چرا جداسازی غشایی با تصفیه برودتی برای بازیابی SF₆ ترکیب می شود؟

مقدمه

بازیابی SF₆ از GIS، GIL، قطع کننده های مدار و سایر تجهیزات ولتاژ بالا، هم برای استفاده مجدد از گاز و هم برای کاهش انتشار، اهمیت فزاینده ای دارد. با این حال، بازیابی SF₆ صرفاً جمع آوری گاز نیست. هنگامی که SF₆ در طول نگهداری تجهیزات، حمل و نقل یا تعویض گاز با نیتروژن، هوا یا گازهای دیگر مخلوط شده باشد، گاز بازیابی شده ممکن است قبل از اینکه بتواند مجدداً مورد استفاده قرار گیرد، نیاز به جداسازی و تصفیه بیشتری داشته باشد.

فناوری های مختلف جداسازی را می توان برای مخلوط های گازی حاوی SF₆ به کار برد، از جمله جداسازی غشایی و جداسازی در دمای پایین. هر فناوری مزایا و محدودیت های خاص خود را دارد.

به همین دلیل، KSTONE یک رویکرد ترکیبی توسعه داده است که ترکیب می کندبازیابی SF₆ با کمک غشا با تصفیه در دمای فوق العاده پایینفراهم می کند.

به جای اتکا به یک اصل جداسازی به تنهایی، این دو فناوری عملکردهای مکملی را انجام می دهند:تصفیه برودتی جداسازی اولیه با خلوص بالا را فراهم می کند، در حالی که جداسازی غشایی به بازیابی SF₆ باقی مانده از گاز باقیمانده کمک می کند.

چرا جداسازی SF₆ چالش برانگیزتر از بازیابی ساده گاز است؟

ترکیب گاز بازیابی شده بسته به کاربرد می تواند به طور قابل توجهی متفاوت باشد.

به عنوان مثال، در طول نگهداری GIS یا GIL، SF₆ ممکن است همراه با نیتروژن یا هوا بازیابی شود. در برخی از کاربردها، مخلوط گاز ممکن است حاوی غلظت نسبتاً بالایی از SF₆ باشد، در حالی که در برخی دیگر، غلظت SF₆ می تواند بسیار کمتر باشد.

این دو نیاز متفاوت ایجاد می کند.

اول، فرآیند نیاز داردغلظت و تصفیه SF₆ به سطحی مناسب برای استفاده بیشترفراهم می کند.

دوم، فرآیند نیاز داردبه حداقل رساندن مقدار SF₆ باقی مانده در جریان گاز غیر SF₆فراهم می کند.

این دو هدف مرتبط هستند، اما دقیقاً یکسان نیستند.

فناوری که در غنی سازی SF₆ مؤثر است، لزوماً مؤثرترین فناوری برای دستیابی به خلوص نهایی بالا نیست. برعکس، فرآیندی که برای جداسازی با خلوص بالا طراحی شده است، ممکن است کارآمدترین راه برای بازیابی مقادیر ناچیز SF₆ از حجم زیادی از گاز باقیمانده نباشد.

اینجاست که یک فرآیند ترکیبی ارزشمند می شود.

جداسازی غشایی چه کاری می تواند انجام دهد؟

جداسازی غشایی از تفاوت در نفوذپذیری گاز برای انتقال انتخابی اجزای خاص گاز از طریق غشا استفاده می کند.

برای مخلوط های حاوی SF₆، فناوری غشا می تواند برایغلظت و بازیابی SF₆، به ویژه زمانی که جریان گاز حاوی غلظت نسبتاً پایینی از SF₆ است، استفاده شود.

یکی از مزایای جداسازی غشایی این است که می تواند به طور مداوم بدون نیاز به فرآیند جداسازی تغییر فاز معمولی کار کند. بنابراین می تواند به عنوان یک مرحله بازیابی مؤثر برای SF₆ باقی مانده عمل کند.

با این حال، جداسازی غشایی محدودیت های عملی دارد زمانی که انتظار می رود کل فرآیند تصفیه را به تنهایی انجام دهد.

دستیابی به خلوص بسیار بالای SF₆ و غلظت بسیار پایین SF₆ در گاز باقیمانده ممکن است نیاز به چندین مرحله غشایی، فشرده سازی اضافی و کنترل فرآیند پیچیده تر داشته باشد.

بنابراین، KSTONE جداسازی غشایی را به عنوان تنها مکانیسم تصفیه در نظر نمی گیرد.

