Powrót na stronę główną
E-mail do autora

Część 4 (rozdziały: 9, 10 i 11)

ROZDZIAŁ
[Rozmiar: 1603 bajtów] [Rozmiar: 904 bajtów]
9. ZAGADNIENIA RECYKLINGU SF6








Regenerator gazu SF6

W dyskusji nad wpływem SF6 na atmosferę ziemską jest często przyjmowane (niesłusznie) założenie, że cała wyprodukowana ilość tego gazu zostanie ostatecznie uwolniona do atmosfery. Jednakże, w przeciwieństwie do innych wytworzonych przez człowieka gazów, SF6 zastosowany w urządzeniach elektroenergetycznych, nie musi tam trafić. Jak wspomniano w rozdziale 3, produkcja, eksploatacja i likwidacja urządzeń z sześciofluorkiem siarki spełniają założenia strategii „Czystszej Produkcji” - strategii ochrony środowiska, zdefiniowanej i zalecanej w rozdziale 30 Globalnego Programu Działań Konferencji ONZ nt. „Środowisko i Rozwój” (w Rio de Janeiro, czerwiec 1992 roku), zwanego popularnie Agendą 21. „Czystsza Produkcja” to zapobieganie powstawaniu odpadów od produkcji do likwidacji urządzenia. Jedną z opcji realizacji tej strategii jest proces recyklingu (recyrkulacji).

Obecnie, gdy już w Polsce coraz więcej przedsiębiorstw ubiega się o certyfikację zarządzania środowiskowego wg norm międzynarodowych serii ISO 14000, trudno się godzić na ewentualne, niefrasobliwe emitowanie SF6 do atmosfery w przypadku likwidacji urządzenia. W tej sytuacji poddawanie SF6 recyklingowi jest logicznym etapem jego użytkowania. Zagadnienia recyklingu są omówione w tym rozdziale w oparciu o dwie publikacje Electry [20, 21]. Szczegółowe wyjaśnienia dotyczące recyklingu znajdą zainteresowani w Technicznej Broszurze CIGRE nr 117. Termin recykling (ang. Recycling) należy rozumieć jako połączenie regeneracji i ponownego użycia na miejscu zainstalowania urządzenia energetycznego, lub oczyszczenie gazu u producenta, gdy nie może być on łatwo zregenerowany na miejscu, aż po nieszkodliwe dla środowiska naturalnego ostateczne usunięcie SF6 z ekocyklu. Postępowanie to powinno być wspierane odpowiednimi normami międzynarodowymi, procedurami i użyciem odpowiedniego sprzętu. Korzyści jakie z tego wypływają są następujące:
* zgodność z publiczną polityką na świecie, aby unikać uwalniania gazów,pochodzących z działalności człowieka, do środowiska naturalnego,
* zachowanie wartościowych substancji (właściwe dla recyklingu),
* demonstracja dobrowolnego wysiłku, aby ograniczyć emisję gazów bezkonieczności formalnych regulacji wydanych przez władze.

W przeszłości najważniejszą kwestią była minimalizacja wycieków z urządzeń. Postęp w dziedzinie szczelności aparatów elektroenergetycznych z SF6 dał rezultat w ograniczeniu wycieków do wartości rzędu 0,1% rocznie. Pojawiły się też typy urządzeń „uszczelnionych na cały okres eksploatacji”, które nie wymagają żadnej obsługi (dopełniania) w całym okresie eksploatacji. Teraz zagadnieniem najważniejszym jest zapobieganie świadomemu wypuszczaniu SF6 z urządzeń do atmosfery – podczas remontów lub likwidacji instalacji. Ponieważ okres eksploatacji aparatów z SF6 jest długi, mamy zatem czas na planowe przygotowanie i polskiej energetyki do realizacji procedur recyklingu. Zastosowanie w praktyce technicznej recyklingu SF6 wymaga:
1. urządzeń elektroenergetycznych z SF6 konstruowanych w ten sposób, aby ułatwić procedurę recyklingu,
2. odpowiedniej obsługi gazu i procedur recyklingu,
3. odpowiedniej obsługi gazu i wyposażenia przeznaczonego do jego recyklingu,
4. znajomości Ąródeł i wielkości zanieczyszczeń jakich można oczekiwać w SF6 używanymw instalacji energoelektrycznej,
5. norm dotyczących czystości zregenerowanego SF6, który ma byćponownie użyty w wyposażeniu elektrycznym,
6. metod sprawdzania jakości zregenerowanego gazu,
7. mając na względzie długotrwałą perspektywę, dodatkowo, jest wymaganyprojekt całkowitego zniszczenia SF6, zapomocą którego gaz może zostać ;wyeliminowany z ekocyklu poprzez transformację w substancje nieszkodliwe dla środowiska naturalnego.

