小型移动空压机由于机动灵活、适应性较强等优点,广泛应用于工业生产领域。小型移动空压机具有一定的特殊性,空气压缩机不按特种设备纳入管理、但附属的空气罐又是压力容器。由于小型移动空压机流动性强,使用环境复杂,管理水平良莠不齐,导致有些小型移动式空压机发生爆燃事故。
我国正规空压机生产厂的产品从设备本身来说是比较安全的。一些空压机之所以发生爆炸,问题大多出现在贮气罐和排气总管上,可以基本排除因设备本身承受不了压力而爆炸的可能性。空压机爆炸的原因主要是使用和管理上的问题。以笔者曾经参与过的一起空压机爆燃事故为例:某矿井使用开山牌2V—3.5/5D型活塞式移动式空压机,事故发生时,由于空压机爆燃,造成井下凿岩机操作工1死1伤,经济损失巨大。
事故原因分析
空压机爆炸事故多为自燃所引起,爆炸源通常在空压机至储气罐之间的排气管路上,火源多出现在排气管气流速度较低的区段,引起燃烧和爆炸主要的原因是积碳、润滑油、温度和安全装置失效。
空压机中使用的润滑油在高温高压下产生的碳氧化物与灰尘相混合,沉积在空压机的排气管、贮气罐、管道弯角等处,即形成积碳。由于排气管气流速度较低,积碳较多、温度也较高;温度越高,积碳就越快。一般生成积碳的发热反应是在154℃~250℃的温度下形成的。其过程为雾状或粘在金属表面的润滑油上,在高温高压下,尤其是在有金属接触的条件下,迅速被空气氧化,生成氧化聚合物(胶质油泥等),沉积在金属表面上,继续受热作用,发生热分解脱氢反应,形成氢质类的积碳,积碳厚度达到3mm以上时,就会有自燃的危险。而且,积碳影响其散热效率,蓄积热量而形成火点,(当温度达到350℃以上时,积碳就会燃烧)。而当温度急剧上升,使含油蒸气到达爆炸浓度(即1kg空气中含有30mg~40mg润滑油蒸气)时,便由燃烧转为爆炸。
在高温高压下,润滑油被气化、热分解和蒸发,生成以低分子碳氢化合物为主的可燃蒸气,当温度到达自燃点或油蒸气触及高温的积碳被引燃而导致爆炸;润滑油被压缩达到饱和时,遇到机械微粒(如积碳的高硬颗粒)的冲击,就会产生火星而引燃、爆炸;润滑油自燃的原因还在于被氧化后,与金属粉尘氧化混合而降低了着火点。如与钢铁金属粉末作用后生成羧酸盐类的含量达0.01%~0.1%时,可使油的着火点降低20℃~40℃,当压力为5MPa时,油中含氧化铝或铜粉的着火点均可降低20℃,如同时含有氧化铝和铜粉,着火点则可降低40℃~90℃。另外,积聚在老化油中的过氧化物,也是容易引起燃烧、爆炸的物质,有时压缩机空气温度不超过140℃,也会发生燃烧与爆炸。
压缩气体温度升高也是促使爆燃、爆炸的一个重要因素,据统计,空压机的温度超过170℃时有50%会发生爆炸;进气量减少10%,则排气温度上升20℃;排气阀积碳引起阀漏气,也会造成排气升温,如压缩机正常排气温度130℃,而阀漏气时会达到270℃高温,极易发生爆炸事故;水冷式空压机水冷量不足,结垢严重会造成压缩机空气冷却不好,导致温升偏高。
根据现场勘查及相关资料分析得出:造成事故的直接原因是空压机排气阀损坏使得排气阀堵塞,导致空压机储气罐内气压升高、温度上升,而空压机安全阀及调压阀损坏及失效,不能自动排放超压气体,造成储气罐持续增压、增温后,高温发热点燃垫在空压机下的枕木和连接储气罐的排气橡胶管,因此产生大量的CO和H2S等气体,引起人体中毒者窒息死亡或重伤。
防范措施
企业应定期对设备进行维护保养及润滑,应选用残值小、适宜的黏度、良好的抗热氧化安定性(即残碳增值小于3%)、燃点高的润滑油,空压机润滑油应有产品合格证及油品化验单;空压机各部件的工作状况要定期验证,确保完好,定期清除空压机内部及管路的积碳。
空压机应作为特种设备管理,操作人员必须经过培训后持证上岗,操作人员在严格按操作规程操作的同时,应能够对空压机的一般故障进行判定和处理,提高空压机运行状态的监控能力,保证空压机安全装置灵敏可靠,如压力表、温度表显示必须在空压机规定参数内运行,安全阀、调压阀必须定期效验。对额定压力1MPa以上、容积在2m3以上的空压机,应在排气阀出口管连接处装设自动温度报警器,严格控制温度,保持压力不超过规定值。