一種GIS母線SF6濃度超標(biāo)問題的解決方案

摘 要：SF6（六氟化硫）是《京都議定書》中明確的六種溫室氣體之一，在所有溫室氣體中其破壞程度最高，電力行業(yè)企業(yè)都在積極研究新方法減少SF6氣體的排放。本文通過研究漏孔與漏率的參數(shù)，選用合適的材料，提出了新的減少SF6氣體泄漏的方案。對(duì)大量應(yīng)用SF6的企業(yè)起到了積極的意義。

關(guān)鍵詞：SF6;漏孔;材料

1 概述

SF6（六氟化硫）是《京都議定書》中明確的六種溫室氣體之一，在所有溫室氣體中其破壞程度最高，其溫室效應(yīng)系數(shù)是CO2的23900倍，而且它在大氣中的壽命長達(dá)3200年。據(jù)統(tǒng)計(jì)，僅2010年全球電力系統(tǒng)的SF6氣體泄漏量就近2200噸，對(duì)社會(huì)環(huán)境影響巨大。電力行業(yè)是SF6氣體應(yīng)用的大用戶，國網(wǎng)、南網(wǎng)及西電集團(tuán)等電力企業(yè)對(duì)SF6的泄漏與排放尤為重視，在各大電站的建設(shè)安裝初期即建立了嚴(yán)格的檢測(cè)體系，嚴(yán)密監(jiān)測(cè)SF6氣體的滲漏與排放。

日前，國內(nèi)某電站安裝完成后，采用包扎檢漏法檢測(cè)SF6氣體的泄漏率，按工藝規(guī)程，將其密封面包扎5小時(shí)后，SF6濃度（體積比）升高不得大于25ppmV。現(xiàn)場安裝后檢漏試驗(yàn)時(shí)，實(shí)測(cè)升高約為30ppmV，與用戶要求不一致。通過研究現(xiàn)場情況，試驗(yàn)新型密封材料，取得了良好的試驗(yàn)效果。

2 現(xiàn)場試驗(yàn)方案

根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T11023《高壓開關(guān)設(shè)備六氟化硫氣體密封試驗(yàn)導(dǎo)則》要求，GIS母線年泄漏量小于0.5%，筒體充SF6氣體壓強(qiáng)小于0.45MPa，每立方容積SF6氣體的質(zhì)量約為28.7kg，則每年允許泄漏量約140g。但實(shí)際生產(chǎn)單位的泄漏量遠(yuǎn)低于國家標(biāo)準(zhǔn)。

泄漏率的單位一般是1mbar·L/s或1mbar·cm3/s，指的是在1升容積的密閉真空容器內(nèi)，壓力每秒升高1mbar;或者是在正壓的情況下，每秒下降1mbar。根據(jù)氣體的狀態(tài)方程（2.1），則可計(jì)算出氣體的泄漏量：

lt;E：＼123456＼中小企業(yè)管理與科技·上旬刊201510＼1-297＼190-1.jpggt; （2.1）

其中：R=83.14mbar·l/mol·k;T=298.15 K（25℃時(shí)熱力學(xué)溫標(biāo)）;M=146.05g/mole（SF6摩爾質(zhì)量）;Δm：質(zhì)量單位為g;Δt：時(shí)間單位為s。

當(dāng)SF6年泄漏量在0.5%時(shí)，SF6氣體的泄漏率計(jì)算方案如下：

lt;E：＼123456＼中小企業(yè)管理與科技·上旬刊201510＼1-297＼190-2.jpggt;lt;E：＼123456＼中小企業(yè)管理與科技·上旬刊201510＼1-297＼190-2.jpggt;

因采用包扎檢漏，泄漏總?cè)莘e不大于10L，5小時(shí)后檢漏濃度約在15ppm時(shí)，該密封面的5小時(shí)泄漏量如下：

lt;E：＼123456＼中小企業(yè)管理與科技·上旬刊201510＼1-297＼190-3.jpggt;

lt;E：＼123456＼中小企業(yè)管理與科技·上旬刊201510＼1-297＼190-3.jpggt;

lt;E：＼123456＼中小企業(yè)管理與科技·上旬刊201510＼1-297＼190-3.jpggt;

該密封面的年泄漏量為：

lt;E：＼123456＼中小企業(yè)管理與科技·上旬刊201510＼1-297＼190-4.jpggt;

該密封面的泄漏率為：

lt;E：＼123456＼中小企業(yè)管理與科技·上旬刊201510＼1-297＼190-5.jpggt;

lt;E：＼123456＼中小企業(yè)管理與科技·上旬刊201510＼1-297＼190-5.jpggt;

