【壓縮機(jī)網(wǎng)】引言

 

　　2018年2月份我們?cè)凇?a href="http://teamkylake.com" target="_blank" class="keylink">壓縮機(jī)》雜志發(fā)表的《大中型活塞式壓縮機(jī)的常見(jiàn)故障解析》一文，對(duì)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)潤(rùn)滑油的流失原因進(jìn)行分析，提出一些可行的方法避免潤(rùn)滑油的損耗。潤(rùn)滑油的損耗不但浪費(fèi)了寶貴的資源，同時(shí)也會(huì)引起嚴(yán)重的后果，因?yàn)闈?rùn)滑油是引起燃燒爆炸造成壓縮機(jī)機(jī)毀人亡重大事故的罪魁禍s*。通常人們對(duì)空氣壓縮機(jī)的運(yùn)行都比較放心，因?yàn)榭諝饨M分78%是氮?dú)猓荒苋紵?，所以?duì)空氣壓縮機(jī)缺乏應(yīng)有的重視，忽視了因潤(rùn)滑油引起的空壓機(jī)爆炸燃燒事故。本文擬對(duì)空氣壓縮機(jī)的爆炸燃燒事故做出分析，以提高大家對(duì)空氣壓縮機(jī)安全運(yùn)行的重視，杜絕此類事故發(fā)生。

 

　　一、潤(rùn)滑油是造成空壓機(jī)爆炸的重要原因

 

　　空壓機(jī)爆炸的報(bào)道時(shí)有發(fā)生，已經(jīng)引起了人們的高度關(guān)注，然而引起空氣壓縮機(jī)爆炸的原因仍令很多人感到困惑。大家都認(rèn)為空氣是一種安全的氣體，因?yàn)榭諝饨M分中78%是氮?dú)猓獨(dú)馐遣荒苋紵模?2%才是氧氣和其它氣體。我們生活在空氣中，感到空氣是那么親切、安全，時(shí)刻不能缺少，然而空氣經(jīng)過(guò)壓縮提高壓力，怎么就能發(fā)生爆炸燃燒了呢？

 

　　眾所周知，燃燒與爆炸的必要條件是：燃燒物、氧化劑（助燃劑）及燃燒源，三個(gè)條件中缺少任何一個(gè)，都不會(huì)發(fā)生燃燒或爆炸。

 

　　導(dǎo)致空壓機(jī)燃燒或爆炸的燃燒物是潤(rùn)滑油。早期的空壓機(jī)活塞環(huán)、支承環(huán)為鑄鐵或銅合金制造，這樣材質(zhì)的壓縮機(jī)都需要往氣缸中注入潤(rùn)滑油，目的是降低磨擦系數(shù)，減少磨擦功耗，降低氣體的溫升。氣缸注潤(rùn)滑油的空壓機(jī)，注入氣缸的潤(rùn)滑油大部分由活塞以油膜的形式沿氣缸鏡面分布，微小部分的潤(rùn)滑油通過(guò)活塞桿的填料函被導(dǎo)走。絕大部分的潤(rùn)滑油都會(huì)隨壓縮空氣流帶入排氣管線（包括緩沖器、冷卻器、液氣分離器等輔機(jī)設(shè)備）。

 

　　近期的空氣壓縮機(jī)活塞環(huán)、支承環(huán)、填料環(huán)均采用聚四氟乙烯配方塑料自潤(rùn)滑材料制造，不需要往氣缸內(nèi)注入潤(rùn)滑油（通常稱為無(wú)油潤(rùn)滑壓縮機(jī)）。但即使是氣缸不注油的空壓機(jī)，當(dāng)填料部件工作欠佳，尤其是一級(jí)氣缸填料部件，機(jī)身內(nèi)的潤(rùn)滑油將通過(guò)填料函進(jìn)入氣缸，其數(shù)量將比注油器的注油量更多的可怕。排氣管線內(nèi)，在氣體的流動(dòng)和脈動(dòng)的作用下（活塞式壓縮機(jī)吸排氣是間斷的，故氣流是脈動(dòng)的）潤(rùn)滑油繼續(xù)向前運(yùn)動(dòng)。油層越厚，粘性越小，越容易流動(dòng)，油膜被氣流撕破，掉落的油滴被空氣流帶走，向管線的遠(yuǎn)方移動(dòng)，這種情況多在有急劇收縮的銳邊處發(fā)生。管線內(nèi)的鐵銹和積碳的存在能夠吸收潤(rùn)滑油，可以很大程度延緩潤(rùn)滑油的移動(dòng)過(guò)程，但對(duì)油層的加厚和積碳的加劇起了促進(jìn)作用，增大了爆炸燃燒的可能性。

