積炭引發(fā)的活塞式空壓機(jī)自燃事故原因分析

摘 要：積炭是活塞式空壓機(jī)發(fā)生事故的重要安全隱患，在一定條件下還可能引發(fā)自燃事故，危害到設(shè)備和人員的安全。本文結(jié)合龍泉市某有限公司3號空壓機(jī)系統(tǒng)的自燃事故為例，著重就因積炭引發(fā)的事故原因進(jìn)行了分析與探討，并提出了相應(yīng)預(yù)防對策。

關(guān)鍵詞：活塞式空壓機(jī)；積炭；自燃事故；原因；對策

引 言

活塞式空壓機(jī)在壓縮生產(chǎn)過程中，氣體的溫度急劇升高，空壓機(jī)油在高溫的作用下將發(fā)生分解變質(zhì)現(xiàn)象，油中的輕組分被汽化并與氣體混合在一起離開空壓機(jī)，而剩下的組分則經(jīng)空氣中的氧氣氧化后形成瀝青狀化合物和堅(jiān)硬的含碳沉淀物，這種現(xiàn)象即被稱為積炭。輕微的積炭問題不會影響空壓機(jī)的正常運(yùn)行，而嚴(yán)重的積炭則會在高溫作用下導(dǎo)致空壓機(jī)著火自燃，甚至爆炸，引發(fā)設(shè)備的損失和人員的傷亡。為此，加強(qiáng)對積炭形成原因的了解，并做好相應(yīng)的預(yù)防措施是非常有必要的。

1 活塞式空壓機(jī)自燃事故實(shí)例

在2013年4月18日X時X分，龍泉市某有限公司3號空壓機(jī)系統(tǒng)在使用過程中發(fā)生自燃現(xiàn)象，燃燒產(chǎn)生的CO和CO2有害氣體，通過管路進(jìn)入礦井采礦作業(yè)而導(dǎo)致二名作業(yè)人員死亡。

現(xiàn)場情況檢查：

（1）該公司空壓機(jī)房內(nèi)共有4臺型號為4L-20/8型空壓機(jī)，屬無潤滑油超油保護(hù)裝置的活塞式壓縮機(jī)，發(fā)生燃燒的壓縮機(jī)貯氣罐制造單位無錫壓縮機(jī)廠，制造年月1980年11，使用時間不明。

（2）發(fā)生燃燒的壓縮機(jī)貯氣罐外表面顏色發(fā)白，于其相鄰貯氣罐相比較，有明顯內(nèi)部發(fā)生過燃燒的痕跡，貯氣罐人孔處有燃燒產(chǎn)物煙灰粘結(jié)在貯氣罐的外表面，如圖1所示。

（3）打開貯氣罐人孔檢查發(fā)現(xiàn)，筒體內(nèi)部從上而下約占4/5筒體高度的內(nèi)壁的原殘留物（積炭）已全部燃燒，在下封頭底部堆積有150mm左右的黑色燃燒產(chǎn)物（如圖2所示），打開相鄰的貯罐人孔檢查，筒體內(nèi)壁粘結(jié)有大量的積炭和油脂。

2 事故原因分析

從對貯氣罐內(nèi)表面的情況判斷，該空壓機(jī)及其貯氣罐系統(tǒng)在運(yùn)行狀況下發(fā)生燃燒直接原因是空壓機(jī)出口和貯氣罐內(nèi)表面在長期使用后大量積炭導(dǎo)致壓縮機(jī)系統(tǒng)燃燒。

2.1 積炭形成的原因

（1）潤滑油適用不當(dāng)質(zhì)量差。企業(yè)管理不到位，對空壓機(jī)使用潤滑油不注意，造成采購和使用隨意性較強(qiáng)，使用油號不符合要求的抗氧化降低的潤滑油。

（2）潤滑油溫度過高。造成潤滑油形成積炭的決定性因素是溫度過高。濕度越高，潤滑油氧化形成積炭的速度越快。

（3）壓力過高。由于礦山開采距離長，空壓機(jī)回風(fēng)壓力在0.7MPa以上。此時壓縮機(jī)高壓缸最高溫度可達(dá)180℃，使進(jìn)入高壓缸內(nèi)的潤滑油迅速形成油霧，隨著壓縮空氣溫度下降，油霧和其它污物形成積炭附著于管道和容器壁上。