注意，本計(jì)算方案考慮包扎后的體積為10L，但實(shí)際留存空間因包扎緊密，可能會(huì)遠(yuǎn)小于10L，實(shí)際的泄漏量會(huì)更小。參與實(shí)際情況與計(jì)算結(jié)果對(duì)比，該密封面的實(shí)際泄漏量小于國標(biāo)2～3個(gè)數(shù)量級(jí)。通常GIS母線每4到5節(jié)一個(gè)氣室，每個(gè)氣室的密封面考慮支撐絕緣子、分子篩孔，手孔等處的密封面，一般一個(gè)氣室的密封面在15～20個(gè)左右，氣室的總泄漏量仍小于國標(biāo)1～2個(gè)數(shù)量級(jí)。

表2.1描述了容器內(nèi)真空環(huán)境時(shí)，漏孔與漏率的參數(shù)對(duì)應(yīng)關(guān)系。根據(jù)表中參數(shù)，當(dāng)容器外殼有0.01mm的漏孔時(shí)，容器內(nèi)部真空，容器外部一標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，則漏孔的漏率為1x10-2 mbar·l·s-1。比照此參數(shù)表，可方便對(duì)漏孔有個(gè)直觀的印象。因表2.1的漏率值按真空環(huán)境計(jì)算，正壓時(shí)僅可參照。

表2.1 "漏孔參數(shù)表

[孔徑＼amp;漏率（mbar·l·s-1）＼amp;備注＼amp;0.1 mm

0.01mm

1.0μm

0.1μm

0.01μm＼amp;1

1x10-2

1x10-4

1x10-6

1x10-8＼amp;

防水

防菌

防病毒

＼amp;]

3 新材料選用

3.1 現(xiàn)有材料

目前，丁晴橡膠及聚四氟乙烯是常見的密封材料，具有高度的化學(xué)穩(wěn)定性，不易腐蝕，可在-190-250℃間，-0.1～6.4MPa間正常工作。但作為靜密封材料，它在高強(qiáng)度擠壓或長時(shí)間連續(xù)載荷后發(fā)生塑性變形，影響非常致命。在有交變載荷下（如壓縮機(jī)連接部位等），螺紋預(yù)緊力在振動(dòng)的作用下失效，密封面無彈性恢復(fù)而失去作用。

3.2 新材料

膨脹聚四氟乙烯（Expanded PTFE）是美國杜邦公司為解決螺紋接頭的密封問題而專門研制的。膨脹聚四氟乙烯保留了普通聚四氟乙烯的化學(xué)穩(wěn)定性，同時(shí)克服了普通聚四氟乙烯部分缺點(diǎn)，如硬度過硬、恢復(fù)性差、熱膨脹系數(shù)大等，具有高度可壓縮性、抗堿腐蝕性和抗老化性。

膨脹聚四氟乙烯具有優(yōu)異的密封性能，由其制成的密封件可穩(wěn)定工作在-216～320℃之間，可承受低于20MPa的工作壓力，具有良好的耐冷流性，是高寒地區(qū)理想的密封材料，使用壽命是普通橡膠的7倍以上。

膨脹聚四氟乙烯具有高可壓縮性，可消除密封面上因機(jī)械原因產(chǎn)生的各種劃痕、縫隙，有試驗(yàn)證明，將膨脹聚四氟乙烯剪成

半環(huán)型后，搭接面經(jīng)壓縮變形后，即可形成有效密封。使用新材料做試驗(yàn)，密封面的泄漏率極低，成本控制較好，是較理想的密封材料。

4 展望

合理選用密封等級(jí)非常重要。密封等級(jí)不夠，會(huì)造成容器內(nèi)介質(zhì)流失，造成生產(chǎn)損失，嚴(yán)重的可能會(huì)引起火災(zāi)、爆炸等危險(xiǎn);密封等級(jí)過高，又會(huì)使密封材料過于昂貴、密封型式過于復(fù)雜，最終生產(chǎn)成本過高，影響企業(yè)發(fā)展。壓力容器都存在一定的泄漏量，但容器的泄漏率都必須限定在容許的范圍內(nèi)，不得影響系統(tǒng)的運(yùn)行與安全。近幾年，電力行業(yè)快速發(fā)展，合理設(shè)置密封等級(jí)，合理選用密封材料與密封型式，優(yōu)化工業(yè)設(shè)計(jì)，降低生產(chǎn)成本，會(huì)對(duì)本行業(yè)的發(fā)展產(chǎn)生積極意義。

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