工業SF6廢氣凈化再生系統研究

包偉等

【摘 要】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。隨著國家對電力系統建設的不斷投入，漏排大氣的SF6對我國大氣環境的影響日益嚴重，減排SF6已在國內社會受到高度關注。但之前國內并無專業處理SF6廢氣的機構，如果運行中SF6廢氣回收，存放空間與成本是企業面臨的最大問題。現依托平高集團的SF6氣體回收、凈化及檢測技術，研發的SF6廢氣凈化提純處理設備，在全國推廣建設SF6氣體回收凈化處理中心，對各省的開關設備的試驗和現場維修過程中所使用過的SF6氣體，進行集中凈化處理、統一檢測和統一管理，以實現SF6氣體循環再利用，解決SF6氣體對環境的污染。

【關鍵詞】SF6 回收 凈化 深冷 吸附

1前言

隨著電力系統的飛速發展，以高壓、超高壓以及特高壓為骨架的電網上升為國家意志，并列入了國務院“十二五”規劃中。作為關系國家能源安全和國民經濟命脈的重要國有骨干企業，國家電網公司不僅致力于全面落實科學發展觀，不斷提高服務水平，同時還勇于承擔社會責任，積極開展六氟化硫氣體回收處理循環利用專項治理工作。

國家電網公司明確提出“減少污染物和廢棄物排放，回收再利用六氟化硫氣體”的節能和環保要求。隨著國家加強節能減排工作政策的實施和保護環境的要求，六氟化硫氣體的回收處理循環利用工作將進入一個新的階段，不僅僅是一個經濟效益問題，而是一個企業形象、社會責任的大問題，建立六氟化硫氣體回收凈化處理中心有著重要的現實意義和綜合效益，也促進了我國環保事業的發展。

2研究目的

目前，隨著電力行業的迅速發展和技術裝備水平的提高，大量的SF6斷路器及全封閉組合電器不斷地投入建設和運行。截止目前，最早的六氟化硫電氣設備使用期限已超過20多年，有的已進行了檢修，但大多數將逐步進入檢修周期，有大量的SF6需要回收處理，SF6氣體的回收、利用及防止環境污染是急需解決的課題。在相當長的一段時間內，我國SF6的回收處理工作，尤其是處理循環利用工作沒有得到很好的重視，處于放任自流的狀態，沒有形成完善統一的管理機制和模式，氣體使用單位將氣體回收后也不能凈化處理和循環利用，這樣既帶來了安全隱患，又給環境造成了污染。近幾年來在國家的重視下，國內部分單位對此開展了一些回收處理設備的研制和管理方式的探討工作，取得了一些成功的經驗。

基于此，在國家電網公司“十二五”規劃開展電氣設備大檢修期間，開展六氟化硫回收回充設備及處理技術的研制，不僅能控制溫室氣體排放，推動 “綠色電網”建設，而且為我國環境保護事業做出卓有成效的貢獻。

3凈化再生系統關鍵技術研究

工業SF6廢氣凈化再生系統主要由基礎建設、凈化處理設備、檢測體系以及物流等幾個系統構成。其中基礎建設主要包含生產廠房、安全設施、流轉通道及庫房等幾部分。凈化處理設備是將不達標的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的方法除去。檢測體系是保證樣品氣來源成份應符合收氣標準，防止異種氣體混入；同時保證凈化后的氣體應保證符合DL/T12022《工業六氟化》出廠標準以上。物流體系應保證凈化再生系統能順利接收各電站、生產廠SF6廢氣，并與檢測體系共同監測各站點正常使用SF6，保證SF6氣體收發平衡，警示超標排放SF6氣體的站點做出預防措施，從管理體系上確保減少排入大氣環境的通道。

其中凈化處理設備是凈化再生系統中的關鍵環節，是凈化再生系統可行的根本保證。本文中研發的JHCLZX-50/60型SF6氣體凈化處理裝置，通過化學方法除去SF6經電弧擊穿后形成的HF、SO2及氟硫酰等氣態雜質，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、干燥凈化裝置、抽真空系統、冷阱系統、管路系統、電器控制系統等組成，分為處理單元、動力單元、深冷容器及深冷主機等四個模塊，各單元之間的關系如圖3-1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，除去SF6氣體中水分、塵埃顆粒等易除雜質，第二次凈化采用機械制冷式尾氣深冷分離技術，即凈化SF6氣體時，根據SF6的壓力—溫度特性曲線，利用深冷壓縮機使之加壓，同時通過熱交換器和制冷機使加壓的高溫氣體降溫，從而使SF6氣體以液態方式甚至是固態的方式貯存到容器里，實現其他雜質的分離，通過二次處理后確保SF6氣體能夠完全達到GB/T 12022《工業六氟化硫》要求，其系統工作流程如圖3-2所示。

