空氣壓縮機爆炸的原因分析及預防措施
發布時間：
2024-04-08
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空壓機的爆炸事故，近期在國內企業曾發生過數起，給企業造成較大的損失，在國外也有發生爆炸事故的統計。2016年底了，美氟斯壓縮機溫馨提示您：切實保障空壓機的安全運行，過一個平安年。
由于空氣壓縮機采用壓縮機油作潤滑油，壓縮機油隨壓縮機壓氣過程，沿著整個排汽通道形成油沉積物，這個沉積物稱之為積碳。它在一定條件下能發生自燃，從而導致空氣壓縮機裝置爆炸。汽缸、汽閥室、管路、冷卻器和儲氣罐等有積碳的地方都有可能發生爆炸。
一、空氣壓縮機爆炸原因分析
壓縮機油在氣缸內受高溫高壓作用，發生蒸發、分餾和氧化形成酸瀝青和其它一些化合物。這些物質在缸體內形成變質的油霧，并和空氣中的灰塵、磨損的金屬粒混合在一起而加重。這些變質和加重的壓縮機油被排出氣缸后，就在排氣通路經過的各個部位器壁上形成沉積物－積碳。正常情況下，所產生的熱量被空氣壓縮機冷卻系統帶走，達到熱平衡，不會產生自燃現象。當空氣壓縮機工作壓力或溫度急劇增高，沉積物達到一定厚度時，將打破散熱平衡而造成沉積物自動加熱，在排氣系統內達到自燃，導致空氣壓縮機系統的爆炸。
誘發空氣壓縮機爆炸的主要因素
1) 若壓縮空氣的溫度超過某一個極限值時，將會促成沉積物加速氧化自動加熱，以致引起自燃。這個極限值是個變值，與沉積物的厚度密切相關。因此，促發空氣壓縮機爆炸的主要因素是空氣壓縮機的溫度。
2) 沉積物的厚度直接影響其自燃溫度極限值。也就是說，如果排氣溫度不增加而沉積物厚度不斷增加，將會降低沉積物自燃溫度界限而發生自燃。沉積物越厚，自燃極限溫度越低；沉積物越薄，自燃極限溫度越高。如沉積物的厚度為1mm時，極限自燃溫度為160℃。因而，沉積物的厚度是促發空氣壓縮機爆炸的又一因素。一礦空壓機幾次發生的釋壓閥和后冷卻器爆炸事故，經事后分析推算，中間冷卻器爆炸點沉積物厚度大于2mm ，極限自燃溫度在150℃。后風包爆炸點的沉積物厚度大于3mm ，極限自燃溫度在115℃。
3) 當壓縮空氣的流速降低時，將會使這里的壓縮空氣溫度升高，對于多臺空氣壓縮機組成的壓風系統，這種現象最容易發生。另外，壓縮空氣流速降低時也會使沉積物自燃溫度界限下降。所以，二級排氣缸至儲氣罐一段是最敏感地域，冷卻器和儲氣罐最容易發生爆炸。如果排氣總管內積碳相當厚，在空氣壓縮機停止運轉或進行工況調節時，這時的流速突然下降或降至為零，極易發生沉積物自燃爆炸的危險。空氣壓縮機爆炸的時間最容易發生在礦井負荷降低的時間內。交接班時間是空氣壓縮機爆炸的危險時間段。
4) 由于吸入空氣溫度增加后，在壓縮過程中產生大量過熱水蒸氣，疏松的沉積物大量吸附過熱水蒸氣并散出熱量，使排氣溫度升高而造成沉積物自燃。雨天和霧天也易發生空氣壓縮機爆炸。
5)在空氣壓縮機開始卸荷的瞬間，二級吸氣閥動作時間比一級吸氣閥滯后1.5－2s，仍處在正常工作狀態，造成二級排氣溫度急劇升高；當卸荷終了開始恢復正常工作時，被切斷的這段空氣受氣缸與活塞加熱，溫度由常溫升至150℃，吸入高溫、空氣其二級排氣溫度可達250℃。因此，頻繁卸荷也可能促發空氣壓縮機爆炸。沉積物在自燃后產生大量的一氧化碳，當壓縮空氣中含有1.5% －7.5% 的一氧化碳即可發生爆炸。
二、預防空壓機爆炸的措施
1、制度層面上
1.1 加強設備檢修維護管理
空壓機各部件的狀況，要定期驗證，要制定完整的大中修計劃，項目要具體，有驗收標準。尤其是定期清炭工作要有專人負責驗收。吸氣口不應設在室內，并保證規定的吸入量，防止空氣濾清器堵塞而減少進氣量，造成排氣溫升高。加強水冷卻，保證冷卻槽進出口水溫差不高于10℃，即使夏季時冷卻槽出口水溫也不得超過50℃。定期清除壓縮機內部積炭，一般每600h檢查清掃排氣閥，每4000h換新排氣閥。
1.2 加強操作管理
空壓機可作為危險源點來對待，因此要求操作人員要經培訓后持證上崗。操作人員在嚴格按操作規程操作的同時，要能夠對一般空壓機故障進行判定和處理。要求操作人員對空壓機工作原理、爆炸起因、合理注油、定時排污、嚴格執行開停機制度等要有明確的認識。
1.3 提高空壓機運行狀態的監控能力
在保證空壓機空氣冷卻、溫度壓力儀表顯示、安全閥等基本安全設施的基礎上，還應在排氣閥出口管線接連處，裝自動溫度報警器，嚴格控制溫度不超過規定的150℃。
2、實際操作中，預防空氣壓縮機爆炸的主要措施：
2.1 防止產生積碳的措施
嚴格控制排氣溫度，雙缸不得超過160℃。
使用閃點不低于215℃，經化驗合格的壓縮機油。壓縮機油不得與其它潤滑油混雜存放。
汽缸、吸排氣閥不許使用普通機械油。
經常清洗排氣閥和閥室。