Interesujące, z punktu widzenia świadomości użytkowników urządzeń z SF6 wobec problemów obsługi i recyklingu gazu, są wyniki ankiety Specjalnej Komisji CIGRE (WG 23.10). Z odpowiedzi ankietowanych wyniknęły następujące kwestie:
* obecnie występuje niewielki dostęp do procedur i urządzeń przeprowadzenia recyklingu SF6,
* tylko użytkownicy wysokonapięciowej aparatury łączeniowej i izolowanych SF6 rozdzielnic osłoniętych, poddają gaz recyklingowi.
* powody dla których nie poddaje się SF6 recyklingowi to koszty sprzętu i siły roboczej i niezwykle surowe wymagania czystości nowego gazu,wprowadzone przez standardy IEC 376, które zostały określone przez kilku producentów, aby zapewnić prawidłowe funkcjonowanie sprzętu,
* wyposażenie do obsługi i recyklingu SF6 jest dostępne w szerokim zakresie na rynku – od bardzo prostego do skomplikowanego.
* obecnie stosowane procedury recyklingu są zróżnicowane i w dużym zakresie wzajemnie niezgodne, niekonsekwentne a nawet sprzeczne,
* kryteria czystości w stosunku do gazu poddanego już recyklingowi różnią się od siebie w bardzo dużym zakresie,
* ilościowa znajomość obecnych wycieków i strat gazu przy obsłudze jest często nie wystarczająca,
* szacowane koszty i korzyści związane z recyklingiemgazu bardzo sięróżniły w ocenie ankietowanych.

Na tej podstawie sformułowano następującą konkluzję: "uświadomiono sobie potrzebę recyklingu SF6, ale instrukcje i poradniki zawierające szeroki zakres zaleceń dotyczących obsługi i recyklingu, ciągle są jeszcze pilnie potrzebne. Jak również są konieczne realistyczne normy dotyczące czystości dla zregenerowanego SF6, który ma być ponownie użyty w wyposażeniu energoelektrycznym". Omówienie w zarysie zaleceń dotyczących procedury recyklingu i sugestii ustaleń przyszłych norm dotyczących czystości gazu [21] wymaga zdefiniowania kilku terminów użytych w tekście:
* regenerator – urządzenie przeznaczone do oczyszczania używanego gazu w celu ponownego użycia w zainstalowanym urządzeniu energetycznym,
* gaz zregenerowany – sześciofluorek siarki, który został poddany
procesowi w regeneratorze,
* odzyskiwanie – przekazanie gazu pochodzącego z urządzenia elektroenergetycznego z SF6 do regeneratora,
* przechowywanie – tymczasowe przechowywanie zregenerowanego na miejscu gazu,
* ponowne użycie – użycie zregenerowanego gazu do ponownego napełnienia nim urządzenia elektroenergetycznego z SF6,
* wymagania czystości dla ponownego użycia – maksymalne poziomy zanieczyszczenia, które można tolerować, a które zregenerowany gaz musi spełniać, aby nadawał się do ponownego użycia,
* dalsza obróbka – dodatkowy proces oczyszczania, który jest wymagany dla gazu nie spełniającego wymagań czystości dla ponownego użycia,
* ostateczne zniszczenie – transformacja gazu w substancje, które mogą być zarówno użyte w innych celach jaki zniszczone w sposób nieszkodliwy dla środowiska (strategia „Czystszej Produkcji”),

Recykling – w kontekście całego rozdziału termin ten należy rozumieć w ten sposób, aby zawrzeć w tym pojęciu wyżej zdefiniowane procesy odzyskiwania, regeneracji, przechowywania, ponownego użycia, dalszej obróbki i ostatecznego zlikwidowania (zniszczenia).