4凈化再生系統處理流程

4.1廢氣進廠流程

（1）回收回充設備現場進行SF6廢氣的集中回收；（2） 回收的廢氣運回處理中心廠房后，進入監控檢測室檢測廢氣質量并稱重，最后存放至廢氣存放區等待處理。

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，經多次循環后，系統內會積存純度較低的氣體，這部分氣體積存較多后會使氣體液化困難，增加處理成本，需經二次循環，集中處理這部分氣體，提高處理經濟性。

4.2.1 一次處理

（1）準備SF6氣體，記錄檢測純度、濕度及設備原始壓力值；（2）打開冷卻單元；（3）接通處理單元、動力單元、深冷單元及其冷水塔電源；（4）運行深冷單元冷水塔，記錄時間、冷阱壓力和溫度值；（5）將鋼瓶車放倒后接到處理單元進氣口；（6）深冷單元制冷30 min左右時，進行以下步驟：（7）依次打開鋼瓶端手動閥和鋼瓶閥，控制開度不易過大；（8）打開處理單元總開關，電源指示燈亮，啟動散熱風扇；（9）打開處理單元進氣閥，使氣體以合適穩定的流量流進緩沖罐；（10）當緩沖罐中壓力達到一定值后，調節減壓閥，使系統出口壓力穩定，按流程記錄時間、壓力及濕度；（11）按操作規程開動力單元總開關、深冷單元進氣閥、動力單元進深冷單元接口閥，啟動壓縮機，合格氣出口閥和動力單元壓縮機進口閥，向深冷單元進氣，進氣結束后（液位報警）設備閥門全部復位，壓縮機停止，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，當觀測到SF6液化后，啟動低溫液泵，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、動力單元、深冷單元待機準備；（3）運行深冷單元，觀察冷阱壓力和溫度值；（4）使深冷單元運行30 min左右時，進行以下步驟：（5）依次打開動力單元、處理單元；（6）觀察氣體狀態，保證流量流穩定；（7）調節減壓閥，穩定出口壓力，記錄時間、壓力變化以及濕度儀值；（8）依次打開動力單元總開關、深冷單元進氣閥、動力單元進深冷單元接口閥，啟動壓縮機再依次打開處理單元合格氣出口閥和動力單元壓縮機進口閥，調節閥門控制壓力，向深冷單元進氣，進氣結束后（液位報警），將閥門全部復位，壓縮機停止，進氣過程中詳細記錄深冷單元制冷罐壓力及溫度值；（9）重復操作（10）步驟3次，抽氣結束后閥門全部復位，壓縮機停止；（10）打開深冷單元主機的“回溫”按鈕，維持溫度在-20℃左右，使容器內SF6變為液態，記錄所需時間及冷阱壓力；（11）觀察液化情況，開始灌瓶，記錄時間及灌瓶重量。

4.3 合格氣檢測流程

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

4.4氣體凈化后基本參數

SF6氣體回收凈化處理系統的氣體通過吸附器、除油過濾器和粉塵過濾器后， SF6氣體要能達到如下指標，即凈化處理后的品質符合GB/T 12022-2006《工業六氟化硫》的標準要求：

四氟化碳（CF4）的質量分數 % ≤0.04

空氣（N2+O2）的質量分數 % ≤0.04

濕度（H2O）的質量分數 % ≤0.0005

酸度（以HF計） 的質量分數 % ≤0.00002

可水解氟化物（以HF計） ≤0.00010

礦物油的質量分數 % ≤0.0004

純度（SF6）的質量分數 % ≥99.9%

生物毒性無毒 無毒

分解物總量的質量分數 % ≤0.0001

5結論與展望

SF6氣體回收凈化處理系統組合使用多種處理方法，處理流程全過程污染“零排放”、處理能力達到50kg/h以上，能確保SF6廢氣經處理后達到GB/T 12022-2006《工業六氟化硫》標準，并能做到SF6氣體處理過程中的零排放。且整套系統采用模塊化設計，組合式流程，可根據SF6源氣質量相應調整流程，以最經濟的方式處理舊氣。填補了SF6小型集中處理回用及尾氣凈化的國內空白，達到了國際先進水平。每年為電力公司節約大量SF6氣體，同時降低了環境壓力，為提升公司提升企業形象，擔當社會責任起到極大的正面意義。