（4）氧氣密度影響。在較高壓力下空氣中氧的密度增加，使的潤滑油與高壓空氣中氧氣接觸加速，加快了潤滑油的氧化速度，也是形成積炭的一個因素。

2.2 積炭自燃的原因

粘結(jié)在空壓機(jī)系統(tǒng)中的積炭，在熱空氣作用下繼續(xù)氧化，當(dāng)空壓機(jī)因排氣閥、活塞環(huán)或中間冷卻器等出現(xiàn)故障，造成排氣溫度升高，積炭對外散失熱量小于積炭吸收的熱量，積炭進(jìn)入自加溫狀態(tài)，造成了較大的和不可控制的加熱速度，最后達(dá)到自燃溫度而產(chǎn)生自燃（整個空壓機(jī)有積炭的部位）。

2.3 積炭自燃的后果

積炭自燃后，迅速產(chǎn)生了CO和CO2大量的CO和CO2通過管路進(jìn)入采礦作業(yè)面，就會導(dǎo)致人員傷亡。

3 預(yù)防活塞式空壓機(jī)自燃事故的建議

3.1 合理使用潤滑油

（1）應(yīng)選擇合適的潤滑油。盡可能選擇低粘度，高閃點(diǎn)，抗氧性好的壓縮機(jī)專用潤滑油，減少積炭的形成，生產(chǎn)所用的活塞式空壓機(jī)一般壓力不大于1MPa，所以盡量選用13號壓縮機(jī)油為宜。

（2）應(yīng)加強(qiáng)對壓縮機(jī)油的管理。注意保管，防止摻雜混亂，應(yīng)專桶專用，并進(jìn)行明顯的標(biāo)記，對新購置的壓縮機(jī)油還應(yīng)當(dāng)進(jìn)行抽檢化驗(yàn)，嚴(yán)格驗(yàn)收，確保機(jī)油的使用質(zhì)量。

（3）潤滑油的用量應(yīng)適當(dāng)。在使用中不要出現(xiàn)過量或不足的問題，應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格遵守設(shè)備相關(guān)的技術(shù)文件執(zhí)行，如沒有技術(shù)文件時，可參照下列方程式進(jìn)行計(jì)算：

在上式中，Q是指空壓機(jī)每個貯氣罐的潤滑油消耗量，單位為g/h；D是指貯氣罐直徑，單位為m；L是指活塞的行程，單位為m；n是指曲軸的轉(zhuǎn)速，單位為r/min；r是指潤滑油的比重，通常為0.9；K則是貯氣罐系數(shù)，通常臥式貯氣罐系數(shù)為500，立式貯氣罐系數(shù)為400。除應(yīng)當(dāng)做好對潤滑油用量的選擇與計(jì)算以外，對潤滑油的消耗量也應(yīng)當(dāng)做好記錄，并進(jìn)行保存，以作為設(shè)備檢修時的重要技術(shù)依據(jù)。

3.2 嚴(yán)格執(zhí)行設(shè)備維修保養(yǎng)和定期檢修制度

空壓機(jī)自燃主要原因是設(shè)備運(yùn)行惡化所引起的，嚴(yán)格執(zhí)行設(shè)備維修保養(yǎng)和定期檢修制度，可有效避免積炭的自燃。且設(shè)備累計(jì)運(yùn)行時間越長，積炭也越多，因此必須加強(qiáng)清掃和維護(hù)保養(yǎng)，以防止積炭層過厚。對于貯氣罐、氣閥應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行空壓機(jī)維護(hù)保養(yǎng)規(guī)程，每月清掃一次積炭。貯氣罐每天都應(yīng)進(jìn)行一次污油的排放，從貯氣罐排氣口開始，直至壓氣穩(wěn)定高于80℃這一區(qū)間所有的管路、風(fēng)包、冷卻器、分離器和閥門中的任何積炭均應(yīng)有效清除。同時，還應(yīng)制定嚴(yán)格的檢查和清掃的周期，確保積炭層厚度不超過3mm（當(dāng)工作壓力≤1MPa時）。