 

　　大量的潤(rùn)滑油進(jìn)入氣缸，再進(jìn)入管路，使冷卻器的換熱效果降低，液氣分離器的工作負(fù)荷增加，操作工人師傅如果不能及時(shí)打開排污閥門，排放油水混合物，管路系統(tǒng)中潤(rùn)滑油的含量可想而知。二級(jí)氣缸進(jìn)入含有大量氣態(tài)，液態(tài)的潤(rùn)滑油，使z*終排氣中含有大量潤(rùn)滑油。

 

　　潤(rùn)滑油進(jìn)入冷卻器，致使冷卻器的換熱效率降低，換熱效率的降低引起排氣溫度提高，而隨著溫度的增加，又使空氣中潤(rùn)滑油的濃度增加，因?yàn)殡S著溫度的增加，潤(rùn)滑油蒸汽壓力很快增加。文獻(xiàn)①記載：當(dāng)氣體的壓力為6kg/cm²，溫度由40℃提高到80℃，壓縮機(jī)油的蒸汽壓力增加40～100倍；溫度由80℃升到160℃，壓縮機(jī)油的蒸汽壓力增加到250～500倍；當(dāng)溫度達(dá)到180℃以上時(shí)，潤(rùn)滑油的蒸汽壓力顯然將與爆炸極限相應(yīng)。二級(jí)壓縮的空氣壓縮機(jī)（通?？諌簷C(jī)站的空氣壓力多為8kg/cm²，即為二級(jí)壓縮的機(jī)型）。夏季時(shí)，排氣溫度大約在160℃，沒(méi)有溫度自動(dòng)控制裝置的空氣壓縮機(jī)，或者溫度自動(dòng)控制裝置失靈，一旦發(fā)生冷卻水壓力下降，甚至停水事故，此時(shí)排氣溫度將會(huì)迅速上升，很快就會(huì)超過(guò)200℃，達(dá)到潤(rùn)滑油爆炸極限。

 

　　由于壓縮空氣使用量的波動(dòng)性，空氣壓縮機(jī)經(jīng)常采用空轉(zhuǎn)（壓開吸氣閥閥片）或旁通管路進(jìn)行排氣量的調(diào)節(jié)，而此時(shí)注油器仍在正常工作供油，因此壓縮空氣中潤(rùn)滑油的濃度急劇增加。依據(jù)文獻(xiàn)②數(shù)據(jù)，壓縮機(jī)空轉(zhuǎn)潤(rùn)滑油的濃度增加300-1000倍，這就是壓縮機(jī)的爆炸燃燒事故多數(shù)發(fā)生在機(jī)器轉(zhuǎn)入空轉(zhuǎn)或滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)后突然剎車時(shí)的原因。

 

　　空氣中氧氣的含量體積百分比達(dá)到20%以上，這就為潤(rùn)滑油積碳沉淀物的燃燒爆炸提供了充分的氧化劑。由于氧氣的存在，潤(rùn)滑油會(huì)發(fā)生氧化反應(yīng)，氧氣在烴中比在水中更容易溶解，很容易被油吸收。隨著溫度的升高，氧氣的溶解量逐漸增加，潤(rùn)滑油的氧化強(qiáng)度與氧氣的濃度成正比，同時(shí)潤(rùn)滑油的氧化速度也與溫度有關(guān)。溫度約達(dá)到60℃，有積碳沉淀物的潤(rùn)滑油就已經(jīng)有明顯的氧化；當(dāng)溫度為100-150℃時(shí)，氧化速度急劇增加，氧化反應(yīng)是放熱的，本身又成為溫度升高的因素，自燃是z*危險(xiǎn)的氧化過(guò)程。潤(rùn)滑油與中性焦油的存在，沉淀物較高的多孔性，這些都加強(qiáng)了氧化過(guò)程。壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，潤(rùn)滑油的氧化過(guò)程越深入，則此油積碳物的存在越危險(xiǎn)。較新的潤(rùn)滑油是深度氧化物形成的根源，同時(shí)又是防止沉淀物自燃的保護(hù)物，潤(rùn)滑油的深度氧化物是z*危險(xiǎn)的，除去碳化物中的油焦質(zhì)后，在非燃燒的混合物中，實(shí)際上大約50℃左右就要發(fā)生自燃。在大氣壓下，引起沉淀物自燃不可逆過(guò)程的溫度區(qū)開始于250℃～285℃，在壓縮空氣系統(tǒng)中的壓力升高，則上述的區(qū)域向更低的溫度側(cè)移動(dòng)，出現(xiàn)自燃的可能性增加，即產(chǎn)生燃燒爆炸的危險(xiǎn)性增大。

