陶瓷膜设备在变压器油气分离中的应用

  变压器油溶解气分析是大型充油电力设备健康监测的重要手段，通过对变压器绝缘油中的特征故障气体进行检测，因此把溶解在变压器油中的故障气体地分离出来是实现变压器实时在线监测的关键环节。

  早期应用的油气分离方法主要有多普脱气法和部分脱气法，它们基本能实现脱气，但是需要活塞做真空处理，操作繁琐，不适于在线检测使用。近年来研究比较广泛的是高分子膜溶解一渗透油气分离方法，这种方法结构简单、性能稳定。目前使用较多的高分子膜有中空纤维复合膜以及带微孔的聚四氟乙烯膜等，但这些有机高分子膜也普遍存在气体渗透率低、在线监测响应时间长的问题，油气平衡时间往往长达十几个小时甚至是数天，不能很好地满足在线监测的要求。

  相比于有机高分子膜，无机膜具有耐高温、耐微生物、化学稳定性好、机械强度高、已清洗再生和孔径分布集中等优点，已在食品、药物等液体分离领域得到应用，其中比较有代表性的就是陶瓷膜。随着陶瓷膜制备工艺的改善，其过滤孔径可达到3Onm以下，成为有机高分子膜的有力竞争对手。

  传统的有机膜油气分离机制可以用溶解扩散模型进行描述，膜的一侧直接与变压器油接触，另一侧是一个隔离出的小型气室，两侧的气体分子因热运动而逐渐趋于平衡，平衡后气相中气体体积分数与油中溶解气体的体积分数存在一定的换算关系，因此，通过测定气室中气体的体积分数便可计算到油脂中溶解气体的浓度。这种结构相对简单，在线监测上只要将膜固定好，在长期运行中很容易达到稳定可靠的性能，比其他油气分离简单，但是传统有机膜普遍存在一个缺点，平衡时间比较长。

  陶瓷膜的油气分离过程主要是依靠气体分子的热运动而使得油液内外气体浓度逐渐趋于平衡，不同的是变压器油在膜管内流动过程中会产生内压，在压力的驱动下沿垂直方向向外渗透，渗透过程中油液压力逐渐减小，导致溶解于其中的故障气体溶解度降低，从而使得气体分子更容易溢出，缩短平衡所需时间。

  这种形式的过滤相比于传统有机膜的终端过滤形式，大大增加了过滤面积，也使之容易达到较短平衡时间，终结果是含大分子组分的变压器油液被膜分离层截留，而小分子气体通过陶瓷膜管壁分离出去，从而达到油气分离的目的。