矿用空压机风包爆炸事故的原因分析及预防

封士彩1.2　詹昌斌2
(1. 徐州师范大学工学院, 江苏徐州221011 ; 2. 中国矿业大学机电学院, 江苏徐州221008)

摘要: 以矿用空压机为研究对象,对其风包爆炸的原因进行全面分析,采用事故树方法阐明造成风包爆炸的因素,提出了可行的预防措施,对矿井安全生产具有指导性作用。
关键词: 空压机; 风包爆炸; 原因分析; 预防措施

1 　前言
　　空压机是煤矿重要动力设备之一,是一种生产和输送压缩空气的设备,广泛应用于各种风动机械及风动工具,如采掘工作面的风镐、风钻、凿岩机、凿岩台车、风动装岩机、混凝土喷射机;凿井使用的气动抓岩机、环形及伞形吊架;地面使用的锻钎机、空气锤等[1 ] 。目前煤矿使用的空压机主要是活塞式4L —20/ 8 型和5L —40/ 8 型2 种。近年来,矿用空压机系统时常发生重大事故,如徐州某矿4 号机组曾发生2 级气缸排气阀室和2 级活塞爆炸,国内其他矿也曾发生风包爆炸、输送管道爆炸及设备损坏等事故,造成人员伤亡、停工停产和巨大经济损失,因而正确识别空压机的故障,分析原因,提出预防措施是非常必要的。本文仅对其中的风包爆炸问题进行探讨。

2 　空压机风包爆炸事故的原因分析
2.1 　风包缺陷
　　造成空压机风包爆炸的根本原因是风包内风压超过风包的强度,目前矿用空压机风包的风压额定压力一般为018 MPa 。若风包局部存在缺陷,如壁厚不均匀、存在气孔和裂纹、材质差、锈蚀严重等,则风包强度已达不到标准的要求。尽管风包仍在额定压力下工作,可仍然会发生爆炸。如某矿风包上盖板因焊缝开裂发生爆炸事故。
2.2 　风包超压
　　风包内气体额定压力是由压力调节器和安全阀来确定的。一旦二者出现故障,如压力调节器操作失误或其中的卸荷阀管道等零部件出现故障、安全阀失灵,风包内气体压力急剧上升,超过风包的强度极限时,会发生爆炸。如某矿因维修工操作失误发生过风包爆炸事故。正常调节时,压力调节器的手柄调节螺套所处的初始位置应使弹簧处于松驰状态,然后开动空压机,逐步旋转手柄调节螺套,使弹簧逐步受到压缩,这样可保证不会超压;但该矿维修工操作相反,调节时手柄调节螺套的位置使弹簧处于压缩极限状态,开动空压机后,处于全负荷状态,气体压力上升没有限制,正好安全阀失灵,空压机供气系统对外不供气,风包内气体压力达1 MPa 以上,造成风包爆炸。
2.3 　积碳燃烧
　　空压机的气缸、排气管、阀门、风包及分离器中,伴随气流的润滑油,在热空气的作用下氧化而形成碳化物,这种碳化物逐渐增多就成为积碳,具有易燃性。它是由固态氧、碳氢化合物及杂质(金属粉末、碳渣、灰尘) 组成。积碳的形成除了与油的质量不好、不定期清扫有关外,还与给油量过度、空气过滤不好和高温有关。积碳因机械冲击、硬颗粒在运动时发生的冲击以及静电放电等产生的火花,或者因环境温度及空压二级排气温度过高,或者因其达到自燃温度,就会着火燃烧,使积碳中的油迅速汽化。当产生可燃性碳化氢为主体的气体在空气中达到爆炸的浓度时,就使燃烧转为爆炸。
2.4 　管道振动
　　往复式空压机由于吸排气过程具有间歇性,因而管道内气流的压力和速度呈脉动性和周期性变化。气体压力时大时小,气流速度时快时慢。这种脉动气流通过管道的弯管、阀门或异径管时,会产生激振力,引起管路振动,脉动压力的不均匀越大,振动也越大;输送压气的压力越高、管道的直径越大,激振力也越大;脉动气流引起管路振动的频率,若与管道结构系统的固有频率相同或相近,会引起管道机械共振,即使激振力不大,管道的振动也会特别强烈。管道振动的结果是使管与管之间或管与风包、阀门、冷却器之间的连续部位经受反复的振动应力,使管路系统受到附加疲劳载荷,会出现松动以致开裂现象,轻则产生泄露,重则引起爆炸,酿成事故。

