空气压缩机事故分析摘要：空气压缩机是煤矿重要动力设备之一，其能否安全供气，不仅仅是保证生产正常进行的问题，而且是关系到整个矿井安全的大问题。总结煤矿已经发生的空气压缩机供气系统的事故，应用可靠性设计中的故障树分析的方法分析原因，提出预防措施，是非常必要的。将有助于提高矿井运输系统的安全性，方法简洁适用。关键词：空气压缩机 事故分析 故障树 预防概述 空气压缩机是煤矿重要动力设备之一。近年来煤矿推广锚喷工艺，对压缩空气的需求进一步增多。随着一些老矿井向深部发展，地面空气压缩机站向井下供气的管路过长，压力损失过大，因此空气压缩机站移到井下的已越来越多。空气压缩机能否安全供气，不仅仅是保证生产建设正常进行的问题，而且是关系到整个矿井安全的大问题。因此，总结煤矿已经发生的空气压缩机供气系统的事故，分析原因，提出预防措施。是非常必要的。在所调查的案例中，按事故性质和发生的原因，可分成四类，即与润滑油有关的爆炸事故占46.15%；风包爆炸事故占11.53%；管道振动引起的爆炸事故占7.69%；机械事故占34.62%。1 与润滑油有关的供气系统爆炸事故供气系统爆炸事故都与润滑油有关，就其发生原因可分为两类:一类是与积碳有关的爆炸事故，另一类是与积碳无关的事故。1.1与积炭有关的爆炸事故1.1.1原因分析 与积碳有关的空气压缩机系统爆炸故障树如图1所示。具体原因： 图1 与积碳有关的压缩机系统爆炸故障树 1）积碳的形成 气缸、排气管、阀门、风包及分离器中，伴随气流的润滑油，在热空气作用下氧化而形成的碳化物。这种碳化物逐渐增多就成为积碳。它是由固态含氧、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，还与下列因素有关: (1)给油量过度，会助长积碳的形成； (2)空气过滤不好，吸入空气中的尘粒使油变稠，油通过排气系统的热部件的时间延长，增加了油氧化的时间，加速形成积碳； (3)高温会加速氧化作用； (4)存在催化剂 (铁和氧化铁的微粒等)，也会加速氧化。 2)积碳的燃烧 积碳是含油达30%的易燃物，当温度达到350度以上时会着火燃烧。产生这样的高温，有下面几种可能： (1)机械冲击而产生火花； (2)硬颗粒在运动时发生冲击，可能产生火花； (3)静电放电发生火花； (4)环境温度的影响。如矸石自燃产生高温，经过管璧传导，使管内积碳燃烧； (5)由于空气压缩机运转不正常。以致排气温度过高(350度)；(6)积碳自燃。 积碳氧化产生放热现象。正常时这种热量被积碳层上面空气流冷却。以及通过积碳层传给所接触的金属壁带走。当不能及时带走氧化所产生的热量时，积碳层温度就会升高。在特殊情况下，会达到积碳自燃的温度。研究表明，积碳自燃，必须达到一定的层厚 (在0.7MPa有效压力下约25mm)，周围温度较高(大于150)和积碳层的孔隙度小，当积碳层上面流动的压缩空气停止或过慢时，就可能引起自燃。当司机在吃饭、休息、交接班、星期天或空气压缩机处于无负荷运行时，这种情况最易发生。3）燃烧转为爆炸 积碳着火并不一定发生爆炸，下面就燃烧转为爆炸，作以下两点分析。 (1)积碳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 (1kg空气含3040mg)，就能使燃烧转为爆炸。浓度过高或过低都会抑制爆炸，这就是发生爆炸不多的原因。然而我们必须意识到这种危险的存在。 (2)爆炸发生的部位 积碳所引起的爆炸部位并不相同，有在汽缸爆炸的；有在风包爆炸的；有在排气管爆炸的；也有气缸、风包及管路同时爆炸的。