以定期清理排氣管路、冷卻器芯子和后風包。
對每臺空氣壓縮機的單位運行時間內耗油量進行記錄、統計對耗油量異常增加要停機檢查空壓機的密封情況。
2.2 濾風器、冷卻器和儲氣罐的安全使用
濾風器的功能是清除吸入空氣中的灰塵和雜質。當含有灰塵和雜質的空氣被吸入汽缸后，不但會造成汽缸鏡面和活塞桿的磨損，同時由于汽缸內的高溫，雜質和油混合物易粘附在氣閥、汽缸壁和活塞槽中形成積垢，滯死活塞環。吸入空氣溫度每提高3℃，空氣壓縮機效率降低1% 。
通常在金屬網濾風器上浸錠子油，當污濁空氣通過時，灰塵和雜質經網的阻隔，油的吸附作用使之粘在鐵絲網上。清洗濾網用1%－5% 的苛性鈉溶液煮沸清洗。由于活塞式空氣壓縮機最后一級排氣溫度達140－160℃，在此溫度下壓縮空氣中的油質、水分均為氣態，氣態的油帶到風包和管路中將會形成易燃物，而水蒸氣帶到風包和管路中凝結成水造成水擊，若后風包距離空氣壓縮機較近，溫度不能有效降低，將會促進易燃物的自燃，加劇水沖擊。
所有后冷卻器可有效地保護風包。風包主要用來儲存一定量的壓縮空氣，保持供氣平衡，穩定壓力波動，同時還可以除去壓縮空氣中的油、水。濾風器、冷卻器和儲氣罐累計運行350－400h要進行清感洗。
2.3 防止空氣壓縮機爆炸的主要措施
儲氣罐的容積盡良小。
儲氣罐的安裝應當避開共振點。
使用后冷卻器，使儲氣罐的溫度降知100－110℃，則沉積為自燃就可避免。
空壓機織儲氣罐間的管路必須避免出現急劇擴張、突起部分。
使用合格的潤滑油，司機應控制好耗油量。
經常清洗油水分離器，排法放油水分離器、儲氣罐、冷卻器中的潤滑油。
杜絕汽缸內串入機油。
吸入干凈的冷空氣。
冷卻水壓力在0.1－0.15MPa，溫度不高于35℃，入水和回水溫度在6－12℃。
使用軟化處理水。無條件使用軟化水時，要盡量少補充冷卻水，做到冷卻水循環使用不外流。
堅持使用超高溫報警停機。
對濾風器、管路、風包、冷卻器和管網水垢定期清洗。清洗工序為5% 苛性鈉浸泡8小時，然后清水沖洗，最后高溫干燥壓風吹干。
定期檢修整定安全保護裝置，對一級排氣安全閥定期卸下進行整定效驗。
三、典型案例分析
1、案例：某企業空壓機車間，一臺L5.540/8空壓機發生爆炸事故。經現場調查統計，空壓機供氣系統主要損壞形態有：
空壓車間：空壓機二級缸下部缸體、基座爆裂，閥室爆出，后冷卻器爆裂、內芯爆出。二級缸至冷卻器間的補償器爆裂，鑄鐵管道爆裂，且此區段的油泥、結焦物等大量存在。廠房墻體上部隔斷墻大部分塌落。
管網：從空壓機車間至用氣戶間約200m，Dg219mm管道三分之二出現接口開焊，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。
2、損壞狀態分析
從損壞形態(a)分析，在空壓機車間內為爆炸源點。二級缸至后冷卻器為爆炸的區段和破壞形式，所以造成該區段設備的嚴重破損。爆炸沖擊波使廠房墻體強度薄弱的部分，受沖擊損壞塌落。
管網損壞是由于焊縫強度不足，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。
3、爆炸起因分析
從現場油污、中冷卻器結焦物（34mm厚）、閥室（積油嚴重，局部油泥厚度達10mm）來看，說明該空壓機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、結焦、積炭量大。
空壓機進風口設置于臨近化鐵車間，粉塵量大，易堵塞空氣濾清器，造成進氣量小、排氣升溫高。另外，從結焦物的成分檢查證明有小顆粒狀灰塵，灰塵與潤滑油結合易生成油泥和結焦等，不利于壓縮空氣冷卻。結焦物和積炭會使排氣閥不嚴，產生漏氣造成排氣升溫，因而具有產生高溫的條件。
該空壓機氣缸潤滑采用HS-13號壓縮機油，無油品合格證及化驗單。后經油品化驗該油，機雜和灰份均超標，熱氧化安定性指標受條件所限沒有做。該油品與現今LDAB空氣壓縮機油相比，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，由于空壓機氣缸潤滑用油管理不規范，操作、檢修等問題，造成空壓機積炭生成量大、排氣溫度高，在二級缸排氣閥處產生積炭和火點，潤滑油在高溫下熱氧化分解加劇，當產生的輕質炭化氫和游離炭在壓縮空氣中達到爆炸界限時，而形成爆炸。所以說積炭和局部過熱是產生爆炸的主要起因，運行人員發現異常不及時也是事故原因之一。
四、結論
本文對空壓機爆炸原因進行分析，描述了燃燒爆炸發生的機理及預防措施。這些措施對于改善空壓機運行工況, 避免空壓機燃燒爆炸起到相當大的作用。
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