一起空气压缩机供气系统积碳爆炸事故

　　摘要：从技术上对恩口煤矿空压机供气系统积碳爆炸事故进行了详细的分析，提出了空气压缩机积碳爆炸事故的防范措施。

　　关键词：空压机；积碳；爆炸事故；防范措施

　　! 事故经过

　　1993 年10 月10 日下午3 时左右在恩口煤矿一号井地面压风机房发生了一起空气压缩机供气系统爆炸事故，经事故现场勘察，发现二号空气压缩机排气室、排气管内约有6mm 厚的积碳，冷却水腔内积垢严重，止回阀内有约30mm 厚的积碳。通过调查，得知该机几个月前曾发生过气缸内积碳着火烧缸现象。据此认定，这起事故属一起典型的空气压缩机积碳爆炸事故。

　　2 事故原因分析

　　经事故调查分析，引起空压机供气系统积碳爆炸事故的原因大致有如下几个方面：(1) 环境灰尘较多；(2)机房空气压缩机长期没有专人维修；(3)安全保护装置长期失修失效； (4)  几个月前该机曾发生气缸积碳着火烧缸现象未予处理；(5)空压机司机未经正规的技术培训。

　　3 空气压缩机供气系统积碳爆炸事故技术分析

　　3.1积碳的形成

　　空压机由于吸入不干净的空气，在运行中气缸、阀门、排气管等处，伴随气流的润滑油在热空气作用下氧化而形成碳化物，这种碳化物随着空压机运行时间增加而逐渐增多就形成积碳，积碳是由固态含氧、碳氢化合物及杂质’ 金属粉末、碳渣、灰尘* 组成。维护良好的空压机只形成轻微的积碳，轻微的积碳不会影响空压机的安全运行。当空压机维护不良、长期未清扫供气系统时，就会形成很厚的严重积碳，这是发生空压机燃烧爆炸的隐患。

　　在下列情况下形成严重的积碳：

　　(1)机房附近空气不干净或空气过滤器不合要求，空压机吸入了空气中大量的尘埃，使润滑油变稠，使其通过供气系统热部件的时间过长，增加润滑油氧化的时间，加速了积碳的形成；

　　(2) 由于检修装配不细致或由空压机吸入，使供气系统存在铁和氧化铁微粒等催化剂，而加速润滑油的氧化；

　　(3) 给油量过多，供气系统的风包、管路、阀门、油水分离器未定期清扫，助长严重积碳的形成；

　　(4) 由于空压机气缸内积碳形成后，未定期清除，积碳沾附在气阀上，使气阀关闭不严密，在空压机下一次工作循环的余气膨胀、吸气过程中，排出气缸的高温气体通过关闭不严的排气阀回到气缸里，形成循环压缩，升高了气缸的空气温度，提高了排气温度，加剧了气缸及风包内积碳的形成；

　　(5) 由于空压机冷却系统工作异常，冷却水量过少、水压过低，冷却管路、冷却器、气缸水套积垢，冷却效果差，造成气缸温度过高而引引起润滑油温度过高，加剧积碳的形成。

　　3.2 积碳燃烧

　　在空压机及风包、管路等整个供气系统长期未维护清扫而形成积碳时，由于积碳含油达-$5的易燃物，当其温度超过-3$6时，会着火燃烧。在下列情况下发生燃烧的可能性较大。

　　(1)当空压机冷却不良加上排气阀漏气产生循环压缩的情况下，气缸内空气温度过高，压缩过程接近绝热压缩，而引起排气温度接近或超过350℃，尤其是压缩比高的单缸空压机，这种情况更严重。如在正常情况下，对单缸空压机进气温度27℃，排气压力为0.7MPa，压缩指数n=0.3/ )，排气

　　温度t2由下式计算：

　　T2=t1(p1/p2)1-1/n

　　=485k

　　t2=T2-273=212(℃)

　　t2 低于润滑油闪点，大大低于着火温度350)℃，空压机运行安全。

　　异常情况下，由于气缸冷却恶化、循环压缩，气缸进气温度增至.79℃，压缩过程接近绝热压缩，取n=1.38，则排气温度t2 计算为：

　　t2= T2-273(℃)

　　t2着火温度，可使积碳燃烧。

　　上述两式中：

　　T2—排气绝对温度，k

　　T2———进气绝对温度，T1=t1=273

　　P2———排气绝对压力，P2=0.8MPa

　　P1——进气绝对压力，P1=0.1MPa

　　(2) 由于检修装配不良，运行中发生异常机械冲击而产生火花，空压机吸入烟尘等硬颗粒，在运动时发生冲击而产生火花，均可导致气缸内积碳燃烧；

　　(3) (排气管道内，由于气流高速流动而产生摩擦静电，静电在达到一定能量时会引起排气管内积碳燃烧。尤其是采用普通塑料管作排气管而无防止静电的措施造成大能量静电积聚时，这种燃烧的可能性更大；

