積炭引發的活塞式空壓機自燃事故原因分析

摘 要：積炭是活塞式空壓機發生事故的重要安全隱患，在一定條件下還可能引發自燃事故，危害到設備和人員的安全。本文結合龍泉市某有限公司3號空壓機系統的自燃事故為例，著重就因積炭引發的事故原因進行了分析與探討，并提出了相應預防對策。

關鍵詞：活塞式空壓機；積炭；自燃事故；原因；對策

引 言

活塞式空壓機在壓縮生產過程中，氣體的溫度急劇升高，空壓機油在高溫的作用下將發生分解變質現象，油中的輕組分被汽化并與氣體混合在一起離開空壓機，而剩下的組分則經空氣中的氧氣氧化后形成瀝青狀化合物和堅硬的含碳沉淀物，這種現象即被稱為積炭。輕微的積炭問題不會影響空壓機的正常運行，而嚴重的積炭則會在高溫作用下導致空壓機著火自燃，甚至爆炸，引發設備的損失和人員的傷亡。為此，加強對積炭形成原因的了解，并做好相應的預防措施是非常有必要的。

1 活塞式空壓機自燃事故實例

在2013年4月18日X時X分，龍泉市某有限公司3號空壓機系統在使用過程中發生自燃現象，燃燒產生的CO和CO2有害氣體，通過管路進入礦井采礦作業而導致二名作業人員死亡。

現場情況檢查：

（1）該公司空壓機房內共有4臺型號為4L-20/8型空壓機，屬無潤滑油超油保護裝置的活塞式壓縮機，發生燃燒的壓縮機貯氣罐制造單位無錫壓縮機廠，制造年月1980年11，使用時間不明。

（2）發生燃燒的壓縮機貯氣罐外表面顏色發白，于其相鄰貯氣罐相比較，有明顯內部發生過燃燒的痕跡，貯氣罐人孔處有燃燒產物煙灰粘結在貯氣罐的外表面，如圖1所示。

（3）打開貯氣罐人孔檢查發現，筒體內部從上而下約占4/5筒體高度的內壁的原殘留物（積炭）已全部燃燒，在下封頭底部堆積有150mm左右的黑色燃燒產物（如圖2所示），打開相鄰的貯罐人孔檢查，筒體內壁粘結有大量的積炭和油脂。

2 事故原因分析

從對貯氣罐內表面的情況判斷，該空壓機及其貯氣罐系統在運行狀況下發生燃燒直接原因是空壓機出口和貯氣罐內表面在長期使用后大量積炭導致壓縮機系統燃燒。

2.1 積炭形成的原因

（1）潤滑油適用不當質量差。企業管理不到位，對空壓機使用潤滑油不注意，造成采購和使用隨意性較強，使用油號不符合要求的抗氧化降低的潤滑油。

（2）潤滑油溫度過高。造成潤滑油形成積炭的決定性因素是溫度過高。濕度越高，潤滑油氧化形成積炭的速度越快。

（3）壓力過高。由于礦山開采距離長，空壓機回風壓力在0.7MPa以上。此時壓縮機高壓缸最高溫度可達180℃，使進入高壓缸內的潤滑油迅速形成油霧，隨著壓縮空氣溫度下降，油霧和其它污物形成積炭附著于管道和容器壁上。

（4）氧氣密度影響。在較高壓力下空氣中氧的密度增加，使的潤滑油與高壓空氣中氧氣接觸加速，加快了潤滑油的氧化速度，也是形成積炭的一個因素。

2.2 積炭自燃的原因

粘結在空壓機系統中的積炭，在熱空氣作用下繼續氧化，當空壓機因排氣閥、活塞環或中間冷卻器等出現故障，造成排氣溫度升高，積炭對外散失熱量小于積炭吸收的熱量，積炭進入自加溫狀態，造成了較大的和不可控制的加熱速度，最后達到自燃溫度而產生自燃（整個空壓機有積炭的部位）。

2.3 積炭自燃的后果

積炭自燃后，迅速產生了CO和CO2大量的CO和CO2通過管路進入采礦作業面，就會導致人員傷亡。

3 預防活塞式空壓機自燃事故的建議

3.1 合理使用潤滑油

（1）應選擇合適的潤滑油。盡可能選擇低粘度，高閃點，抗氧性好的壓縮機專用潤滑油，減少積炭的形成，生產所用的活塞式空壓機一般壓力不大于1MPa，所以盡量選用13號壓縮機油為宜。

（2）應加強對壓縮機油的管理。注意保管，防止摻雜混亂，應專桶專用，并進行明顯的標記，對新購置的壓縮機油還應當進行抽檢化驗，嚴格驗收，確保機油的使用質量。

（3）潤滑油的用量應適當。在使用中不要出現過量或不足的問題，應當嚴格遵守設備相關的技術文件執行，如沒有技術文件時，可參照下列方程式進行計算：

在上式中，Q是指空壓機每個貯氣罐的潤滑油消耗量，單位為g/h；D是指貯氣罐直徑，單位為m；L是指活塞的行程，單位為m；n是指曲軸的轉速，單位為r/min；r是指潤滑油的比重，通常為0.9；K則是貯氣罐系數，通常臥式貯氣罐系數為500，立式貯氣罐系數為400。除應當做好對潤滑油用量的選擇與計算以外，對潤滑油的消耗量也應當做好記錄，并進行保存，以作為設備檢修時的重要技術依據。