در عوض، در جایی که بیشترین ارزش را دارد استفاده می شود:بازیابی SF₆ که پس از مرحله تصفیه اولیه در جریان گاز باقی می ماند.

چرا از تصفیه در دمای فوق العاده پایین استفاده کنیم؟

خواص فیزیکی SF₆ به طور قابل توجهی با گازهایی مانند نیتروژن و اکسیژن متفاوت است.

در دماهای به اندازه کافی پایین و تحت شرایط فشار کنترل شده، SF₆ می تواند تغییر فاز دهد در حالی که سایر اجزا در حالت فیزیکی متفاوتی باقی می مانند.

این تفاوت در رفتار فاز، مکانیسم دیگری برای جداسازی SF₆ از سایر گازها فراهم می کند.

KSTONE از این اصل از طریقتصفیه در دمای فوق العاده پایینفراهم می کند.

به جای اتکای کامل به تفاوت در نفوذپذیری غشا، این فرآیند از ویژگی های تغییر فاز متفاوت اجزای گاز بهره می برد.

نتیجه یک مکانیسم جداسازی است که به ویژه برای به دست آوردن غلظت بالای SF₆ مناسب است.

به عبارت دیگر:

جداسازی غشایی از تفاوت در نفوذپذیری استفاده می کند.
تصفیه برودتی از تفاوت در رفتار فاز فیزیکی استفاده می کند.

اینها اصول جداسازی اساساً متفاوتی هستند، به همین دلیل می توانند مکمل یکدیگر باشند.

چرا این دو فناوری را ترکیب کنیم؟

ایده کلیدی در پشت فناوری ترکیبی KSTONE این نیست که جداسازی غشایی و تصفیه برودتی یک کار را انجام دهند.

در عوض، هر فناوری نقش مشخصی به آن اختصاص داده می شود.

1. تصفیه برودتی برای جداسازی اولیه

مرحله دمای فوق العاده پایین، تصفیه اولیه گاز حاوی SF₆ را انجام می دهد.

با استفاده از ویژگی های تغییر فاز متفاوت SF₆ و سایر اجزای گاز، SF₆ می تواند جدا شده و به سطح خلوص بالا غلظت یابد.

بنابراین این مرحله مسئول عملکرد اصلی تصفیه است.

2. جداسازی غشایی برای بازیابی SF₆ باقی مانده

حتی پس از فرآیند تصفیه اولیه، گاز باقیمانده ممکن است هنوز حاوی مقدار کمی SF₆ باشد.

به جای اجازه دادن به این SF₆ برای باقی ماندن در جریان گاز باقیمانده، KSTONE از بازیابی با کمک غشا برای جذب و غلظت بیشتر SF₆ باقی مانده استفاده می کند.

سپس SF₆ بازیابی شده می تواند به فرآیند بازیابی بازگردانده شود.

3. کاهش تلفات SF₆

ترکیب این دو فناوری یک حلقه بازیابی ایجاد می کند.

مرحله برودتی بر جداسازی SF₆ با خلوص بالا تمرکز می کند، در حالی که مرحله غشا به بازیابی SF₆ که در غیر این صورت در گاز باقیمانده باقی می ماند کمک می کند.

این رویکرد می تواند تلفات SF₆ را کاهش داده و راندمان کلی بازیابی گاز سیستم را بهبود بخشد.

روش متفاوتی برای نگاه به فرآیند

فناوری ترکیبی را می توان از طریق تقسیم ساده مسئولیت ها درک کرد:

گاز مخلوط حاوی SF₆

↓

تصفیه اولیه

جداسازی تغییر فاز در دمای فوق العاده پایین

↓

SF₆ با خلوص بالا

گاز باقیمانده حاوی مقدار کمی SF₆

↓

بازیابی SF₆ با کمک غشا

↓

SF₆ بازیابی شده به فرآیند بازگردانده می شود

نکته مهم این است که غشا به سادگی جلوی سیستم برودتی به عنوان یک فیلتر عمومی اضافی قرار نمی گیرد.

این در استراتژی کلی بازیابی برای رسیدگی به یک چالش مهندسی خاص ادغام شده است:بازیابی SF₆ باقی مانده پس از مرحله تصفیه اولیه.

چرا فقط از جداسازی غشایی استفاده نکنیم؟

یک فناوری به ندرت راه حل بهینه را برای هر مرحله از جداسازی گاز ارائه می دهد.

