活塞式压缩机“积炭”事故分析及预防措施

文章编号:　1005—0329(2004)02—0033—02
活塞式压缩机“积炭”事故分析及预防措施
周永跟
(攀枝花新钢钒股份有限公司,四川攀枝花　617062)
摘　要:　对四起典型活塞式压缩机积炭引起的燃烧和爆炸事故的产生及原因进行了分析,
在此基础上提出了避免事故发生的相应预防措施。

关键词:　积炭;燃烧;避免
中图分类号:　TH457 文献标识码:　B
Analysis and Preventions on Accidents of Accumulated Charcoal in Piston Compressors
ZH OU Y ong 2gen
(Panzhihua New S teel 2Vanadium C o.,Ltd.,Panzhihua 617062,China )
Abstract :　F our typical combustion and explosion accidents which were caused from accumulated charcoal of gas system in piston com 2press ors were analysed.By analyzing reas ons of forming accumulated charcoal at practice and the theories ,the measures of averting acci 2dents were put forward.
K ey w ords :　accumulated charcoal ;combustion ;avert
1　前言
用铸铁活塞环的活塞式压缩机气缸大多用柱塞泵喷油雾润滑。

润滑油在高温及压力作用下,其中的易挥发成份,加上空气中的灰尘等机械杂质,形成固体状C —H 化合物,即所谓“积炭”。

积炭粘附在气阀、气缸头、管道、冷却器等器壁上,在一定温度下会燃烧爆炸,酿成事故。

2　四起典型事故分析
(1)2D 122100/82e 2对称平衡、两列、两级压缩、
水冷、活塞式空气压缩机后冷却器积炭起火事故。

该机的一、二级冷却器的翅片式换热管是易积炭区。

1996年6月8日,后冷却器进水管破裂,冷却水中断,积炭燃烧,进而使壳体和端盖烧红,端盖破裂,有烟窜出,紧急停车。

拆缸检查后发现,后冷却器端盖(铸铁件)破裂,冷却器芯子局部熔化;冷却器芯子积炭较多,翅片部位已经堵塞。

其原
因是冷却水中断后,高温气体(160℃
)得不到冷却,冷却器及其后面的管道体积流量增大,流速提
高,使一级排气压力和温度急剧升高,如此恶性循
环下导致了积炭燃烧,造成事故。

(2)H 22I V 2262/15型双机身对称平衡、三级压缩、水冷复动活塞式空气压缩机一级冷却器积炭燃烧事故。

1999年4月15日,操作工突然发现一级缸下部冒出浓烟,于是紧急手动停机。

拆卸检查,发现一级冷却器芯子中部死角位置积炭较多,有明显的燃烧痕迹。

检查冷却水通道,发现有较多的贝壳类杂物将部分冷却管堵塞,致使冷却效果下降,冷却器内温度升高,局部达到积炭燃点,酿成了事故。

因停车及时,没有造成更大损失。

(3)L 2100/8型双缸两级压缩、水冷、复动活塞式空气压缩机二级出口管道及冷却器积炭燃烧事故。

2000年5月18日,操作工发现二级出口温度升高到180℃,紧接着升到200℃以上,从温度计接头处冒出火焰,冷却器外壳发红,油漆起火燃烧。

紧急停机后,检查发现二级出口管内和二级
收稿日期:　2003—05—30
3
32004年第32卷第2期 流　体　机　械
冷却器均有较重的起火痕迹,二级出口管内还有大量积炭;冷却器空气管道未燃尽的积炭也较多;气缸排气阀损坏。

分析原因是二级排气阀损坏后,经二级压缩温度达170℃左右的空气往复倒回气缸,使排气温度急剧增高,超过积炭的燃点;积炭起火燃烧的火焰再引燃排气管和冷却器中的积炭,使事故进一步扩大,火焰从相对薄弱的温度计接头窜出,冷却器外壳温度急剧升高,使外表油漆着火燃烧。

(4)2D122100/8型对称双列水冷两级空气压缩机排气系统积炭燃烧事故。

2002年3月4～6日期间,该机工况在空负荷、半负荷和满负荷之间大幅度波动,6日发现送出闸阀阀体漏气,管道发红,缓冲罐一侧温度很高,油漆剥落。

紧急停机拆卸检查,发现送出闸阀阀体开裂;入缓冲罐前为减小管道振动而设的节流孔板变形;气缸排气阀弹簧变形,有燃烧的痕迹;后冷却器和送出管、缓冲罐内均有过火痕迹;气缸头、气阀、送出管道、阀门、缓冲罐内有大量的积炭。

积炭多的部位燃烧较严重。

从设备内部燃烧痕迹观察,燃烧是从气缸头上的排气阀内的积炭开始的。

3　积炭和积炭燃烧
311　积炭的产生
以上几起事故中有一共同现象就是积炭较多。

空气压缩机的气缸和管路,附属设备中的“积炭”是润滑油在高温作用下氧化、分解、聚合的固体状碳氢化合物以及大气中灰尘,加上金属粉末的混合物。

碳氢化合物属易燃物,燃点略高于润滑油,在压缩机正常工作条件下不会燃烧,在350℃以上的较高温度下会自燃。

发生事故的几台活塞式压缩机的气缸均是用柱塞泵加注N150号润滑油润滑的。

在一级气缸,由于活塞杆和气缸之间的油封磨损,密封性能下降,部分曲轴箱里的N100号润滑油被带入气缸,从而增加了进入气缸的润滑油量,加剧了积炭的产生。

当压缩机处于空负荷或半负荷状态下工作时,进入气缸的空气减少,在柱塞泵的供油量并未减少的情况下,相对供油量增加,也会增加积炭。

润滑油的工作温度越高越容易氧化,在200℃或更高的温度下更有可能被分解;也会使积炭增多。

N150号润滑油的粘度较大,易挥发成份少,容易粘附在金属表面,形成积炭。

而如果空气吸入过滤器效率不高,灰尘随空气进入气缸形成积炭核,也会使积炭增加。

312　积炭燃烧
空压机排气温度T按下式计算:
T2=T1(P2/P1)
K-1
K(1)式中　T1,T2———空压机(某级)吸、排气温度(绝
对温度)
　P1,P2———空压机(某级)吸、排气压力(绝
对压力)
　K———与气体类别相关的系数,对于空气,
　K=1.4
如式(1),吸气温度的高低对排气温度影响很大;压缩比高,排气温度高。