气缸与风包离压缩机近，形成积碳容易，温度也较高，比铰易于爆炸，但为什么有的管路在相距100m甚至1200m的地方连续多处发生爆炸呢?这与积碳分布有关系。哪里有积碳，哪里就存在爆炸的可能性。苏联石油工业安全技术科学院为查明空气压缩机排气管中润滑油形成的积碳分部情况，用12号压缩机油和11号汽缸油在空压机上进行了试验，在距离空压机5m、10m(分离器)、45m(分离器后)及7Om的排气管路上进行测量，每种润滑油都试验45天，每两星期测量一次积碳，测量的结果显示，积碳可以分布到很远的地方，而且沿管路是分布不均匀的。 根据国际标准ISO5388-198l(E)固定的空气压缩机安全规则和操作规程介绍，当有油润滑空压机系统排气管线的内壁蒙有一层薄的油膜，由初始爆炸传到排气管线的足够强的冲击波，其浓度达到爆炸极限，且冲击波的温度达到自燃程度时，就会产生第二次爆炸。这种过程可能会不时沿着管线重复出现，从而造成沿管线接二连三地爆炸，它加速冲击波达到爆炸速度(超声波)，这时会发生管壁脆性破裂。这种类型的爆炸对于管线系统的破坏是巨大的，并且对于附近的人也是危险的。 管壁因腐蚀变薄或由积碳燃烧软化管壁。会经受不了正常的压力而突然破坏。有时会被误认为爆炸。 单级压缩比很高的情况下空压机冷却不良及润滑油充分时，会出现“柴油发动机”现象（是指柴油发动机汽缸内的柴油汽化油雾，在高压缩比的压缩，产生高温引燃油雾，在汽缸内爆炸的现象），在特定情况下，这种气缸的“初始爆炸”可变成沿着排气管道连续的爆炸。1.1.2预防措施1）合理选用润滑油煤矿用往复式空压机一般压力不大于1MPa，所以选用13号压缩机油为宜。其具体性能，特别是闪点、粘度、抗氧化能力及热氧化安定性应符合规定。 应加强压缩机油的管理，注意保管，防止掺杂混乱，应专桶专用，有明显标记，新购进成批压缩机油时，应进行化验，严格验收。2）润滑油用量要适当不要过量或不足，应遵照设备技术文件执行。3）控制排气温度温度对润滑油的氧化速度影响很大。从60开始，每升高10，氧化速度提高23倍，因此要严格控制排气温度，煤矿安全规程规定:单缸排气温度不得超过摄氏190。双缸不得超过160。对各级排气温度应装设保护装置，在超温时能自动切断电源。这是最高限制，我们应力争把排气温度尽可能地降低。消除排气过高的原因，一般应采取如下措施。 (1)防止冷却器水管壁及气缸冷却水腔壁结垢。首先要合理选择冷却水水质，凡脏污及带酸性的水。不能作为冷却水；凡水中悬浮杂质含量或有机物含量大于25mg/l及暂时硬度大于10度时，必须进行软化处理，方能作为冷却水。水的软化处理方法很多。推荐采用六偏磷酸钠处理。它不但可以防止冷却水中产生碳酸盐类的沉淀，而且能清除已结成的水垢。此外它还具有抗腐性能，但在高温时这种抗腐性能逐渐消失。 对已经结成的水垢，应予清除。除六偏磷酸钠可以处理外，还可用稀盐酸浸泡方法解决。(2)冷却水的进出温差应不大于10，不宜过高。出口温度一般不应大于40。并应作出记录。 (3）降低管路、风包内的气体温度。煤矿安全规程第405条规定，风包内温度应保持在120以下。要做到这一点，配备后冷却器是一个很好的方法。它既可分离压缩空气中的油水，又可冷却排出的压缩空气。目前还有很多空气压缩机没有后冷却器，应该尽量增设。 (4)加强检修，改善配件质量，以保证气阀不漏气，防止气体循环压缩。 (5)应有排气温度测量装置和记录，发现排气温度较高时，应检查原因，采取措施，加以解决。4)加设滤清器灰尘越多越容易积碳，吸入硬颗粒物质既易产生火花，还加速机器磨损，因此安设空压机站时应尽可能选择周围环境清洁地方，如已设在灰尘较多的地方，应加强吸气过滤，采用油浴式滤清器最好，并应勤清洗、勤换油。