空氣壓縮機(jī)(以下簡稱空壓機(jī))的爆炸事故,近期在國內(nèi)企業(yè)曾發(fā)生過數(shù)起,給企業(yè)造成較大的損失,在國外也有發(fā)生爆炸事故的統(tǒng)計(jì)。空壓機(jī)按設(shè)備傳動、結(jié)構(gòu)形式分類,主要有往復(fù)式和回轉(zhuǎn)式兩大類。易出現(xiàn)故障和發(fā)生爆炸損壞的,主要體現(xiàn)在往復(fù)式空壓機(jī)上。因此,對往復(fù)式空壓機(jī)的防爆應(yīng)當(dāng)引起我們的重視。下面著重對往復(fù)式空壓機(jī)爆炸產(chǎn)生原因及預(yù)防措施進(jìn)行說明。
形成空壓機(jī)爆炸的三要素
根據(jù)空壓機(jī)的工作特性,把空氣經(jīng)過一級或二級以上壓縮,制成壓縮空氣。缸體和活塞需要潤滑油潤滑必然會生成積炭,空氣壓縮會大幅升溫??諝庵泻醒鯕?,這樣就形成了空壓機(jī)爆炸的三要素:積炭、溫度、空氣。
2.1積炭
據(jù)實(shí)驗(yàn)證明:排氣閥上生成積炭的發(fā)熱反應(yīng)是在154℃~250℃范圍的溫度下發(fā)生的。其過程為霧狀或粘在金屬表面上的潤滑油,在高溫高壓下,尤其是在有金屬接觸的條件下,迅速被空氣氧化,生成氧化聚合物(膠質(zhì)油泥等),沉積在金屬表面上,繼續(xù)受熱作用,發(fā)生熱分解脫氫反應(yīng),而形成氫質(zhì)類的積炭。積炭厚度到了3mm以上時,就會有自燃的危險(xiǎn)。另外,積炭影響其散熱效率,蓄積熱量而形成火點(diǎn)。一部分潤滑油粘在積炭火點(diǎn)上,被蒸發(fā)和分解,產(chǎn)生裂化輕質(zhì)炭化氫和游離炭,當(dāng)和高溫高壓空氣混合,達(dá)到爆炸極限時即發(fā)生爆炸。一般潤滑油受熱分解,可產(chǎn)生的輕質(zhì)碳化氫在空氣中的爆炸界限:CH4 5~15%、C2H6 3~12.5%、C3H8 2.1~9.35%、C3H6 2~11%等。
由此可以看出,積炭和局部過熱是爆炸的主要起因,而碳化氫氣體與空氣的混合物氣體是爆炸的主要介質(zhì)。
積炭產(chǎn)生量的大小與潤滑油的氧化安定性、加油量、潤滑油質(zhì)量及檢修有關(guān)。
2.1.1空壓機(jī)活塞潤滑所需的潤滑油是在精制基礎(chǔ)油的基礎(chǔ)上添加各種添加劑制成。其基礎(chǔ)油的好壞直接影響殘?zhí)苛康拇笮?,基礎(chǔ)油(如蘭州、新疆)抗熱氧化安定性好,殘?zhí)恐稻托?,潤滑油生成積炭的速度就低,不易形成大量積炭,所以選好壓縮機(jī)油很重要。
2.1.2空壓機(jī)缸體注油器加油量的大小,直接導(dǎo)致積炭、油泥、油氣的生成量,如40m3二級壓縮的空壓機(jī),標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定一級缸注油12~18滴/min,二級缸注油12~15滴/。超過此規(guī)定,過量的潤滑油就會吸附在凹陷處和管道壁上,生成油泥和積炭,只有一部分隨壓縮氣體排出。
2.1.3檢修不及時、清炭效果不好,也是促使積炭累計(jì)生成量大的原因。據(jù)調(diào)查,中間冷卻箱、后冷卻器及管道是不易清炭的部位,此處一般生成積炭、油泥的量也較大。
2.2 溫度