برای بازیابی SF₆، جداسازی غشایی می تواند عملکرد غنی سازی و بازیابی مفیدی را ارائه دهد، اما بسته به ترکیب گاز و خلوص محصول مورد نیاز، دستیابی به خلوص بسیار بالای SF₆ از طریق جداسازی غشایی به تنهایی ممکن است نیاز به مراحل اضافی و تجهیزات فرآیند داشته باشد.

از سوی دیگر، تصفیه برودتی یک مکانیسم فیزیکی قدرتمند برای جداسازی SF₆ بر اساس رفتار فاز آن فراهم می کند، اما گاز باقیمانده که از مرحله جداسازی اولیه خارج می شود ممکن است هنوز حاوی SF₆ قابل بازیابی باشد.

رویکرد ترکیبی این دو محدودیت را از جهات مخالف برطرف می کند.

تصفیه برودتی بر خلوص محصول تمرکز می کند.

بازیابی با کمک غشا بر به حداقل رساندن تلفات SF₆ باقی مانده تمرکز می کند.

با هم، آنها یک استراتژی بازیابی جامع تر ایجاد می کنند.

از بازیابی SF₆ تا استفاده مجدد از SF₆

هدف نهایی بازیابی SF₆ صرفاً جمع آوری گاز نیست.

گاز بازیابی شده باید بر اساس ترکیب واقعی آن و الزامات کاربرد مورد نظر پردازش، آزمایش و مدیریت شود.

با یک سیستم بازیابی و تصفیه مناسب طراحی شده، SF₆ بازیابی شده می تواند به سطح خلوص بالا غلظت یابد. سیستم KSTONE برای دستیابی بهتا 99.99% خلوص SF₆تحت شرایط عملیاتی مشخص شده طراحی شده است.

پس از تصفیه، گاز می تواند ذخیره شده و متعاقباً برای استفاده مجدد بر اساس الزامات کیفیت گاز مربوطه ارزیابی شود.

این نقش سیستم بازیابی SF₆ را از یک دستگاه جمع آوری گاز زائد ساده به یکسیستم بازیابی و استفاده مجدد از گازفراهم می کند.

مفهوم تصفیه ترکیبی KSTONE

رویکرد KSTONE بنابراین می تواند در سه کلمه خلاصه شود:

جدا کن. بازیابی کن. دوباره استفاده کن.

• جدا کن: از تصفیه تغییر فاز در دمای فوق العاده پایین برای دستیابی به جداسازی اولیه SF₆ از سایر گازها استفاده کنید.
• بازیابی کن: از فناوری با کمک غشا برای بازیابی SF₆ باقی مانده از جریان گاز باقیمانده استفاده کنید.
• دوباره استفاده کن: SF₆ بازیابی شده را برای ذخیره سازی، آزمایش و استفاده مجدد بالقوه بعدی غلظت و تصفیه کنید.

این ترکیب به هر فناوری اجازه می دهد تا وظیفه ای را که برای آن مناسب ترین است انجام دهد.

به جای اینکه از یک فناوری بخواهیم هر مشکل جداسازی را حل کند، KSTONE اصول جداسازی فیزیکی مختلف را در یک سیستم بازیابی مهندسی شده ادغام می کند.

نتیجه گیری

چالش بازیابی SF₆ صرفاً نحوه بازیابی گاز از تجهیزات الکتریکی نیست. چالش مهندسی بزرگتر نحوهجداسازی کارآمد SF₆، دستیابی به گاز با خلوص بالا و به حداقل رساندن SF₆ باقی مانده در جریان گاز باقیماندهفراهم می کند.

جداسازی غشایی و تصفیه برودتی به بخش های مختلف این چالش می پردازند.

تصفیه در دمای فوق العاده پایینجداسازی اولیه با خلوص بالا را با استفاده از تفاوت در رفتار تغییر فاز فراهم می کند.

جداسازی با کمک غشایک مرحله بازیابی اضافی برای SF₆ باقی مانده فراهم می کند و به کاهش تلفات گاز پس از فرآیند تصفیه اولیه کمک می کند.

با ترکیب این دو فناوری، KSTONE یک رویکرد ترکیبی طراحی شده بر اساس هر دوخلوص SF₆ و راندمان کلی بازیابیفراهم می کند.

برای کاربردهای GIS و GIL در مقیاس بزرگ، این فناوری مسیری را از بازیابی گاز متعارف SF₆ به سمت مفهوم کامل تربازیابی، تصفیه و استفاده مجدد از SF₆فراهم می کند.

KSTONE — مهندسی بازیابی بهتر SF₆.