 

　　二、防范空氣壓縮機(jī)燃燒爆炸的措施

 

　　1.嚴(yán)格防范機(jī)身內(nèi)潤(rùn)滑油的流失

 

　　通過(guò)上面的分析我們得出結(jié)論：潤(rùn)滑油是引起空壓機(jī)燃燒爆炸的罪魁禍s*。如何防范潤(rùn)滑油進(jìn)入氣缸是關(guān)鍵所在。機(jī)身內(nèi)的潤(rùn)滑油流失是z*危險(xiǎn)的，一旦發(fā)生一級(jí)填料泄漏嚴(yán)重，大量的潤(rùn)滑油就會(huì)被吸入氣缸內(nèi)，后果可想而知。多起空壓機(jī)站發(fā)生的燃燒爆炸事故，大量機(jī)身內(nèi)潤(rùn)滑油流失是引起事故的重要原因。

 

　　運(yùn)轉(zhuǎn)的壓縮機(jī)日常操作維護(hù)，一定要經(jīng)常通過(guò)機(jī)身前端的視油板觀察油位狀況，一旦發(fā)生超過(guò)正常油耗的油位下降，應(yīng)及時(shí)查明原因，消除隱患。千萬(wàn)不要忽視潤(rùn)滑油流失將會(huì)帶來(lái)的嚴(yán)重后果。

 

　　2.優(yōu)先選用無(wú)油潤(rùn)滑空氣壓縮機(jī)

 

　　新安裝的空氣壓縮機(jī)應(yīng)優(yōu)先選用無(wú)油潤(rùn)滑空壓機(jī)，避免了向氣缸內(nèi)注油潤(rùn)滑，減少了燃燒物的產(chǎn)生，降低爆炸燃燒事故發(fā)生的起因。盡管無(wú)油潤(rùn)滑空氣壓縮機(jī)較有油潤(rùn)滑空氣空壓機(jī)在價(jià)格上貴一些，但是有油潤(rùn)滑空壓機(jī)將消耗大量的潤(rùn)滑油（氣缸注油），這樣一來(lái)就會(huì)使冷卻器、液氣分離器及管線的清除工作量大大高于無(wú)油潤(rùn)滑空壓機(jī)，管理費(fèi)用上升，從長(zhǎng)遠(yuǎn)觀點(diǎn)及安全性考慮，無(wú)油潤(rùn)滑空壓機(jī)是經(jīng)濟(jì)的。

 

　　3.空壓機(jī)應(yīng)設(shè)置后冷卻器和分離器

 

　　走訪空壓機(jī)用戶發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)在運(yùn)轉(zhuǎn)的空壓機(jī)仍有很多還是有油潤(rùn)滑空壓機(jī)，并且大多沒(méi)有后冷卻器和液氣分離器，這可能是當(dāng)時(shí)訂購(gòu)設(shè)備時(shí)考慮減少后冷卻器和液氣分離器可減少部分資金，認(rèn)為使用壓縮空氣沒(méi)有含油量及溫度限制，或考慮輸送管線較長(zhǎng)，起到了降溫作用，忽視了沒(méi)有后冷卻器和液氣分離器所帶來(lái)的危險(xiǎn)性?；烊霛?rùn)滑油的高溫空氣直接進(jìn)入儲(chǔ)氣罐及排氣管線，高溫區(qū)段可延長(zhǎng)數(shù)百米，為油積碳物的生成提供了條件，也就是為管線爆炸提供了起因。為安全起見(jiàn)，應(yīng)設(shè)置后冷卻器和液氣分離器，以降低排氣溫度和排出含潤(rùn)滑油的積液，避免排氣管線油積碳物的生成，減少排氣管線爆炸燃燒的風(fēng)險(xiǎn)。

 

　　4.選擇合適的潤(rùn)滑油

 

