活塞式空气压缩机燃爆事故剖析

    活塞式空气压缩机所发生的各类事故中，燃爆事故最为严重。它轻则可以烧毁系统容器部件，重则可以引发机毁人亡的恶性事故。如何有效地预防燃爆事故，已成为安全技术工作的重要课题。本文拟以L型往复活塞水冷式空气压缩机为例，对空气压缩机系统发生的燃烧和爆炸现象进行探讨和分析，并提出预防及改善措施，以飨同行。

　　 一、燃爆事故的原因分析

　　 空气压缩机系统发生的燃爆事故，一般是先燃烧后爆炸，或者是只燃烧没爆炸，这些事故都和燃烧有关，而燃烧必须具备可燃物、助燃物和火源这三个基本条件。

　　 燃烧是一种特殊的氧化还原反应，可燃物是还原剂，助燃物是氧化剂。注入气缸中的压缩机油及其在空气压缩过程中所产生的含有压缩机油及其在空气压缩过程中所产生的含有油蒸气的混合气体、冷凝油垢、积碳等都是可燃物。发生燃烧时，主要的助燃物是空气当中的氧。由于空气压缩机和输送的工质就是空气，而且压力越高单位体积含氧越多，越有助于燃烧。

　　 火源可以是明火，也可以是高温物体。它可以由热能、化学能、电能、机械能转换而来。空气压缩过程中所消耗的功，会全部转变为热，它使压缩空气和气缸的温度升得很高冷却不好或机械干摩擦还会发生过热。空气压缩机系统中的火源主要是空气压缩过程中产生的高温。

　　所以，只要空气压缩机运行，系统内就会存在可燃物、助燃物和火源。

　　空气压缩机发生的燃爆一般是因热自燃引起。空气压缩机运行中，排气温度很高，如果冷却不好或散热条件差，系统内就会出现热量积累。而高温又促使系统内含有润滑油蒸汽的混合气体不断氧化放热，而且温度越高，氧化反应越剧烈，积累的热量也越多。当温度达到这些可燃物的自燃点时就会发生自燃。

　　空气压缩机理想的工作状态是等温压缩。冷却越好，就越接近等温压缩。若冷却不好，则接近绝热压缩。绝热压缩，首先会使气缸和压缩空气过热，气缸中的可燃物质就有可能自燃，还会引发燃烧或爆炸。例如，某水泥厂压缩机启动后，未给冷却水又没及时发现，结果气缸过热，二级缸发生燃爆，不但主机被毁，连屋顶也被掀翻。

　　影响系统冷却效果的因素首先是水垢。在检查中发现，有的水套水垢厚度达2—3mm以上，内径10mm的冷却器铜管结水垢后内径仅为9mm。水垢可谓是“百害之源”，关键是水垢的导热性能太差。水垢的导热系统比钢材、铜材要小数十倍至数百倍，而且水垢越厚，导热系数越差。

　　中间冷却器是为降低一级排气温度配套的换热容器。如果冷却芯子端头与外壳间的密封毡垫被吹开或隔板不严、散热片在铜管上窜动或重叠在一起、水管堵塞、管子胀口松弛渗漏等等，都会严重影响冷却的效果。冷却效果不好，二级气缸吸进的是高热气体，这些气体再经压缩，温度就会升得更高，以至气缸和排气温度出现过热。

　　注油器或止回阀出现故障使进油量减小或中断、进入气缸的空气不干净灰尘多、润滑油牌号不对或油质低劣等，会引起润滑效果不佳或干摩擦，造成气缸过热，严重的会发生烧机现象。如果排气阀不严密、气缸余隙过大等，使部分空气反复压缩从而造成排气温度不断升高。

　　通过对数起燃爆事故的勘察和分析得知：过热是引起燃烧甚至爆炸的主要原因。而且火源能量越大，爆炸危险越大，混合气体初温越高，爆炸范围越宽。

　　燃爆事故中，后冷却器燃爆较为多见。在燃爆事故现场看到，一台后冷却器筒体变形，下部膨胀向外凸出，形成“花瓶”状。另一台后冷却器外部烧得面目皆非，下部芯子中的铜管和散热片被烧化，中部有一个150mm的爆炸释放口。后冷却器被烧成“花瓶，冷却芯子被烧化，可见当时后冷却器内部的燃烧相当剧烈，温度相当高（冷却器燃爆照片附后）。