　　(4)积碳在一定的条件下产生自燃。积碳在氧化过程中产生放热现象。正常时，这种热量被积碳上层的空气冷却或通过积碳层传给金属壁带走，当积碳严重、层厚达#*99 时，不能及时带走氧化产生的热量而使其达到某一临界温度时会发生自燃。临界温度变化很大，压缩空气流速越低，则临界温度越低。在空压机卸荷、停车，排气管中风流速度突然下降为零时，加上环境温度过高，积碳自燃的可能性最大。

　　3.3积碳爆炸

　　积碳燃烧不一定产生爆炸，当积碳燃烧使积碳中油迅速气化而产生可燃性碳化氢为主的气体在空气中达到爆炸浓度：)$ : "$9; 3 <;，燃烧即转为爆炸，浓度过高过低都不会发生爆炸。爆炸部位主要发生在气缸、风包，也可能发生在排气管路、阀门、油水分离器等处。总之，在供气系统，哪里存在严重积碳，哪里就有爆炸的可能性。

　　4防范措施

　　4.1改善机房周围的环境，保持空气干净清洁

　　空压机吸气口必须装置合格的空气过滤器，并定期( 3个月) 清理，保持其良好性能，以防止灰尘杂质吸入空压机。

　　新安装的空压机必须检查空气过滤器是否符合要求，自制空气过滤器必须符合规定，其表面积)应按下式计算确定：

　　F=Q/60V（m2）

　　式中Q———通过空气量(m/min)

　　V———通过的风速(m/s )一般采用金属滤

　　芯，可取V=1.1-1.5 m/s

　　4.2 用润滑油

　　采购储存润滑油要切实保证质量，其闪点、粘度、抗氧化能力及热氧化安定性等指标要符合技术文件的要求。压缩机油的闪点在使用前应试验，不得低于215℃，机油闪点不得低于160-180℃，严防机油、压缩机油混杂，使用润滑油要按技术文件规定的油量不能过多过少，无文件可查时，可参考下列两式计算确定。

　　运动机构的润滑油量按下式计算

　　4.3 搞好空压机的维修

　　加强冷却水系统的维修。冷却水泵、管路应定期检修，冷却水池保持干净，冷却水质、水温、水量符合要求，水质不符合要求的应作相应的水质处理。出水温度不超过40℃，出入水温差不超过10℃；定期清理气缸、水套、中间冷却器的水垢，保持良好的冷却效果；对气阀应定期检查清理，及时更换不合格的阀片、弹簧等零件，保证气阀工作的严密性，防止漏气回风产生循环压缩，降低压缩指数。通过以上措施，控制排气温度不超过安全规程的规定* 即单缸190℃，双缸160℃。

　　按质量标准，认真做好空压机的检修装配，对运动件要装配正确，按标准调整好运动间隙，防止装配不牢、不正，间隙过大过小而产生异常冲击、剧烈摩擦；对填料函检修应注意密封圈的间隙适当，不得有密封圈开裂、掉渣，表面有气孔砂眼、拉紧弹簧失效、油路堵塞等缺陷，以保证密封，防止泄漏过大，使曲轴箱机油漏入气缸。

　　定期清扫气缸、风包、管路的积垢。气缸、风包每月清理一次，管路及附件每年清理一次，防止积碳过多。

　　4.4防静电

　　为防止排气管路产生静电而造成事故，对采用普通塑料管的排气管应改用抗静电塑料管，并对管路可靠的接地。

　　4.5完善安全监测保护装置，保证灵敏可靠

　　压力表、温度计应齐全完整、指示准确，每年校验一次；安全阀、压力调节器应定期检查调节，保持动作灵敏可靠，在风包的主排气管上应安装符合要求的释压阀，释压阀的口径不得小于出风管的口径，释放压力应为空压机最高压力的1.25-1.4倍；

　　对冷却系统应装有断水保护装置，声、光具备；对各级排气温度和风包温度应装有超温保护装置，在气缸、曲轴的润滑油部位应装有断油保护装置，在空压机断水、断油、超温时能自动切断电源，停止运转，并发出警报。

　　4.6加强空压机操作维修人员的技术培训和思想教育

　　加强空压机操作维修人员的技术培训和思想教育，提高技术水平和工作责任心，按操作规程正确操作* 按质量标准维修好设备，做好运行中巡回检查，发现异常情况及时妥善处理，发现风包、管路环境温度过高应立即采取有效措施。地面空压机的风包应设在室外阴凉处，防止夏天暴晒，冬天骤冷；多台空压机同时运行停机时，要依次停机，不得同时停机，避免空压机无负荷运行。