ROZDZIAŁ
[Rozmiar: 1603 bajtów] [Rozmiar: 2106 bajtów] [Rozmiar: 904 bajtów]
10. ZANIECZYSZCZENIE GAZU SF6 i TEGO SKUTKI

Zagadnienie powstawania zanieczyszczeń w sześciofluorku siarki zostało w zasadzie już omówione w rozdziałach 3 i 4. Tam zwrócono głownie uwagę na rozpad gazu w wyniku normalnej (wyłączniki) lub awaryjnej pracy urządzeń, a następnie na zagrożenie jakie te zanieczyszczenia stanowią dla obsługi. Ponieważ stan gazu ma zasadnicze znaczenie dla procesu recyklingu, warto pokrótce omówić zagadnienie powstawania zanieczyszczeń w SF6 z tego punktu widzenia. Zanieczyszczenia SF6, które mogą być generowane w urządzeniach elektroenergetycznych, wywodzą się z sześciu głównych Ąródeł, mianowicie:
1. obsługa gazu (napełnianie i dopełnianie aparatów),
2. wycieki (wskutek nieszczelności),
3. zanieczyszczone powierzchnie: obudów, elementów konstrukcji, urządzeń adsorbujących,
4. produkty rozpadu SF6 w wyniku wyładowań elektrycznych,
5. wtórne reakcje chemiczne,
6. mechaniczne generowanie cząstek pyłu w urządzeniu.

Powietrze zostawione w osłonie podczas wykonania próżni przed napełnieniem SF6 i wprowadzone przy napełnianiu i dopełnianiu wyposażenia, gdyż pozostaje ono w przewodach i zaworach, może zostać mimowolnie dodane do SF6. Jest to zwykle efekt błędów obsługi lub użycia niesprawnego sprzętu i może stanowić duże zanieczyszczenie. Ilość powietrza (i nawet kurzu), która jest wprowadzona w ten sposób, może być zmniejszona poprzez:
- odpowiednią konstrukcję przewodów i zaworów,
- przestrzeganie odpowiedniej procedury obsługi,
- dokładne wypompowanie powietrza z obudowy, zanim napełni się wyposażenie SF6, (np. poniżej 1 milibara).
Zanieczyszczenie gazu przez przeciek to efekt wnikania (dyfundowania) powietrza i wilgoci do osłon ciśnieniowych z zewnątrz, ponieważ cząstkowe ciśnienie powietrza i wilgoci (pary wodnej) na zewnątrz osłony jest wyższe niż wewnątrz. Główne ścieżki przecieków mogą stanowić: porowatość osłony (osmoza), uszczelnienia elementów ruchomych, oraz pierścienie uszczelniające typu „O”. Osmoza przez elementy metalowe i izolacyjne jest w praktyce nieistotna, ponieważ współczynniki dyfuzji powietrza i pary wodnej w tych materiałach są bardzo małe. Większe znaczenie mają „ścieżki” przez uszczelnienia.

Wilgoć i powietrze są adsorbowane na wewnętrznych powierzchniach obudów i na powierzchniach elementów przed ich zmontowaniem, zwłaszcza jako pozostałość po ich czyszczeniu. Materiały polimeryczne zawierają wilgotność w swoim wnętrzu i okazują się być najważniejszym Ąródłem wilgoci w gazie. Urządzenia adsorpcyjne, które nie są poprawnie obsługiwane (aktywowane) mogą zawierać zarówno wilgoć i powietrze, jak i adsorbować produkty rozpadu SF6, które z kolei mogą być uwalniane podczas procesu opróżniania (próżnia) lub przy podwyższonej temperaturze. Ilości substancji, które uległy adsorpcji są trudne do oszacowania, ponieważ zależą one od użycia specyficznych materiałów, metod produkcji, kontroli jakości oraz od montażu i procedur napełniania, konserwacji i obsługi. Zanieczyszczenie SF6, wskutek wyładowań elektrycznych, było dość szczegółowo omówione w rozdziale 4. Dlatego teraz tylko kilka zdań podsumowania tego zagadnienia. Wiemy już, że SF6 ulega częściowo rozpadowi przez wyładowania elektryczne, które można pogrupować na cztery główne typy:
- wyładowania koronowe niezupełne,
- wyładowania iskrowe,
- łuki przy wyłączaniu prądów,
- łuki wewnętrzne.