　　后冷却器为什么会发生燃爆呢？

　　可燃气体在压缩机中较容易爆炸，自燃点降低是其原因之一。因为后冷却器距离主机排气口很近，只有几米远，气体压力没有下降，压缩空气的温度也来不及散失。如果冷却不好，散热条件又差、这一段的压力和温度将是很高的。压力大、温度高、散热条件差、氧气充足、可燃气体浓度增加，都会使氧化反应和放热速度加快、温度提高，从而使自燃点降低。另外，润滑油氧化可产生羧酸，它与钢铁作用会发生成羧酸盐，少量的羟酸盐（含0.01—0.1%）可使润滑油的着火温度降低几十度。

　　排气口至后冷却器一段，还有可能产生火花。例如：压缩空气的冲击可以使电阻率高、导电能力差的润滑油和积碳表面产生静电火花，系统内部金属碎片或硬颗粒与金属内壁的撞击也可能产生火花。尽管火花能量很微弱，但是在可燃气体达到了一定的温度和浓度，到了“沾火就着”的地步，就有可能被引燃。

　　排气口至后冷却器一段气流速度较低，因速度慢则积碳多。在燃爆事故现场检查其它后冷却器时，竟从中清理出几十公斤的积碳，缓冲段底部的积碳厚达50mm以上，检查中还发现，空气压缩机至后冷却器之间的管道内壁上的积碳有10—20mm厚。有的管道内积碳更为严重，从机器安装投用以后，从来没有清理过，积碳厚度已经达到管道直径的1/3以上。

　　积碳较多的部位容易发生过热形成火点。

　　首先，积碳导热性能差，厚厚的积碳附着在管道或器壁上形成绝热层，高温不能从这些部位散出而蓄积起来。而高温压缩空气掠过积碳表面时，顶部的积碳会首先吸热并加速氧化，温度继续升高，积碳表面就会首先出现火花或自燃。

　　其次，后冷却器中的积碳层比较疏松，高温可以使积碳中达30%左右的润滑油迅速汽化和热分解，生成以低分子碳氢化合物为主的可燃性蒸汽。它们和空气混合在一起。成为极易引燃的可燃物。当温度达到其自燃点或油蒸汽触及灼热的积碳，均有可能引起混合气体燃烧。当油蒸汽浓度达到一定值（1Kg空气中含30—40mg润滑油蒸汽）时，燃烧还会转为爆炸。积碳越多，产生的可燃气体也越多，燃烧或爆炸的危险也就越大。

　　如果冷凝油水排放口淤塞，冷凝油垢会越积越多，高温使已经氧化的冷凝油继续受热氧化，会生成更多的可燃蒸汽和积碳。

　　氧化的润滑油会成为胶质状，它和积碳堵在冷却芯子的进气口，使气体流通截面积突然减小。由于通道截面突然缩小，流速剧增，摩擦阻力愈甚，流速愈快，温度也越高。因为流经缩口的时间极短，来不及和外界进行热交换，所以可视为绝热，此种现象称之为绝热节流。绝热节流可以导致冷却芯子过热形成火点。在后冷却器燃爆事故现象，发现有的冷却芯子散热片上的气流通道已被积碳和胶质油污封住近1/2。绝热节流成为这次燃爆事故的一个重要原因。

　　后冷却器中存在可燃物、助燃物和火源，尤其缓冲段，几乎是系统中压力和温度最高、积碳和冷凝油垢等可燃物质聚集最多、混合气体浓度最大、含氧量最充足的一段，而火源又多在这个区段。这就是燃爆多发于后冷却器的主要原因。

　　从上述分析中可以看出，积碳是一个不可忽视的因素，积碳不但是燃烧的主要物，还是造成局部过热引发燃爆的主要原因之一。

　　积碳是压缩机油在过热空气作用下氧化而成的碳化物。生成积碳的原因主要是压缩空气温度过高。压缩空气温度过高时，润滑油粘性降低，润滑性能恶化，压缩机油中的不安定组份在高温下与空气接触发生氧化反应，继续受热润滑油蒸汽就会发生热解脱氢反应而生成积碳，而且温度越高生成积碳越多。