　　無(wú)論是運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)用的潤(rùn)滑油或氣缸潤(rùn)滑油的油，都應(yīng)按產(chǎn)品使用說(shuō)明書規(guī)定選用，為保證壓縮機(jī)的安全運(yùn)轉(zhuǎn)，對(duì)潤(rùn)滑油提出的要求是：所有的油膜應(yīng)該是暫時(shí)的，即不斷的蒸發(fā)和更新。蒸發(fā)的油應(yīng)能很快地隨空氣進(jìn)入壓縮機(jī)的冷區(qū)，此處的積碳危害較小。有的潤(rùn)滑油粘度較高，蒸發(fā)較慢，進(jìn)而滯留在熱區(qū)并強(qiáng)烈的氧化，因而認(rèn)為采用高閃點(diǎn)潤(rùn)滑油比較安全的想法是錯(cuò)誤的。所謂閃點(diǎn)，是指某物質(zhì)在大氣壓力下加熱形成的蒸汽壓力達(dá)到用明火點(diǎn)燃的下極限濃度時(shí)的溫度。閃點(diǎn)越高的潤(rùn)滑油越容易產(chǎn)生較多的積碳，而閃點(diǎn)較低的潤(rùn)滑油積碳較少，即比較穩(wěn)定。

 

　　5.正確選擇潤(rùn)滑油的耗量

 

　　使用有油潤(rùn)滑空壓機(jī)的用戶，正確的選擇潤(rùn)滑油耗量很重要，合理的油耗不但滿足了壓縮機(jī)運(yùn)行的需要，而且能有效降低油積碳物的形成。一般來(lái)說(shuō)，壓縮機(jī)制造廠所提供的潤(rùn)滑氣缸的耗油量都偏高，通過(guò)壓縮機(jī)長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)轉(zhuǎn)經(jīng)驗(yàn)，可以降低油耗量定額。蘇聯(lián)專家K·C 波里謝柯指出，供油量減少一半，油積碳沉淀物的數(shù)量可以降低20～30倍。調(diào)查表明，壓縮機(jī)爆炸事故與操作人員對(duì)制定潤(rùn)滑油耗量定額問(wèn)題認(rèn)識(shí)不足有關(guān)，錯(cuò)誤的認(rèn)為多注潤(rùn)滑油有利于壓縮機(jī)的運(yùn)行，忽視了過(guò)量潤(rùn)滑油所帶來(lái)的隱患。

 

　　為了減少積碳沉淀物，冷卻器應(yīng)盡可能地靠近氣缸安裝，在壓縮機(jī)z*末級(jí)建議安裝高效除油器。在壓縮機(jī)空氣系統(tǒng)中，應(yīng)當(dāng)避免促使油蒸氣或積碳聚焦的結(jié)構(gòu)缺陷，例如容器中的死區(qū)、盲管、氣囊，由小直徑管道急劇變?yōu)榇笾睆焦艿赖取?/div>

 

　　6.清除油積碳沉淀物

 

　　完全避免潤(rùn)滑油的氧化和分解是不可能的，因此，適時(shí)、定期地清除壓縮空氣系統(tǒng)中廢潤(rùn)滑油和分解物具有特別的重要性。當(dāng)吹除容器時(shí)，油水乳液被除掉，容器吹除可完成清除冷凝液之外，還有第二個(gè)作用，就是對(duì)死區(qū)進(jìn)行通風(fēng)，降低了油蒸氣濃度。

 

　　前蘇聯(lián)的《設(shè)備與壓縮機(jī)、管道安全操作規(guī)范》規(guī)定，壓縮機(jī)通氣通道內(nèi)清除油積碳沉淀物每六個(gè)月至少一次，有油過(guò)濾器時(shí)，在油過(guò)濾器之前，或者儲(chǔ)氣罐之前，包括儲(chǔ)氣罐在內(nèi)都要清洗。清洗劑可選用蘇打、堿或者烷基苯璜酸鈉溶液。清洗結(jié)束后，必須從系統(tǒng)中仔細(xì)除去化學(xué)劑，因?yàn)樗拇嬖跁?huì)促進(jìn)腐蝕的積碳。

 

　　7.消除燃燒源

 