Pierwsze z nich, występujące tylko w przypadku defektów i wad izolacji, wnoszą stosunkowo małe ilości zanieczyszczeń. Drugi typ wyładowań pojawia się przy dużej ilości wad izolacji lub w trakcie operacji łączeniowych. Powstaje wtedy podobny rodzaj produktów rozpadu co w wyładowaniach koronowych, ale ich ilość i skład są inne. Na przykład w przedziałach odłącznikowych są bardzo małe, ponieważ jednostki te rzadko działają i przerywają jedynie małe prądy pojemnościowe. Wyższe ilości mogą być tylko skumulowane przy poważnych wadach izolacji, powodujący-
ch stałe powstawanie wyładowań iskrowych, oraz gdy przedział z taką wadą nie jest wyposażony w adsorber. Znacznych ilości zanieczyszczeń można spodziewać się w aparatach, w których z zasady działania występuje łuk łączeniowy. W wyłącznikach łuk podczas wyłączania dużego prądu jest przyczyną erozji materiałów stykowych i dysz w wyniku oddziaływania gorącej plazmy łukowej. Główną przyczyną dekompozycji, rozpadu SF6, jest reakcja tych produktów erozji materiałów z fragmentami termicznie zdysocjowanego SF6 i innych gazów śladowych, takich jak powietrze i para wodna. Najważniejsze z tych reakcji opisują następujące sumaryczne wzory:
            Cu + SF6 → CuF2 + SF4
            W + 3 SF6 → WF6 + 3 SF4
            CF2 + SF6 → CF4 + SF4

Pierwsze dwie reakcje są związane z materiałem pochodzącym ze styków opalnych, do produkcji których są używane zwykle miedĄ (Cu) i wolfram (W). Ostatnia reakcja powstaje wskutek erozji PTFE (polimer CF2), który jest stosowany na dysze. CuF2 to substancja stała (proszek). Dwa gazy SF4 i WF6 są bardzo reaktywne, ale w znacznej ilości są usuwane z objętości gazu poprzez:
- adsorpcję z następującą potem transformacją poprzez reakcję chemiczną,
- wtórne reakcje chemiczne w gazie, głównie hydrolizę z pozostałością wilgoci w gazie,
- wtórne reakcje na powierzchni osłon, głownie hydrolizę z wilgocią zaabsorbowaną z powierzchni i reakcje z tlenkami / wodorotlenkami metali i zawierającymi krzem substancjami, takimi jak filtry kwarcowe i izolatory polimeryczne.

W aparaturze łączeniowej adsorbcja w filtrach (do tego celu) jest dominującym mechanizmem usuwania produktów rozpadu. Dwa pozostałe procesy są relatywnie nieistotne z ilościowego punktu widzenia. Dzięki adsorbentom, praktycznie tylko w rzadkich przypadkach, gdy są wyłączane często bardzo duże prądy, może zaistnieć w krótkim czasie duże stężenie zanieczyszczeń.
Po kilku godzinach lub dniach, stan ten ulega poprawie, zdeterminowanej okresem i skutecznością adsorpcji.