3.2 嚴格執行設備維修保養和定期檢修制度

空壓機自燃主要原因是設備運行惡化所引起的，嚴格執行設備維修保養和定期檢修制度，可有效避免積炭的自燃。且設備累計運行時間越長，積炭也越多，因此必須加強清掃和維護保養，以防止積炭層過厚。對于貯氣罐、氣閥應嚴格執行空壓機維護保養規程，每月清掃一次積炭。貯氣罐每天都應進行一次污油的排放，從貯氣罐排氣口開始，直至壓氣穩定高于80℃這一區間所有的管路、風包、冷卻器、分離器和閥門中的任何積炭均應有效清除。同時，還應制定嚴格的檢查和清掃的周期，確保積炭層厚度不超過3mm（當工作壓力≤1MPa時）。

3.3 采用吸氣過濾裝置

由于設備運行環境中，灰塵越多越容易積炭，其吸入的硬顆粒物質不僅極易引發火花而導致自然事故，而且加速了空壓機設備系統的磨損。因此，活塞式空壓機應盡量設置在周圍環境清潔的地方，如果受生產條件限制或已設置在灰塵較多的區域，則在設備檢修時還應當加設吸氣過濾裝置，通常可采用油浴式濾清器以有效過濾灰塵與雜物，并做到勤清洗、勤換油。

3.4 做好排氣溫度的控制

具相關資料表明，溫度對潤滑油氧化的速度影響很大。從60℃開始，每升高10℃，潤滑油的氧化速度就會提升2～3倍，因此應嚴格控制空壓機貯氣罐的排氣溫度，要求單缸貯氣罐排氣溫度不得超過190℃，雙缸℃排氣溫度不得超過160℃。對各級排氣溫度還應設置相應的保護裝置，使設備能在超溫時自動切斷電源。為消除排氣溫度過高的因素，還應當采取以下措施：

（1）合理選用冷卻水水質。為避免冷卻器水管壁和貯氣罐冷卻水腔出現結垢，應首先選擇合理的冷卻水水質，凡是臟污和帶酸性的水，均不能作為冷卻水。若水中懸浮的機械雜質含量或有機物含量大于25mg/L時，還必須對冷卻水進行軟化處理。

（2）冷卻水的進、出口溫度的差值不宜高于10℃，通常出口溫度不宜高于40℃，并應做好相關記錄。

（3）加強檢修和維護保養工作，改善相關零配件的質量，以確保貯氣罐氣閥不漏氣，以避免氣體因循環壓縮而導致溫度升高。

（4）應設置排氣溫度測量和記錄的裝置，當發現空壓機排氣溫度過高時，應立即檢查問題原因，并積極采取措施加以解決。

3.5 建議采用有潤滑油超油保護裝置的壓縮機

對于當前仍用于生產的一些老舊機型，普遍存在著空氣壓縮比大、排氣溫度高、安全裝置不齊全等問題，很容易引發自燃事故。例如，本文事故中的4L-20/8型空壓機空壓機屬于無潤滑油超油保護裝置的活塞式壓縮機，不僅耗油量大、易積炭，而且相對消耗電能更多，既不經濟也不安全，故應當淘汰，進行設備的更新換代。建議采用有潤滑油超油保護裝置的壓縮機。

4 結 語

文結合事故實例，就因積炭引發的活塞式空壓機自燃事故的原因及后果進行了分析，并提出了相應的事故預防對策。據相關資料表明，積炭自燃事故的發生必須滿足一定的條件，即積炭層達到一定的厚度（在1MPa有效壓力下約30mm），周圍溫度較高（≥150℃）和積炭層的孔隙度較小，當積炭層上方流動的壓縮空氣停止或過慢時，就可能引發自燃事故。采取本文中所建議的預防措施，能較好的控制積炭層的厚度，并可有效降低設備的工作溫度，從而確保了活塞式空壓機系統的安全、經濟運行。

參考文獻

[1]王梓榮，段吉林，等.活塞式空氣壓縮機積碳問題探討[J].中國高新技術企業，2010（5）.

[2]劉建民，陳建軍.空壓機運行及維護技術問答[M].北京：中國電力出版社，2011.

作者簡介：朱偉軍（1964-），麗水市特種設備檢測院副院長，麗水市特種設備安全協會副秘書長，工程師，鍋爐檢驗師，壓力容器檢驗師，特種設備無損檢測PTⅢ級，主要從事特種設備檢驗管理及高耗能特種設備能效測試工作。