧变压器油难以处置的环保难题。 通过回收再利用47.1 t 劣化变压器油, 按原油炼制变压器油约10 ∶1 的消耗量, 减少消耗不可再生石油资源471 t, 可减少因生成该石油产品产生的二氧化碳排放131.6 t。

通过变压器油循环再利用商业模式的运作, 能实现变压器油在电力设备循环再利用方式的突破,延长变压器油使用周期, 减少化石能源消耗, 极大降低对环境的影响, 同时为变压器生产厂家节约生产成本, 是循环经济的有力体现。

3 结语

针对变压器废油的堆存问题, 本文介绍了对废弃变压器油的处理与再利用, 经过废油的收集、 储存, 并对油品按照麦耶斯指数分类和区分化处理,实现废变压器油在电力设备循环再利用方式的突破, 明显延长了变压器油的使用周期, 在降低对环境影响的前提下, 节约了油品处理和新油购置的成本。