Łuki wewnętrzne są rezultatem przebicia izolacji stałej lub nieprawidłowego wyłączania przez aparaturę łączeniową i zdarzają się niezwykle rzadko. W tych przypadkach łuk najczęściej zapala się między elementami metalowymi, które nie są na łuk odporne, np. wykonanymi z aluminium, miedzi i stali. Materiały podlegają bardzo dużej erozji łukowej. Stężenie produktów zanieczyszczających SF6 może w takich przypadkach osiągać wysoki poziom (do kilku procent objętości gazu).
Mechaniczne generowanie cząstek pyłu jest głównie ze styków. W prawidłowo zaprojektowanym łączniku, cząstki wycieranego metalu, powinny opadać w obszar, w którym nie mają żadnego wpływu na stan izolacji. Jeżeli jednakże wpadną w obszar wysokonapięciowego pola elektrycznego, np. na powierzchnię przegrody izolacyjnej, mogą one spowodować przeskok po powierzchni izolatora i ostatecznie doprowadzić do wyładowania łukowego. W procesie recyklingu trzeba zawsze skutecznie usuwać te cząstki. Skutki omówionych kolejno zanieczyszczeń SF6 można ująć w następujących punktach:
* zagrożenie dla zdrowia i środowiska naturalnego,
* korozja materiałów,
* pogorszenie wytrzymałości izolacyjnej przerwy między-stykowej,
* pogorszenie wytrzymałości powierzchniowej izolacji,
* pogorszenie zdolności łączeniowej aparatów,
* zmiana odprowadzania ciepła.
W opracowaniu [21] całkowity obraz najważniejszych zanieczyszczeń, ich Ąródeł i efektów niszczących, oraz poziomy do zregenerowania i wykrywania, są omówione szerzej.




ROZDZIAŁ
[Rozmiar: 1603 bajtów] [Rozmiar: 2106 bajtów] [Rozmiar: 904 bajtów]
11. PROCES RECYKLINGU SF6




























































































KONIEC
VADEMECUM

Podstawowe cechy jakie powinien spełniać proces recyklingu przedstawia schemat obok. SF6 jest wypompowywany z instalacji poprzez filtr do zbiornika magazynującego. Jeżeli wiadomo, że gaz jest w dużym stopniu rozłożony, jeżeli reakcje gazowe są daleko posunięte (na przykład po nieprawidłowym, nienormalnym wyładowaniu łukowym), używa się dodatkowego filtru przed pompą.

Gaz znajdujący się w zbiorniku magazynującym jest poddawany sprawdzeniu przez detektor jakości SF6. Jeżeli spełnia on wymagania czystości dla ponownego użycia, instalacja może zostać nim ponownie napełniona. Jeżeli nie spełnia on określonych wymagań może być albo przeznaczony do dodatkowej obróbki w specjalnym urządzeniu czyszczącym, albo może zostać zniszczony. Proces recyklingu zwykle jest zakończony ostatecznym sprawdzeniem jakości gazu, którym ponownie wypełniono urządzenie elektroenergetyczne. Regeneratory, służące do praktycznego przeprowadzenia tego procesu na SF6 dostępnym na rynku, są już dawno używane. Są one osiągalne, możliwe do nabycia i zainstalowania na stałe. Obecnie maleją ich koszty, ulepsza się sposób działania, zmniejsza się gabaryt aż do sprzętu przenośnego, nadającego się do obsługi mniejszych ilości gazu. Dodatkowo jest dostępny sprzęt do obróbki gazu silnie zanieczyszczonego. Jakość, otrzymanego w wyniku recyklingu SF6, może być sprawdzona przez dostępny na rynku sprzęt mierzący zawartość wilgoci, produktów rozpadu oraz objętość gazu nie będącego SF6 (domieszek). Najważniejsze cechy charakterystyczne działania regeneratora to:
* zdolność do przechowywania SF6 – Mst [kg],
* ciśnienie przechowywania – pst [kPa] lub [bar],
* metody przechowywania,
* ciśnienie dla pozostałości po odzyskaniu – pres [kPa] lub [mbar] (ciśnienie pozostałości w urządzeniu elektrycznym, poniżej którego gaz nie może zostać odzyskany i sprężony do poziomu ciśnienia przechowywania pst),
* wskaĄnik działania sprężarki – pst/pres,
* prędkość odzyskiwania [m3/min]: czas potrzebny na opróżnienie objętości gazu równej 1m3 o ciśnieniu atmosferycznym poprzez obniżenie go do ciśnienia pozostałego powietrza (1mbar),
* prędkość ponownego napełnienia [kg/min]: czas potrzebny na napełnienie, gazem znajdującym się w zbiorniku magazynującym pod określonym ciśnieniem przechowywania, urządzenia elektroenergetycznego tak, aby gaz miał już określoną wartość ciśnienia działania aparatu,
* kontrola sprawności działania, odporności na uszkodzenia (aby uniknąć zanieczyszczenia gazu poprzez nieprawidłową obsługę),
* ułatwienia przy wymianie / obsłudze / usuwaniu filtru.
Wszystkie wymienione powyżej prędkości przeprowadzania procesów odnoszą się do poziomów, przy których nie ma strat przy przepompowywaniu pomiędzy urządzeniem elektroenerge-tycznym a regeneratorem.

