Во второй части руководства по альтернативным газам вы получите краткий обзор основных физических свойств газов и газовых смесей. В нем также будут показаны новейшие возможности производства и использования альтернативных газовых смесей при вводе в эксплуатацию газонаполненных установок или после проведения работ по техническому обслуживанию, а также преимущества и недостатки перечисленных процедур.
Физические свойства.
Благодаря своим физическим свойствам чистый SF6 и синтетический воздух всегда присутствуют в гомогенном газообразном состоянии при обычных условиях окружающей среды для газовых камер (>-50 °C; < 20 бар). Мы говорим о гомогенном состоянии, когда среда имеет только одно агрегатное состояние (газообразное, жидкое или твердое) и нет частичного сжижения. Частичное сжижение означает, что в закрытом, заполненном газом отсеке (распределительном устройстве, резервуаре высокого давления и т.д.) происходит частичное сжижение одного или нескольких компонентов из-за повышения давления или снижения температуры, что приводит к изменению состава газовой фазы смеси. При комнатной температуре чистый C5 сжижается при атмосферном давлениии C4 при незначительном избыточном давлении (> 250 кПа) (рис. 1). При температуре 20°C давление пара C5 составляет ок. 78 кПа (= 0,78 бар), что означает, что снижение температуры при постоянном давлении или повышение давления при постоянной температуре приводит к частичному сжижению. Оба газа, как отдельные компоненты, не могут иметь более высокого давления при комнатной температуре. Таким образом, смешивание с другими газами необходимо для достижения более высокого давления для заполнения газовых отсеков. Для этого в качестве заправочного газа используются азот (N2), который не может быть сжижен при комнатной температуре, и углекислый газ (CO2). CO2 можно сжижать при комнатной температуре, но требуемое давление составляет 5,73 МПа (= 57,3 бар абс), что выше, чем давление, используемое в оборудовании с газовой изоляцией.\
Рисунок 1: Кривые давления газов чистых SF6, C4 и C5 в диапазоне температур от -40°C до 45 °C. Эта кривая описывает давление, при котором вещество разжижается в зависимости от температуры. В области ниже кривой вещество является газообразным, выше кривой оно сжижено.
Предельные значения сжижения сдвигаются в сторону более низких температур или более высоких давлений путем смешивания C4 и C5 с газами-носителями (таблица 1 в разделе часть 1). После гомогенизации смеси остаются стабильными при постоянных условиях окружающей среды в рабочей среде. За счет снижения температуры, как и в случае с чистыми газами может произойти частичное сжижение отдельных компонентов, в результате чего в оборудовании больше не поддерживается постоянное соотношение компонентов и снижается изолирующая способность газовой смеси.
Производство газовых смесей.
Для обеспечения или производства газовых смесей для заполнения газоизолированного оборудования существуют следующие критерии:
Хранилище газа;
Хранилище частично сжиженного газа;
Для хранения газа и частично сжиженного газа напорный резервуар заполняется в пропорции смешивания, определенной в спецификации заказчика. Газовые смеси анализируются, и выдается соответствующий сертификат с указанием точного состава смеси. Пропорции смешивания больше нельзя изменять на месте.
Таблица 4: Сравнение максимальных емкостей для хранения сжиженных и газообразных смесей альтернативных газов.
PH = Испытательное давление в напорном баке. Для синтетического воздуха в качестве основы для расчета использовалась начинка с давлением 200 бар при температуре 20°C. Разжижение смеси при этой температуре не может произойти. Для расчета точки сжижения использовалось уравнение идеального газа.
Смешивание на месте с использованием газосмесительных установок:
При использовании газосмесительных и заправочных агрегатов газовая смесь образуется с отдельными газами непосредственно в газонаполненном агрегате. Таким образом, могут быть получены газовые смеси с различными соотношениями смешивания.
Этот метод требует подачи отдельных компонентов, а также смесительного устройства, откалиброванного для хранения газа и частично сжиженного газа напорный резервуар заполняется в пропорции смешивания, определенной в спецификации заказчика. Газовые смеси анализируются, и выдается соответствующий сертификат с указанием точного состава смеси. Пропорции смешивания больше нельзя изменять на месте используемые газы, температуры и желаемые концентрации (Рис. 3). Благодаря наличию во всем мире обычных газов-носителей, таких как N2 и CO2, их можно приобрести на месте, так что потребуется только транспортировка изолирующего газа.
Для повышения давления получаемой смеси ниже по потоку подключается компрессор.
Большие газовые отсеки могут быть заполнены с помощью различных смесительных агрегатов (таблица 5).
Рисунок 3: Принципиальная схема узла смешивания и наполнения газа для непосредственного заполнения газовых отсеков из отдельных компонентов.
Получение заданной смеси (газообразной или частично сжиженной) осуществляется различными способами. Наиболее распространенными процедурами для альтернативных газовых смесей являются основанные на весе (гравиметрические), основанные на давлении (манометрические) или основанные на объеме (объемные) процессы. В зависимости от способа производства для точного состава смесей используются различные спецификации (мол.%, об.% и т.д.). Состав в моль-% напрямую соотносится с международной системой единиц, поскольку он не зависит от давления и температуры и используется во всем мире независимо от окружающей среды.
Существуют различные возможности для смешивания и подачи альтернативных газов. В зависимости от области применения все процессы имеют преимущества и недостатки, описанные выше, и отличаются высокой точностью, чтобы соответствовать точности заполнения, указанной производителями.
В следующем издании руководства основное внимание будет уделено правильному обращению с альтернативными газами. Кроме того, обсуждаются технические возможности безопасного для процесса использования и взаимозаменяемости различных типов газов.