　　劣质润滑油含杂质和胶质多，粘温性能差，抗氧化性能低，高温条件下劣质油更容易生成积碳，劣质油是祸根！另外，积聚在老化油中的过氧化物，还是容易引起爆炸的物质。

　　积聚在活塞环槽和气阀中过多的压缩机油，容易分解结碳。吸入的空气太脏、冷凝油水和沉积物过多、运动机构润滑油窜入气缸等，都是形成积碳的原因。

　　可以看出，空气压缩机在运行中，过热是产生火源最直接最主要的因素，是发生恶性燃爆事故的主要原因。积炭在燃爆中是主要的燃烧物质，同时还是造成局部过热、形成火源的重要因素。

　　另外，安全附件失灵和操作失误也会导致燃爆事故。例如使用汽油等挥发性油类清洗气缸，当其没有挥发干净时，遇到高温就有可能发生燃爆；压力调节器导管堵管，逆止阀、调节器、安全阀失灵等，都有可能使压缩机超压运行而引起爆炸。

　　二、燃爆事故的预防

　　空气压缩机发生燃爆必须具备可燃物、助燃物和火源这三个基本条件，三者缺一不可能使可燃物燃烧。而且可燃物、助燃物要具备一定数量和浓度，火源要具有一定大小的能量和一定的温度。所以，预防燃爆事故，首先要着重控制可燃物和火源，努力杜绝过热和积碳。

　　1、把住“病从口入”关

　　空气压缩机运行中，质量不好的空气、润滑油和冷却水，往往是造成局部过热和积碳过多的原因。所以，首先要把住“病从口入”这一关。

　　空气中的尘土、杂质会破坏润滑引起过热，同时又促使积碳增多。所以，应尽量采取高空取气，并进行空气降尘和过滤措施。要定期清理空气滤清器，空气管道破损要及时修复，以保证吸入空气清洁。

　　压缩机油是在高温高压这种特定的环境下工作的，而劣质油又是生成积碳的重要原因，所以必须要保证油的质量。压缩机油要具有适当的粘度、良好的抗氧化性能和粘温性能。要使用规定牌号的压缩机油，同时要控制合适的给油量，不要过量或不足。

　　要把预防和治理水垢作为一项重点工作来做，循环水应保持洁净，对于硬度较高的冷却水，应进行软化处理。循环水或环境温度较高时，要注意降低循环水的温度，以保证冷却效果。

　　2、加强设备维修与检查

　　预防维修是保证空气压缩机正常运行，避免燃爆事故的有效途径。对气缸、注油器、冷却器、冷却塔和水泵等设备要有计划地实施检修和保养。比如：定期检查和彻底清除气缸、冷却器、管道中的油垢和积碳；定期清除气缸水套、冷却器芯中的水垢和冷却循环水池及管路中的泥垢；定期检查校验压力调节器、安全阀、压力表、温控表，保证其灵敏可靠；冷却器检修后应做水压试验等等。

　　要加强日常巡视检查，及时发现和排除隐患，避免发生过热。比如：经常检查二级排气阀是否有结焦积碳现象，机器排水温度是否明显降低，冷凝油水排放管是否通畅等等。要按时排放冷凝油水，尤其空气潮湿或多雨季节应加强冷凝油水排放。

　　3、完善管理，综合整治

　　当前企业中，无论是设备管理部门，还是安全管理部门，对锅炉压力容器都比较重视，管理也比较规范。相比之下对空压站的管理有所忽视，规范也相关甚远。所以，空压站的安全管理不完善也是引发燃爆事故的重要原因之一。

　　要扼制空气压缩机的燃爆事故，还应从改善管理上下工夫。

　　改善管理，首先要提高管理人员对空压站安全管理的意识，要像管锅炉一样管理空气压缩机。要规范操作，持证上岗，严格执行操作规程，杜绝人为操作失误。要完善交接班、运行记录、设备点检、维修保养、仪表检验等必要的规章制度。

　　其次，对空压站的管理人员及司泵工要定期进行技术培训和考核，不断提高人员技术素质。使他们熟知空气压缩机的结构、原理和安全操作规程，清楚空气压缩机燃爆的原因及预防措施，掌握事故的征兆和紧急处理方法。

　　另外，对设备隐患要实行技术改造，进行综合治理。例如，循环冷却水进行软化处理；后冷却器没有示水器的加装漏斗；在容易超温的部位加装温探器；设备陈旧且隐患较大应进行技术更新等等。

　　预防胜于抢险，责任重于泰山。只要我们不断完善和规范空压站的安全技术管理，采取切实可行的措施，做好预防和综合治理，空气压缩机燃爆事故是完全可避免的。