Ponowne użycie zregenerowanego (tzn. odzyskanego i oczyszczonego) gazu powinno nastąpić po usunięciu powietrza z urządzenia elektroenergetycznego przy pomocy pompy próżniowej (używając rurek do odzyskania) i wtedy należy ponownie napełnić to urządzenie gazem ze zbiornika magazynującego, stosując sprężarkę tłokową dla SF6 (używając rurek do ponownego napełniania). Osobne użycie rurek do odzyskania i ponownego napełniania, ma na celu uniknięcie szczególnego zanieczyszczenia gazu. I jeszcze uwaga: odpowiedni typ i rozmiar urządzenia do regeneracji SF6 powinien być wybrany mając na uwadze jakość gazu i jego ilość. Należy brać pod uwagę czy urządzenie do regeneracji może być transportowane czy powinno pozostawać na stałym miejscu.
Zarówno z ekologicznego i jak i ekonomicznego punktu widzenia jest pożądane, aby utrzymywać w SF6 zanieczyszczenia na niskim poziomie tak, aby było można wykonać wielokrotnie regenerację gazu w miejscu zainstalowania urządzenia elektroenergetycznego. Ta sama porcja SF6 powinna być używana podczas badań wyrobu, instalowania, konserwacji i napraw. Kiedy graniczne poziomy są już w urządzeniu osiągnięte, gaz powinien zostać wycofany z eksploatacji. Powinien on po regeneracji być przekazany do wykorzystania w nowo instalowanym urządzeniu.

Zatem powinien być w ciągłym użyciu. Takie ciągłe używanie gazu będzie możliwe jeśli zostanie zagwarantowany wysoki poziom jego jakości, aby mógł on spełniać swoje funkcje wielokrotnie. Może to być osiągnięte tylko przez odpowiednią obsługę gazu i regenerację wykonywaną w miejscu zainstalowania urządzeń energetycznych. Użytkownicy małych ilości SF6 i bardzo rzadko wykonujący obsługę gazu (np. wymianę) mogą uważać, iż inwestowanie we własne urządzenia do oczyszczania gazu jest bardzo kosztowne. Wtedy może być bardziej opłacalne korzystanie z usług serwisowych specjalnych przedsiębiorstw.

Wydaje się celowe powołanie w krajowej energetyce, „sekcji obsługi SF6” (pracowników odpowiednio przeszkolonych), która byłaby wyposażona w samochód z pełnym zestawem urządzeń do recyklingu i pomiarów stanu SF6. Sekcja taka może mieć również za zadanie przeglądy i generalne remonty (związane z demontażem aparatów) urządzeń elektroenergetycznych z sześciofluorkiem siatki.

Zgodnie z obietnicą w „główce strony” rozwinąłem treści dotyczące zastosowania sześciofluorku siarki w aparatach elektroenergetycznych. Wykorzystałem wiedzę gromadzoną przez wiele lat pracy zawodowej. Do tej wielostronicowej broszurki załączam spis literatury, co może być przydatne, zwłaszcza dla studentów poznających zagadnienia związane ze stosowaniem SF6.

Uwaga!
Dla mnie bardzo interesujące będą uwagi przesłane emeilem (kontakt). Za takowe z góry dziękuję!


↑ Wracam "do góry" ↑



E-mail do autora


Główna

  STRONA  

Następna
[Spis literatury]