　　電火花是空壓機(jī)爆炸的燃燒源，為了避免形成靜電，壓縮機(jī)裝置應(yīng)當(dāng)接地。閥門附件不可突然開啟或關(guān)閉。為了預(yù)防可能產(chǎn)生的火花，不允許容器和管道零件松動(dòng)，禁止采用具有可燃性的密封材料。特別指出，壓縮機(jī)裝置為防止氣體倒流均設(shè)有止回閥，采用重力式閥是很危險(xiǎn)的。活塞式壓縮機(jī)輸送氣體是脈動(dòng)的，加之用氣量的波動(dòng)性，氣流很不穩(wěn)定，閥瓣隨氣流波動(dòng)上下動(dòng)作，撞擊閥體密封面，閥瓣較重，而且速度又快，沖擊能量很大，很容易產(chǎn)生火花，引燃油積碳物。同時(shí)升降式止回閥的撞擊聲音也是很大的噪聲源，影響操作人員身體健康，建議取消升降式止回閥。旋起式止回閥由于閥瓣質(zhì)量較小，沖擊能量較升降式小的多，因此安全性較好一些，尤其是閥瓣上包有氯丁橡膠類非金屬材料，更加安全可靠；選用類似壓縮機(jī)排氣閥性質(zhì)的止回閥，由于閥片質(zhì)量小、升程小、沖擊能量不會(huì)產(chǎn)生火花，是理想的壓縮機(jī)用止回閥。

 

　　8.注意材料的使用

 

　　當(dāng)潤(rùn)滑油中混入鋁的細(xì)粉末，著火的溫度會(huì)大大降低，油積碳沉淀物中如存在銅和銹蝕時(shí)，或者從銅管和鐵中溶出的銅、鐵離子生成的羧酸，會(huì)更增加著火爆炸的危險(xiǎn)性。因此，壓縮機(jī)裝置中緩沖器、冷卻器、液氣分離器及儲(chǔ)氣罐內(nèi)壁應(yīng)杜絕使用鋁粉類防銹漆。使用鉰管作為換熱管的冷卻器，當(dāng)有青綠色冷凝液排出時(shí)，此時(shí)一定要注意油沉淀粉的積聚情況，油積碳沉淀層允許的z*大厚度不超過(guò)3mm，否則很容易發(fā)生爆炸事故。

 

　　特別提請(qǐng)注意的是，氣體管路不要采用鍍鋅管材。認(rèn)為鍍鋅管材不易生銹，是較好的氣管路用材料的觀點(diǎn)是錯(cuò)誤的，鋁、銅、鋅都可能成為潤(rùn)滑油熱氧化的催化劑。

 

　　9.選擇合適的氣流速度

 

　　為了防止形成油與空氣混合物的爆炸濃度，正確選擇壓縮機(jī)裝置各區(qū)段空氣流速是很重要的。瑞典阿特斯拉公司進(jìn)行的研究指出，當(dāng)空氣流的速度超過(guò)8m/s時(shí)，油沿排氣管壁面做較快的移動(dòng)，不會(huì)產(chǎn)生很大的變化。因?yàn)榭諝鈮嚎s機(jī)站所提供的壓縮機(jī)空氣屬于低壓氣體，氣流速度應(yīng)在12-18m/s，早期的空壓機(jī)站輸氣管路追求減少壓力損失，管徑選的都比較大，不但浪費(fèi)大量的鋼材，而且從安全的角度看，也是不合適的。為了使壓縮空氣流有效的冷卻自動(dòng)加熱的油積碳沉淀物，空氣流速絕對(duì)不可以低于2m/s，如低于此流速時(shí)，管路系統(tǒng)必須進(jìn)行改造，否則將成為壓縮機(jī)系統(tǒng)爆炸燃燒的隱患。

 

　　參考文獻(xiàn)

 

　　[1] Lohner K.0lverbranch, oldampfdurck und Flammpunkt beiolgekühlten

　　Drehkolbenverdichtern-WO-Masehinenfunk[J].1996,17(19):9-12.

　　[2] Tettmar B,Willson M.Contamination of Compressed Air by lubricating oil. The Engineer [M].1967,April 28: 625-627.

　　[3] Ⅱ·N 伏羅巴伊，A·A 沙列諾夫著，楊紹侃，金光熹等譯. 提高活塞式壓縮機(jī)的可靠性與經(jīng)濟(jì)性[M] [蘇].

　　[4] 劉振聲譯. 空氣壓縮機(jī)的火災(zāi)爆炸問(wèn)題探討[M]安全工學(xué)，1976.

 

展開更多