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技術(shù)中心

    空氣經(jīng)過壓縮后為何會爆炸?

    昆山遠方機電設(shè)備有限公司      2018/6/20 15:24:04
         空壓機爆炸的報道時有發(fā)生,已經(jīng)引起了人們的高度關(guān)注,然而引起空氣壓縮機爆炸的原因仍令很多人感到困惑。大家都認為空氣是一種安全的氣體,因為空氣組分中78%是氮氣,氮氣是不能燃燒的,22%才是氧氣和其它氣體。我們生活在空氣中,感到空氣是那么親切、安全,時刻不能缺少,然而空氣經(jīng)過壓縮提高壓力,怎么就能發(fā)生爆炸燃燒了呢?
     
    潤滑油是造成空壓機爆炸的重要原因
     
    眾所周知,燃燒與爆炸的必要條件是:燃燒物、氧化劑(助燃劑)及燃燒源,三個條件中缺少任何一個,都不會發(fā)生燃燒或爆炸。
     
    導(dǎo)致空壓機燃燒或爆炸的燃燒物是潤滑油。早期的空壓機活塞環(huán)、支承環(huán)為鑄鐵或銅合金制造,這樣材質(zhì)的壓縮機都需要往氣缸中注入潤滑油,目的是降低磨擦系數(shù),減少磨擦功耗,降低氣體的溫升。氣缸注潤滑油的空壓機,注入氣缸的潤滑油大部分由活塞以油膜的形式沿氣缸鏡面分布,微小部分的潤滑油通過活塞桿的填料函被導(dǎo)走。絕大部分的潤滑油都會隨壓縮空氣流帶入排氣管線(包括緩沖器、冷卻器、液氣分離器等輔機設(shè)備)。
     
    近期的空氣壓縮機活塞環(huán)、支承環(huán)、填料環(huán)均采用聚四氟乙烯配方塑料自潤滑材料制造,不需要往氣缸內(nèi)注入潤滑油(通常稱為無油潤滑壓縮機)。但即使是氣缸不注油的空壓機,當(dāng)填料部件工作欠佳,尤其是一級氣缸填料部件,機身內(nèi)的潤滑油將通過填料函進入氣缸,其數(shù)量將比注油器的注油量更多的可怕。
     
    排氣管線內(nèi),在氣體的流動和脈動的作用下(活塞式壓縮機吸排氣是間斷的,故氣流是脈動的)潤滑油繼續(xù)向前運動。油層越厚,粘性越小,越容易流動,油膜被氣流撕破,掉落的油滴被空氣流帶走,向管線的遠方移動,這種情況多在有急劇收縮的銳邊處發(fā)生。管線內(nèi)的鐵銹和積碳的存在能夠吸收潤滑油,可以很大程度延緩潤滑油的移動過程,但對油層的加厚和積碳的加劇起了促進作用,增大了爆炸燃燒的可能性。
     
    大量的潤滑油進入氣缸,再進入管路,使冷卻器的換熱效果降低,液氣分離器的工作負荷增加,操作工人師傅如果不能及時打開排污閥門,排放油水混合物,管路系統(tǒng)中潤滑油的含量可想而知。二級氣缸進入含有大量氣態(tài),液態(tài)的潤滑油,使最終排氣中含有大量潤滑油。
     
    潤滑油進入冷卻器,致使冷卻器的換熱效率降低,換熱效率的降低引起排氣溫度提高,而隨著溫度的增加,又使空氣中潤滑油的濃度增加,因為隨著溫度的增加,潤滑油蒸汽壓力很快增加。文獻記載:當(dāng)氣體的壓力為6kg/cm?,溫度由40℃提高到80℃,壓縮機油的蒸汽壓力增加40~100倍;溫度由80℃升到160℃,壓縮機油的蒸汽壓力增加到250~500倍;當(dāng)溫度達到180℃以上時,潤滑油的蒸汽壓力顯然將與爆炸極限相應(yīng)。二級壓縮的空氣壓縮機(通??諌簷C站的空氣壓力多為8kg/cm?,即為二級壓縮的機型)。
     
    夏季時,排氣溫度大約在160℃,沒有溫度自動控制裝置的空氣壓縮機,或者溫度自動控制裝置失靈,一旦發(fā)生冷卻水壓力下降,甚至停水事故,此時排氣溫度將會迅速上升,很快就會超過200℃,達到潤滑油爆炸極限。
     
    由于壓縮空氣使用量的波動性,空氣壓縮機經(jīng)常采用空轉(zhuǎn)(壓開吸氣閥閥片)或旁通管路進行排氣量的調(diào)節(jié),而此時注油器仍在正常工作供油,因此壓縮空氣中潤滑油的濃度急劇增加。依據(jù)文獻②數(shù)據(jù),壓縮機空轉(zhuǎn)潤滑油的濃度增加300-1000倍,這就是壓縮機的爆炸燃燒事故多數(shù)發(fā)生在機器轉(zhuǎn)入空轉(zhuǎn)或滿負荷運轉(zhuǎn)后突然剎車時的原因。
     
    空氣中氧氣的含量體積百分比達到20%以上,這就為潤滑油積碳沉淀物的燃燒爆炸提供了充分的氧化劑。由于氧氣的存在,潤滑油會發(fā)生氧化反應(yīng),氧氣在烴中比在水中更容易溶解,很容易被油吸收。隨著溫度的升高,氧氣的溶解量逐漸增加,潤滑油的氧化強度與氧氣的濃度成正比,同時潤滑油的氧化速度也與溫度有關(guān)。溫度約達到60℃,有積碳沉淀物的潤滑油就已經(jīng)有明顯的氧化;當(dāng)溫度為100-150℃時,氧化速度急劇增加,氧化反應(yīng)是放熱的,本身又成為溫度升高的因素,自燃是最危險的氧化過程。潤滑油與中性焦油的存在,沉淀物較高的多孔性,這些都加強了氧化過程。
     
    壓縮機運轉(zhuǎn)時,潤滑油的氧化過程越深入,則此油積碳物的存在越危險。較新的潤滑油是深度氧化物形成的根源,同時又是防止沉淀物自燃的保護物,潤滑油的深度氧化物是最危險的,除去碳化物中的油焦質(zhì)后,在非燃燒的混合物中,實際上大約50℃左右就要發(fā)生自燃。在大氣壓下,引起沉淀物自燃不可逆過程的溫度區(qū)開始于250℃~285℃,在壓縮空氣系統(tǒng)中的壓力升高,則上述的區(qū)域向更低的溫度側(cè)移動,出現(xiàn)自燃的可能性增加,即產(chǎn)生燃燒爆炸的危險性增大。

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