Методы анализа элегаза (стр. 4 )

Экспериментально полученное среднее значение калибровочного ко­эффициента в зависимости от тщательности тренировки хроматографи­ческой системы лежит в пределах 0,1—0,2 ppt-об. на единицу площади интегратора хроматографа HP 5840. В качестве примера использования нескольких значений калибровочного коэффициента, позволяющего по­высить точность расчета, приведем следующие:

k = 0,15 при S ¢ < 1000,

т. е. для концентрации < 150 ppt;

k = 0,33 – 0,06 lg S ¢ при 1000 < S ¢ < 30 000,

т. е. для концентрации > 150 ppt и < 1,84 ppb;

k = 0,06 при S ¢ > 30 000,

т. е. для концентрации > 1,84 ppb,

где S ¢ — площадь пика шестифтористой серы в единицах площади ин­тегратора S, исправленная на условия анализа, учитывающие темпера­туру Tд, К, и давление pб, мбар, у дозировочной петли автоматического дозатора

S ¢ = 1000STд /(293,15pб). (2.6)

Количественная обработка хроматограмм анализа в соответствии с этой методикой осуществляется методом абсолютной калибровки

= S ¢k, (2.7)

где — концентрация SF6 в ppt-об. Минимально определяемая кон­центрация равна 1—2 ppt-об.

При снижении требования к минимально определяемой концентра­ции анализ упрощается, и можно воспользоваться также и вариантом анализа на цеолите NaX (вариант 2, рис. 2.10). На ситах NaX шестифто­ристая сера выходит из колонки после кислорода. Размытый хвост пика кислорода несколько мешает определению, и минимально определяемая концентрация при объеме пробы воздуха 0,5 мл составляет 10–9 %-об., что соответствует 3ж10–14 г SF6. Это намного более простой в использо­вании вариант анализа. Он предназначается для прямого анализа воздуха производственных помещений.

Метод 3. Вариант 2 (рис. 2.10).

Условия анализа: колонка: н/с 90´0,23 см,
NaX 60 — 80 меш,

длительная тренировка при 350 °С,

температура колонки: 185 °С,

газ-носитель: аргон, 40 мл/мин, очищен от воды

и кислорода,

детектор: ДЭЗ, 250 °С,

объем пробы: 0,5 мл.

Калибровка метода выполняется так же, как описано в варианте 1.

В этом варианте метод анализа применяется для оперативного опре­деления утечки элегаза из аппаратов при заводских испытаниях [2.11] (гл. 4, п. 4.10).

2.1.4. ХРОМАТОГРАФИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ШЕСТИФТОРИСТОЙ СЕРЫ В ГЕЛИИ

Зона измерения концентрации шестифтористой серы в воз­духе с помощью электронозахватного детектора ограничивается верх­ним пределом на уровне миллиардных долей (ppb-об.). Тем не менее, например, при обследовании узла уплотнения, выполняемом посредст­вом продувки специально для этого созданной полости газом-носите­лем (см. гл. 5, п. 5.2.5), мы можем столкнуться с бульшими значениями концентрации, обусловленными нормальной утечкой. Для этого случая необходим метод анализа на уровне миллионных объемных долей (ppm-об.). Для решения такой задачи достаточно совместить хромато­графическое решение по методу 3 (любой из вариантов) с регистрацией сигнала детектором по теплопроводности. Отсутствие большого сигна­ла воздуха, в связи с анализом направленного в исследуемую полость потока гелия, только облегчает задачу и упрощает хроматограмму, а использование ДТП значительно снижает трудоемкость подготовки хроматографа к анализу. В остальном — расчеты и калибровка — все, как описано в методе 3. Минимально определяемая концентрация шес­тифтористой серы при использовании ДТП лежит на уровне 10 ppm-об.

2.1.5. ХРОМАТОГРАФИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ШЕСТИФТОРИСТОЙ СЕРЫ В ИЗОЛЯЦИОННЫХ ЖИДКОСТЯХ

Создание электротехнического оборудования с использова­нием одновременно как бумажно-масляной, так и элегазовой изоляции в одном аппарате, несмотря на принимаемые меры по предотвращению проникновения элегаза в жидкую изоляцию, поставило задачу опреде­ления присутствия элегаза в трансформаторном масле [2.10, 2.12] или другой изоляционной жидкости для определения правильности зало­женных конструкторских решений, качества выполненных уплотнений и, если необходимо, определения величины утечки элегаза в масло.