壓縮氣體溫度升高是促使爆炸的一個重要條件,據(jù)統(tǒng)計(jì)空氣壓縮機(jī)超過170℃的50%發(fā)生爆炸,因而各國均規(guī)定排氣溫度不得超過150℃。
2.2.1進(jìn)氣量減少10%,則排氣溫度會上升20℃,因而要求進(jìn)口要有足夠的進(jìn)氣量。
2.2.2排氣閥積炭引起閥漏氣,也會造成排氣升溫。如:700kPa的壓縮機(jī)正常排氣溫度為130℃,而閥漏氣時會產(chǎn)生270℃溫度,很容易發(fā)生爆炸事故。
2.2.3水冷量不足、結(jié)垢嚴(yán)重會造成壓縮空氣冷卻不好,導(dǎo)致溫升偏高,此點(diǎn)至關(guān)重要。
2.3空氣
由于壓縮工作介質(zhì)是空氣,空氣中含有20%的氧氣。氧氣會促使?jié)櫥脱趸纸猓侵?、爆炸的基本元素?/span>
防爆措施
鑒于上述針對往復(fù)式空壓機(jī)爆炸三要素和起因的說明,可加強(qiáng)以下幾方面的工作。
3.1 加強(qiáng)潤滑油管理
為了控制積炭的生成速度,應(yīng)選用基礎(chǔ)油好,殘?zhí)恐敌。贿m宜的粘度(ISOVG68100);良好的抗熱氧化安定性(康式殘?zhí)吭鲋?lt;3%);燃點(diǎn)高的潤滑油。如:蘭煉產(chǎn)LDAB空氣壓縮機(jī)油。汽缸供油量不能太大,最大不得超過50g/m3,以防止油氣量增大和結(jié)焦積炭增多。嚴(yán)禁開口儲油方式,防止?jié)櫥蜋C(jī)雜超標(biāo)堵塞注油器。另外,空壓機(jī)油要有產(chǎn)品合格證和油品化驗(yàn)單。
3.2 加強(qiáng)設(shè)備檢修維護(hù)管理
空壓機(jī)各部件的狀況,要定期驗(yàn)證,要制定完整的大中修計(jì)劃,項(xiàng)目要具體,有驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。尤其是定期清炭工作要有專人負(fù)責(zé)驗(yàn)收。吸氣口不應(yīng)設(shè)在室內(nèi),并保證規(guī)定的吸入量,防止空氣濾清器堵塞而減少進(jìn)氣量,造成排氣溫升高。加強(qiáng)水冷卻,保證冷卻槽進(jìn)出口水溫差不高于10℃,即使夏季時冷卻槽出口水溫也不得超過50℃。定期清除壓縮機(jī)內(nèi)部積炭,一般每600h檢查清掃排氣閥,每4000h換新排氣閥。
3.3 加強(qiáng)操作管理
空壓機(jī)可作為危險(xiǎn)源點(diǎn)來對待,因此要求操作人員要經(jīng)培訓(xùn)后持證上崗。操作人員在嚴(yán)格按操作規(guī)程操作的同時,要能夠?qū)σ话憧諌簷C(jī)故障進(jìn)行判定和處理。要求操作人員對空壓機(jī)工作原理、爆炸起因、合理注油、定時排污、嚴(yán)格執(zhí)行開停機(jī)制度等要有明確的認(rèn)識。
3.4 提高空壓機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控能力
在保證空壓機(jī)空氣冷卻、溫度壓力儀表顯示、安全閥等基本安全設(shè)施的基礎(chǔ)上,還應(yīng)在排氣閥出口管線接連處,裝自動溫度報(bào)警器,嚴(yán)格控制溫度不超過規(guī)定的150℃。
典型案例分析