3.3 采用吸氣過濾裝置

由于設(shè)備運(yùn)行環(huán)境中，灰塵越多越容易積炭，其吸入的硬顆粒物質(zhì)不僅極易引發(fā)火花而導(dǎo)致自然事故，而且加速了空壓機(jī)設(shè)備系統(tǒng)的磨損。因此，活塞式空壓機(jī)應(yīng)盡量設(shè)置在周圍環(huán)境清潔的地方，如果受生產(chǎn)條件限制或已設(shè)置在灰塵較多的區(qū)域，則在設(shè)備檢修時還應(yīng)當(dāng)加設(shè)吸氣過濾裝置，通?？刹捎糜驮∈綖V清器以有效過濾灰塵與雜物，并做到勤清洗、勤換油。

3.4 做好排氣溫度的控制

具相關(guān)資料表明，溫度對潤滑油氧化的速度影響很大。從60℃開始，每升高10℃，潤滑油的氧化速度就會提升2～3倍，因此應(yīng)嚴(yán)格控制空壓機(jī)貯氣罐的排氣溫度，要求單缸貯氣罐排氣溫度不得超過190℃，雙缸℃排氣溫度不得超過160℃。對各級排氣溫度還應(yīng)設(shè)置相應(yīng)的保護(hù)裝置，使設(shè)備能在超溫時自動切斷電源。為消除排氣溫度過高的因素，還應(yīng)當(dāng)采取以下措施：

（1）合理選用冷卻水水質(zhì)。為避免冷卻器水管壁和貯氣罐冷卻水腔出現(xiàn)結(jié)垢，應(yīng)首先選擇合理的冷卻水水質(zhì)，凡是臟污和帶酸性的水，均不能作為冷卻水。若水中懸浮的機(jī)械雜質(zhì)含量或有機(jī)物含量大于25mg/L時，還必須對冷卻水進(jìn)行軟化處理。

（2）冷卻水的進(jìn)、出口溫度的差值不宜高于10℃，通常出口溫度不宜高于40℃，并應(yīng)做好相關(guān)記錄。

（3）加強(qiáng)檢修和維護(hù)保養(yǎng)工作，改善相關(guān)零配件的質(zhì)量，以確保貯氣罐氣閥不漏氣，以避免氣體因循環(huán)壓縮而導(dǎo)致溫度升高。

（4）應(yīng)設(shè)置排氣溫度測量和記錄的裝置，當(dāng)發(fā)現(xiàn)空壓機(jī)排氣溫度過高時，應(yīng)立即檢查問題原因，并積極采取措施加以解決。

3.5 建議采用有潤滑油超油保護(hù)裝置的壓縮機(jī)

對于當(dāng)前仍用于生產(chǎn)的一些老舊機(jī)型，普遍存在著空氣壓縮比大、排氣溫度高、安全裝置不齊全等問題，很容易引發(fā)自燃事故。例如，本文事故中的4L-20/8型空壓機(jī)空壓機(jī)屬于無潤滑油超油保護(hù)裝置的活塞式壓縮機(jī)，不僅耗油量大、易積炭，而且相對消耗電能更多，既不經(jīng)濟(jì)也不安全，故應(yīng)當(dāng)淘汰，進(jìn)行設(shè)備的更新?lián)Q代。建議采用有潤滑油超油保護(hù)裝置的壓縮機(jī)。

4 結(jié) 語

文結(jié)合事故實(shí)例，就因積炭引發(fā)的活塞式空壓機(jī)自燃事故的原因及后果進(jìn)行了分析，并提出了相應(yīng)的事故預(yù)防對策。據(jù)相關(guān)資料表明，積炭自燃事故的發(fā)生必須滿足一定的條件，即積炭層達(dá)到一定的厚度（在1MPa有效壓力下約30mm），周圍溫度較高（≥150℃）和積炭層的孔隙度較小，當(dāng)積炭層上方流動的壓縮空氣停止或過慢時，就可能引發(fā)自燃事故。采取本文中所建議的預(yù)防措施，能較好的控制積炭層的厚度，并可有效降低設(shè)備的工作溫度，從而確保了活塞式空壓機(jī)系統(tǒng)的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

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作者簡介：朱偉軍（1964-），麗水市特種設(shè)備檢測院副院長，麗水市特種設(shè)備安全協(xié)會副秘書長，工程師，鍋爐檢驗(yàn)師，壓力容器檢驗(yàn)師，特種設(shè)備無損檢測PTⅢ級，主要從事特種設(shè)備檢驗(yàn)管理及高耗能特種設(shè)備能效測試工作。