Для выявления следовых концентраций шестифтористой серы в изо­ляционной жидкости был использован высокочувствительный метод хроматографического анализа (метод 3, вариант 2, с той лишь разницей, что анализируется не воздух, а сам газ-носитель, как при калибровке). Располагая таким чувствительным аналитическим инструментом, мож­но воспользоваться для анализа так называемым методом «равновесной газовой фазы», т. е. анализом газа, находящегося в контакте с исследуе­мой жидкостью. Схема установки приведена на рис. 2.11. Извлечение шестифтористой серы из пробы трансформаторного масла потоком га­

за-носителя осуществляется в барботере, соединяемом с системой газо­снабжения и краном-дозатором хроматографа. Соединения выполняются трубками из нержавеющей стали с внутренним диаметром 1 мм. Барбо­тер (рис. 2.12) представляет собой пробирку для размещения пробы мас­ла, имеющую диаметр 9—10 мм со шлифованным керном НШ 14,5, за­крываемую колпачком из муфты НШ 14,5 с газоотводной трубкой. Объ­ем пробы составляет 5 мл. Трубка имеет наружный диаметр 4—4,5 мм и доходит до дна пробирки. На конце трубка имеет сужение до диаметра отверстия 1—2 мм. Объем колпачка над шлифом сведен до минимума, чтобы объем газового пространства над маслом не превышал 1/10 объ­ема пробы масла. Метка на пробирке, до кото­рой заливается проба масла, нанесена с таким расчетом, чтобы при закрывании колпачком и подаче газа уровень масла поднимался под об­рез шлифа. Объем пробы масла, так же как и объем оставшегося газового пространства, из­меряется взвешиванием.

Теоретически, для равновесного процесса текущая концентрация извлекаемого компо­нента в газовой фазе связана с его на­чальной концентрацией в жидкости Cж0 урав­нением

= Cж0K –1exp[– Ft /(KVж)], (2.8)

где K — коэффициент распределения, равный Cж /Cг; F — расход газа; Vж — объем жидкости; t — текущее время.

На самом деле процесс более сложен по следующим причинам. Во-первых, простой барботаж не позволяет достигать равновесной концен­трации в пузырьке газа, поэтому реальное соотношение Cж /Cг не равно коэффициенту распределения и может выражать лишь некоторую фик­тивную величину. Во-вторых, для практического осуществления про­цесса выделения газа из жидкости над жидкостью должно быть некото­рое, заполненное газом пространство, в котором происходит отделение газовой фазы от жидкой. В этом паразитном пространстве происходит перемешивание порций газа с разной концентрацией, что теорией не предусмотрено. Эти процессы приводят к искажению зависимости, опи­сываемой уравнением (2.8). Тем не менее, получение серии значений концентрации в обозначенные моменты времени t позволяет в об­щем виде рассчитать коэффициенты экспоненциального уравнения

= A exp(– Bt), (2.9)

где A = Cж0K –1 и B = F /(KVж), и из них определить начальную концен­трацию как

Cж0 = AF /(BVж). (2.10)

При выполнении анализа элегаза в трансформаторном масле необхо­димо соблюдать следующие рекомендации. Скорость потока газа-носи­теля через барботер должна быть не менее двух объемов масла в мину­ту, т. е. не менее 10 мл/мин. Интервал времени до первого измерения концентрации элегаза в газе-носителе должен обеспечить двадцатикрат­ную расчетную вентиляцию газового пространства барботера, т. е. для описанного барботера — не менее 1 мин.

Минимально определяемая концентрация шестифтористой серы в трансформаторном масле по этому методу зависит не только от чувст­вительности хроматографической системы, а и от интервала времени до начала регистрации концентрации. В описанном варианте при чувстви­тельности хроматографической системы 30 ppt-об. (триллионных объ­емных долей) минимально определяемая концентрация шестифтори­стой серы в трансформаторном масле составила 70 ppb-об. (миллиард­ных объемных долей) или 70 мкл в одном кубометре масла при средней ошибке определения ± 2,5 %.

2.2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЛАЖНОСТИ ЭЛЕГАЗА

2.2.1. АНАЛИЗ ВЛАЖНОСТИ ЭЛЕГАЗА ПО ТОЧКЕ РОСЫ

Влажность элегаза, не содержащего продукты разложения, определяется посредством измерения точки росы на приборе (рис. 2.13), изготовленном в соответствии с публикацией 376 Международной элек­тротехнической комиссии [2.1]. Медный блок вместе с впаянными в не­го трубками (для термометра и хладоагента) образуют охлаждаемую часть прибора. Круглый зеркально отполированный выступ охлаждае­мой части вклеивается или впаивается в тонкую никелевую мембрану для предотвращения потери холода на внешние детали прибора. Анали­зируемый элегаз направляется в прибор, омывает зеркально отполиро­ванный выступ, который контролируемо охлаждается хладоагентом. Точка росы определяется как температура, при которой начинается кон­денсация, и рассчитывается как среднее между значением температуры, достигнутым в результате переохлаждения после прекращения добавле­ния хладоагента при первых признаках конденсата на зеркале, и значением температуры после полного исчезновения влаги при согре­вании. Точность определения лежит в пределах 1 °С.