某企業(yè)空壓機(jī)車間,一臺L5.540/8空壓機(jī)發(fā)生爆炸事故。經(jīng)現(xiàn)場調(diào)查統(tǒng)計(jì),空壓機(jī)供氣系統(tǒng)主要損壞形態(tài)有:
(l)空壓車間:空壓機(jī)二級缸下部缸體、基座爆裂,閥室爆出,后冷卻器爆裂、內(nèi)芯爆出。二級缸至冷卻器間的補(bǔ)償器爆裂,鑄鐵管道爆裂,且此區(qū)段的油泥、結(jié)焦物等大量存在。廠房墻體上部隔斷墻大部分塌落。
(2)管網(wǎng):從空壓機(jī)車間至用氣戶間約200m,Dg219mm管道三分之二出現(xiàn)接口開焊,從支架上墜落地面。管道接口無坡口,焊縫高度3mm且部分焊肉與管道相熔不足。
4.1 損壞狀態(tài)分析
4.1.1從損壞形態(tài)(l)分析,在空壓機(jī)車間內(nèi)為爆炸源點(diǎn)。二級缸至后冷卻器為爆炸的區(qū)段和破壞形式,所以造成該區(qū)段設(shè)備的嚴(yán)重破損。爆炸沖擊波使廠房墻體強(qiáng)度薄弱的部分,受沖擊損壞塌落。
4.1.2管網(wǎng)損壞是由于焊縫強(qiáng)度不足,受爆炸氣體沖擊波的波及造成焊口撕裂。另外加上管道在支架上固定不牢,管道多彎曲布置受力不均,造成管道受沖擊后彈起墜落。
4.2 爆炸起因分析
4.2.1從現(xiàn)場油污、中冷卻器結(jié)焦物(34mm厚)、閥室(積油嚴(yán)重,局部油泥厚度達(dá)10mm)來看,說明該空壓機(jī)注油器注油量大和定時排污不及時、檢修清炭不徹底,造成油泥、結(jié)焦、積炭量大。
4.2.2空壓機(jī)進(jìn)風(fēng)口設(shè)置于臨近化鐵車間,粉塵量大,易堵塞空氣濾清器,造成進(jìn)氣量小、排氣升溫高。另外,從結(jié)焦物的成分檢查證明有小顆粒狀灰塵,灰塵與潤滑油結(jié)合易生成油泥和結(jié)焦等,不利于壓縮空氣冷卻。結(jié)焦物和積炭會使排氣閥不嚴(yán),產(chǎn)生漏氣造成排氣升溫,因而具有產(chǎn)生高溫的條件。
4.2.3該空壓機(jī)氣缸潤滑采用HS-13號壓縮機(jī)油,無油品合格證及化驗(yàn)單。后經(jīng)油品化驗(yàn)該油,機(jī)雜和灰份均超標(biāo),熱氧化安定性指標(biāo)受條件所限沒有做。該油品與現(xiàn)今LDAB空氣壓縮機(jī)油相比,由于其生成積炭速度快已被淘汰,因而使用老牌號油品是積炭增多的原因之一。
綜合起來,由于空壓機(jī)氣缸潤滑用油管理不規(guī)范,操作、檢修等問題,造成空壓機(jī)積炭生成量大、排氣溫度高,在二級缸排氣閥處產(chǎn)生積炭和火點(diǎn),潤滑油在高溫下熱氧化分解加劇,當(dāng)產(chǎn)生的輕質(zhì)炭化氫和游離炭在壓縮空氣中達(dá)到爆炸界限時,而形成爆炸。所以說積炭和局部過熱是產(chǎn)生爆炸的主要起因,運(yùn)行人員發(fā)現(xiàn)異常不及時也是事故原因之一。
結(jié)論
目前的往復(fù)式空壓機(jī)存在不可避免的三要素:積炭、溫度和空氣,具有爆炸的可行性。因而它要求對于空壓機(jī)的防爆工作落實(shí)到日常的綜合管理之中,防爆措施落實(shí)的明確、細(xì)致,空壓機(jī)的安全運(yùn)行就有了切實(shí)的保證。對于企業(yè)今后的設(shè)備改造,盡量選用無油往復(fù)式空壓機(jī),從根源上杜絕爆炸事故的發(fā)生。