3 　空压机风包爆炸事故的预防措施
3.1 　风包缺陷的预防措施
　　(1) 风包是压力容器之一,风包的大修、改造,必须按照压力容器的管理办法,只有持有许可证的单位才能进行,如无损检测的合格证书等。
　　(2) 风包按照质量标准进行检验并定期清扫,不合标准坚决不用。新安装或修理后的风包必须进行有关的试验。
3.2 　风包超压的预防措施
　　(1) 设立风包内压力保护装置,一旦超压能自动断电。
　　(2) 压力调节器、安全阀必须经过正确调整,保证灵活好使。
　　(3) 操作维护人员必须按煤矿安全规程的有关规定对空压机进行操作和维修。
3.3 　积碳的预防措施
　　(1) 合理选用润滑油,使其闪点、粘度、抗氧化能力及热氧化安定性等性能符合规定。
　　(2) 润滑油用量要适当[3] 。不要过量或不足,应遵照设备技术文件执行。
　　(3) 控制排气温度。一是加强空压机冷却系统的改造和管理,如合理选用冷却水水质、及时清除冷却器管壁和缸冷却水腔壁的结垢,控制冷却水的进出温差不大于10 ℃;二是降低管路、风包内的气体温度并加强检修、改造配件质量,以保证气阀不漏气,防止气体循环压缩,如配备后冷却器;三是设立各级排气温度、风包内气体温度、冷却水温度的保护装置,在超温时能自动切断电源。
　　(4) 加强吸气过滤,防止吸入的气体灰尘多和含有硬颗粒;加强风包的清扫,防止积碳层过厚;提高填料箱的密封作用,防止曲轴箱内的机油漏入气缸,进入风包。
3.4 　管道振动的预防措施
　　(1) 设计或安装压气管道时,应尽量减少弯管、阀门和异径管,或者使弯曲的曲率半径大一些,以减小激振力。
　　(2) 对已经产生振动的管道,要在距空气压缩机很近的地方加设缓冲器,风包虽然也是一种缓冲器。如容积不够大,则应适当加大,以减少脉动压力的不均匀度。
　　(3) 如发现某段管道振动强烈,可用木楔卡紧管道的某一处;或增加某处管道的支承;或用重物压紧管道的某一处。若发现振动明显减小或消除,则说明原来的管道振动是管道的机械共振;若无效果则说明不是。
　　(4) 为了防止每个风包的剩余脉动量在集管器内有时会因曲拐相位相同而加强,可把集管器容积扩大。

4 　结语

　　(1) 空压机风包发生爆炸事故主要由于风包本身的缺陷。风包内空气超压、积碳燃烧和管道振动造成。
　　(2) 空压机风包发生爆炸事故应引起煤矿管理人员和工程技术人员的重视。根据自身空压机系统的情况正确分析造成风包爆炸的因素。采取相应的措施可避免此类事故的发生,确保矿井安全生产的顺利进行。
　　(3) 事故树分析方法能直观形象地说明风包爆炸的顶事故、一级事故、二级事故、三级事故的相互关系及含有的因素。

参考文献:

[1 ]牛树仁,陈滋平1 煤矿固定机械及运输设备[M]1 北京:煤炭工业出版社,19881
[2 ]李纪,池凤山1 煤矿机电事故分析与预防[M]1 北京:煤炭工业出版社,19911
[3 ]常喜华,唐文东,刘东1 空压机运行状况浅析[J ] 1 煤矿机械,2001 , (8) :25 - 271

　　作者简介: 封士彩(1966 - ) ,江苏徐州人,副教授,中国矿业大学博士研究生,从事工程机械和矿山机械的振动、设计、故障诊断及磁流体技术的教学和科研工作,参与国家自然科学基金一项,主持横向项目2 项,发表学术论文40 余篇。

Reason analysis and prevention for the faults of explosion in
air- drum of mine compressors
FENG Shi-cai1、Z　　HAN Chang- bin2
(1. Industrial College of Xuzhou Normal University ,Xuzhou 221011 ,China ;
2.Mechanical & Electronic College of China University of Mining and Technology ,Xuzhou 221008 ,China)

Abstract :Taking compressors in mine as researching object ,the explosion reasons of its air-drum are analyzed complete2　ly. With the help of methods of fault tree ,the factors of explosion in air-durm are explained too. So the feasible preventive　measurements are set forth. This is beneficial for the safe and reliable production in mine.　

Key words :compressors ;air-drum explosion ;reasons analysis ;preventive measurement