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混合气体计算

发布于:2022-05-30 11:23:30 来自:电气工程/电气资料库 [复制转发]

总所周知,SF6是温室效应气体,排放1吨SF6相当于排放23500吨CO2,因此危害程度可想而知,必须全力实现开关设备的去SF6化,而SF6气体具有优异的绝缘性能,开断性能。特别是在高压、特高压领域的应用,现阶段没有合适的单一气体能够实现SF6气体的完全特换,通过SF6气体和其它N2/CO2等气体混合可以部分降低SF6使用,通过3M公司新型气体全氟异丁腈(C4F7N,下面简称C4,) 和全氟正丙基乙烯(C5F10O,下面简称C5)都具有很好的绝缘性能,但单一气体沸点很高,必须通过和其它气体混合才能降低沸点,以满足开关设备-25度(有些应用要求零下40摄氏度)的应用环境要求,因此就需要对混合气体各成分的重量,以及整个混合气体的成本和全球变暖潜能值GWP计算,以获得替换气体的最佳解决方案。


以40.5kV 充气柜C-GIS为例来计算。

C-GIS气箱体积824升,充气压力0.36bar,计算气体质量需要按绝对压力计算,即1.36bar。SF6摩尔质量146,因此按公式计算:气体质量=(充气压力*体积*摩尔质量)/(R*T)

EXCEL 计算结果如下 。 该C-GIS需要充SF6气体质量为6.8kg,以每克0.13元计算,SF6气体成本是884元。



单位
R 0.08
T 293.15
SF6摩尔质量 146.06
SF6压力 1.36 bar
体积 824.00 l
SF6气体质量 6.80 kg
SF6成本 0.13¥ /g 884.09

SF6替换方案有几种,一种是减少SF6使用,混合氮气或CO2气体。下面以50%SF6+50%N2为例计算,这种方案应用于早期天灵的40.5kV充气柜(12kV 100%N2, 24kV 90%N2 +10%SF6),混合气体按1,4bar充气压力计算。根据压力比50%,可以计算出SF6气体压力是0.7bar,体积824升,可以计算出SF6气体质量3.5kg;同样方法计算出氮气质量,氮气的摩尔质量是28,计算出氮气质量 0.67kg,成本33.55元,因此替换混合气体总成本488元。

压力  (混合气体,绝对值) bar 1.40
摩尔质量 (SF6) 146.00
% (SF6) 50.00%
压力 (SF6) 0.70
质量 (SF6) 3.50
成本 (SF6) 0.13¥ /g 454.87
摩尔质量 (氮气 N2) 28
% (N2) 50.00%
压力 (N2) 0.7
质量 (N2) 0.67
成本 (N2) 0.05¥ /g 33.55
总成本(混合气体) 488.42


同样对于多种气体混合,按照同样方法计算,如6% C4 + 10% 氧气 + 84%二氧化碳三种气体混合,计算结果如下。


6% C4+10%O2+84%  CO2
压力 (混合气体,绝对值) bar 1.40
摩尔质量 (4710) 195.00
% (4710) 6.00%
压力 (4710)  bar 0.08
质量 (4710)  kg 0.56
成本 (4710) 3.75¥ /g 2103.00
重量比例 (% 4710 w) 22.56%
摩尔质量 (O2) 32
混气比例 % (O2) 10.00%
压力 (O2) bar 0.14
质量 (O2) kg 0.153
成本 (O2) 0.05¥ /g 7.67
摩尔质量 (CO2) 44.01
% (CO2) 84.00%
压力 (CO2)  bar 1.176
质量 (CO2) kg 1.772
成本 (CO2) 0.05¥ /g 88.60
总成本(混合气体) 2199.27
成本增加(人民币 圆) 1315.18
成本增加  % 149%
Weight fraction (% CO2 w) 71.27%
全球变暖潜能值GWP  542.08
相对于 SF6 降低百分值 97.69%

混合气体由于C4比较贵,因此,总 成本比单纯SF6气体要贵1315元,成本增加149%。全球变暖潜能值GWP是542,相对较23500降低97.69%,温室效应降低明显。





几种方案计算结果比较如下:



6% C4+10%O2 +84%  CO2 50%SF6  50%N2 10%SF6 90%CO2 10% C5+90% N2
成本增加 1315.18 -395.66 -698.21 3959.56
成本增加比例 % 149% -45% -79% 448%
重量分数 (% CO2 w) 71.27% 16.09% 73.06% 49.49%
全球变暖潜能值GWP  542.08 19718.55 6330.99 1.00
相对于 SF6 降低百分值 97.69% 16.09% 73.06% 100.00%

可以看出,C4虽然是温室效应气体,但由于比例小,相对于SF6温室效应降低明显,相比较于SF6混合氮气或二氧化碳等方案,即使10%的SF6,温室效应GWP也是非常大的。当然C5除了成本高也是不错的选择。











全部回复(2 )

只看楼主 我来说两句抢地板
  • 追梦小少年

    参考学习

    2022-06-01 14:32:01

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    赞同0
  • 樊花花
    樊花花 板凳

    来学习了

    2022-06-01 13:52:01

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    赞同0
这个家伙什么也没有留下。。。

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