气缸用油润滑就可能有积炭,但积炭在压缩空气中还必须有足够的温度才能燃烧。

设备有故障时往往可能导致排气温度异常升高。

以上几起事故中,有的冷却器水通道堵塞,排气温度增高,体积流量大,使压缩比增大,排气温度高;有的气阀出现故障,使排出气缸的高温气体倒回气缸,致使吸气温度急剧升高。

在较高压力下,超过积炭燃点,发生燃烧事故。

4　预防积炭燃烧的措施
(1)提高设备可靠性,减少气阀、冷却器的故障,经常清洗、检查气阀和冷却器,使其保持完好状态。

气缸的进排气阀故障使压缩后热气体倒回气缸,导致吸气温度升高。

由式(1)可知,当吸气温度超过128.4℃时,排气温度会达到350℃,即积炭的燃点。

如果一级冷却器断水,也会使二级吸气温度急剧升高,使气阀工作环境变坏,恶性循环下气缸排气温度急剧升高,会使积炭燃烧造成事故。

另外,即使排气温度没有达到350℃,但如温度太高,加速了润滑油的氧化、分解,积炭量也会增加。

(2)按规程要求加注合格的润滑油,保持活塞杆油封的严密性,是避免积炭燃烧、爆炸事故的另一重要措施。

润滑油量不足会使气缸与活塞环之间发生干摩擦或半干摩擦。

润滑油量太大,会使积炭量增大。

为此,应及时调整柱塞泵的注油量,检查活塞杆油封的可靠性,及时调整和维修刮油环,避免曲轴箱内的润滑油带入气缸。

(下转第36页)
成一道严密的密封带,整个复合垫片实际上具有
多道金属线接触密封和石墨环密封的联合作用,由于波形金属骨架就象弹性元件一样使复合垫片具有良好的弹性,所以该垫片适用于温度、压力波动条件较苛刻的工况。

图1　波齿复合垫片断面
312　将普通螺栓垫圈改型为碟簧
碟簧片即采用钢性极大的材料做成碟型,作
为螺栓上的垫圈使用。

改进后的螺栓法兰连接系统如图2所示。

当螺母旋进后,其作用如弹簧,起到补偿温度、压力变化而引起的螺栓力改变,将温差的波动吸收于碟簧内部。

此外,碟簧可将压力的冲击吸收,补偿因压力波动造成的密封材料变形而引起的螺栓力松弛,从而保证了密封所需的压紧力。

根据设备压力、温度的不同,所需的变形补偿量不同,碟簧应选用不同的材质和具体尺寸,但内径尺寸与相应的螺栓上的垫圈相同,数目由螺母的数目确定。

本设备采用的是M36双头螺柱48个,碟簧为96个,如果采用普通的螺栓连接,碟簧为48个。

图2　连接系统
4　结语
考虑到波齿复合垫片的良好密封性能并结合碟簧的补偿作用,通过对油浆蒸汽发生器密封部位的改进形成了温度、压力波动工况下的可靠密封结构,保证了整个生产装置的高效安全运行。

参考文献:
[1]　谢苏江,蔡仁良.金属波齿复合垫片结构参数和力
学性能关系的试验研究[J ].化工机械,2000,27(4):
20022031
[2]　黄梓.波纹齿形复合垫片的应用[J ].河南化工,
1995,(5):212221
作者简介:时黎霞(19702),女,硕士,讲师,通讯地址:132022吉林市吉林化工学院机电系31号信箱。

(上接第34页)
对中间冷却器,缓冲罐内积聚的润滑油、水要
及时排放,条件许可的可增设脱油器,避免油大量带入下一级气缸。

(3)加强设备维护,提高空气吸入过滤器的可靠性,减少灰尘进入压缩机系统;及时清洗压缩机系统(包括管道、缓冲器、冷却器)内的积炭。

提高空气吸入过滤器除尘效果能减少灰尘的带入量,及时清除系统中的积炭减少燃烧源。

(4)增设温度报警停机系统,一旦吸排气温度升高则自动报警,温度继续升高主电机自动停机,就能避免积炭燃烧事故;另外,在积炭燃烧压力急剧升高时安全阀等安全装置启跳,也可避免爆炸
事故的发生。

(5)进行设备改造,用透平空压机代替活塞式空压机,可从根本上去除积炭。

对已有设备可以用聚四氟乙烯活塞环代替铸铁环,同时增加聚四氟乙烯导向环。

攀钢氧气厂的4L 220/8型空压机气缸改无油润滑,起到了很好作用。

如果压缩空气用量较大,也可选用透平空气压缩机。

作者简介:周永跟(19702),男,主要从事锅炉、压力容器、压力管道、特种设备安全监察管理,通讯地址:617062四川攀枝花市攀钢(集团)新钢钒股份有限公司动力厂。