5)控制积碳量累计运行时间越长，积碳越多，因此要加强清扫，防止积碳层过厚。对于气缸。气阀、应按照检修维护规定，每月清扫一次。风包、冷却器每班至少排放油水一次外，从气缸排气口开始，至压气温度高于80这一区域所有管路、风包、后冷却器、分离器和阀门中的任何积碳均应有效地清除。检查和清扫的周期，应使积碳层的厚度不超过3mm(当工作压力1MPa)来确定。6)完善安全保护装置(1)要有防止超温、超压、断油、断水保护装置，并保持灵活、可靠、好使。(2)煤矿安全规程第405条规定，在风包出口管路上应加装释压阀。释压阀的口径不得小于出气口管的直径。释压阀的作用是当空气压缩机或风包内的压力急剧增大时，迅速释放风包及管路系统内的气体，以缓解高温高压气流的冲击，保障空气压缩机供气系统的安全，并避免将爆炸性的高压气流导至井下(或井下更远的地方)，造成更严重的灾害。 7)淘汰老旧型单缸空压机 对一些老旧型单缸空压机，由于其压缩比大，排气温度很高，安全装置不全，很不安全，W型空压机耗油量大，易积碳，这些老旧型空压机比功率大，消耗电能多，也不经济，故应淘汰，进行设备更新。 8)提高填料箱的密封作用 目前，很多空气压缩机的填料箱存在密封不好，使曲轴箱内的机油漏入气缸，既使气缸润滑油供应过量，又降低气缸润滑油的质量，从而加速形成积碳，因此应加强填料箱的维护检修，或改进填料箱的结构，以提高填料箱的密封性能。2 曲轴箱爆炸事故 曲轴箱爆炸事故究其原因是与润滑油有关，但与积碳无关。根据一些文献介绍，曲轴箱爆炸事故还是不少的。2.1故障原因分析 通过检查分析，气缸中部、上部及活塞上部，排气阀及阀室均完好无损，说明爆炸不是发生在气缸、阀腔或管路内，从破坏的情况看，显然爆炸是发生在曲轴箱内。 曲轴箱为什么会爆炸呢?见图2所示的故障树。爆炸的必要条件有: (1)有足够浓度的可燃性碳化氢为主体的油雾。即每公斤空气中含3040mg； (2)有足够高的着火温度,即温度350。 现在分析曲轴箱内达到上述条件的可能性: 由于曲轴箱容积较大，还有两个呼吸器在作用，曲轴箱内的空气是足够的。 由于采用飞溅润滑方式，曲轴箱内的油滴油雾也是丰富的。图2 曲轴箱爆炸故障树 两者相加即油雾的浓度有可能达到每公斤空气含3040mg。但在正常情况下该油雾并不是可燃性碳化氢为主体的油雾，因为曲轴箱一般温度是60。这时油雾是安定的。只有在高温条件下发生异常蒸发和强烈的氧化，才能便油雾产生热分解，成为可燃性油蒸气，进而达到爆炸的浓度，所以曲轴箱必须出现一个高温环境才有爆炸的可能。再分析这种可能:检修空压机时，部件相对位置不够正确，造成曲柄销和连杆轴承以及连杆侧面和轴颈台肩之间的异常摩擦，局部产生高温，这种高温加热了润滑油，使油汽化，并且变稀，又进一步加剧摩擦，如此形成恶性循环，导致油温越来越高，空气压缩机气缸内的高温空气有可能漏入曲轴箱，进一步使曲轴箱油温升高，而且是长时间的升高。 综上所述，曲轴箱具备高温环境，从而使曲轴箱中空气可燃性碳化氢为主体的油雾浓度达到爆炸极限，满足了爆炸的第一个必要条件；曲轴箱曲拐摩擦造成的高温，从轴颈表面发蓝的情况估计，超过400，也可能曲拐的激烈碰撞冲击产生火花，具备了引火条件，从而满足爆炸的第二个必要条件。这样，曲轴箱便产生爆炸，呼吸器又来不及释放急剧上升的压力，终致造成了事故。2.2预防措施 (1)加强维护检修。发现曲轴箱故障，应立即停机处理，不能带病作业，检修时要保证质量，未全部消出缺陷或者又产生新的缺陷时不能交付使用； (2)为了保证检修，应有备用空压机； (3)应设置曲轴箱的油温指示。发现油温异常时，停机处理； (4)保持填料箱的密封作用，作到基本不漏气；(5)保持呼吸孔畅通，有条件的