气体物料压缩输送设备的防火与防爆

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  气体物料压缩输送设备的防火与防爆

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   （作者：黄郑华 李建华 黎春雷）

   综合分析了气体压缩输送设备火灾爆炸事故的原因和机理，提出了气体压缩输送设备的防火防爆技术措施，具有一定的实用意义。

   气体压缩输送设备及工农业生产，交通运输，国防，科学技术及家庭生活等各个领域的通用机械，特别是随着我国经济改革的进一步发展，气体压缩输送设备的应用量不断扩大，在给国民经济带来巨大利益的同时，由压缩输送设备引发的事故也频频发生，不但严重影响安全稳定生产，造成极为严重的经济损失，而且不造成了大量的人员的伤亡和建筑物的毁坏。因此，气体压缩输送设备的防火防爆问题不容忽视，保证其防火安全十分重要。

   1气体压缩输送设备

   生产中应用气体压缩输送设备，不仅为输送气体，有时还创造必要的反应和操作条件，如高压、真空、气动控制等。按照工作原理和结构，气体压缩输送设备可分为往复式、离心式、旋转式和喷射式。

   往复式压缩机主要由气缸、活塞、吸入阀和排出阀组成，常用电动机经曲轴连杆机构传动。因气体压缩时温度升高，气缸壁设有水冷却夹套或气冷翅片；因活塞与气缸直接摩擦移动，气缸上装有多个活塞环，高压压缩机并需要用齿轮泵强制注油； 因油雾污染气体和气体压缩时原含水的析出，排出气要经过油水分离器。要求输出压强高时，常用多级压缩，这时要附加中间冷却和中间油水分离器。往复式真空泵的构造和工作原理与往复压缩机相似，不过目的是为了降低入口处气体的压强，以得到尽可能高的真空度。

   离心式通风机是由轮毂、后盘、叶轮和环形前盖构成，外壳为蜗形，由快速旋转和叶轮作用于气体，提高压强而排出。根据其产生的风压不同，离心式风机可分为低、中、高压3类，低、中压离心式风机主要用于车间通风换气，高压离心式风机则主要用在气体输送上。离心式鼓风机也称为涡轮鼓风机或透平鼓风机，工作原理与通风机相似，常用多级结构。离心式压缩机也称为透平压缩机，构造与离心鼓风机相似，但级数更多，有时在10级以上，转速则达3500～6000r/min或更高，能产生高的出口压强。因压缩过程接近绝热压缩，气体温度显著升高，需分段引出气体加以中间冷却。与往复压缩机相比，离心压缩机体积小、运转平稳、送气量大而均匀，压缩时没有机油污染气体，因而在工业生产中越来越多地代替往复式压缩机。

   旋转式风机的特点是机壳内有1个或2个转子，转子直接加压于气体而使气体的静压提高。旋转式风机的结构紧凑，体积小，排气连续均匀，常用的旋转式风机有罗茨鼓风机和水环真空泵。

   喷射式真空泵是利用流体流动时能量转换以达到输送流体的设备，其工作液体可以是蒸汽或水，也可以是其他液体。工作蒸汽在高压下经喷嘴以很高的速度吐出，其静压能转化为动能而产生真空，将系统中气体吸入，蒸汽和汽体混合物经扩大管后速度降低，压强提高而被排出。

   2火灾危险性分析

   2.1形成爆炸性混合物

   由于设备老化，年久失修，可燃性气体通过缸体连接处、吸、排气阀门、轴封处、设备和管道的法兰焊口和密封等缺陷部位泄漏，或设备外壳局部腐蚀穿孔、疲劳断裂等，导致高压可燃性气体喷出，与空气形成爆炸性气体混合物，遇火源引起空间的爆炸或火灾。

   压缩之前的设备发生故障或停电、误操作等事故，而压缩输送设备未能及时随之停车，使其入口处发生抽负现象，较轻时使管道抽瘪，严重时致使空气从不严密处进入设备系统内部，形成爆炸性气体混合物。此时如果在操作维护或检修过程中操作不当或检修不合理，达到爆炸极限浓度的混合物遇到火源或经压缩升温增压，就会发生异常激烈燃烧甚至引起爆炸事故。

   2.2设备内温度超市导致危险

   气体经压缩后温度会迅速提高，如果设备内循环冷却水水质差，冷却效果不好，冷却系统不能有效地运行，会使设备内温度过高。高温会使润滑油粘度降低，推动润滑作用，使设备的运行部件摩擦加剧，进一步造成设备内温度超高；同时，高温能使某些介质发生聚合、分解以至自燃引起火灾。例如，压缩的烃类气体中含有高碳不饱和烃类化合物，在较高的温度和压力下，可能发生聚合反应生成高分子聚合物，这些聚合物附着在气缸内壁或阀片上，不但会增加摩擦损失，还会把活塞环卡死在环槽里，使其推动密封作用引起泄漏，甚至堵塞气体管道引起超压爆炸。

   2.3产生积炭发生燃烧爆炸

   压缩机的气缸润滑都采用矿物润滑油，它是一种可燃物，呈悬浮状存在的润滑油分子在高温高压条件下被氧化，特别是附着在排气阀、排气管道灼热金属壁面上的油膜，氧化性更为加剧，生成酸、沥青及其他化合物。它们与气体中的粉尘、机械摩擦产生的金属微粒结合在一起，在气缸盖、活塞杯槽、气阀、排气管道、缓冲罐、油水分离器和储气罐中沉积下来形成积炭。气缸滑润油选择不当、润滑油牌号不符、加油量过多、油质不佳、会使气体温度剧升；或系统混入铁锈等杂质，导致发热；或过滤器污垢严重，吸入气体含尘量大均易形成积碳。

   积炭是一种易燃物，在高温过热、意外机械撞击、气流冲击电器短路、外部火灾等引燃条件下都有可能燃烧。积炭燃烧后产生大量的一氧化碳，当压缩机系统中一氧化碳的含量达到15％～75％时就会发生爆炸，在爆炸的瞬时释放出大量热量并产生强烈的冲击波；由于气体的压力和温度急剧升高，燃烧产物的急速膨胀，冲击波沿压缩气体流动方向传播蔓延，引起压缩机的爆炸。

   2.4气体带液造成压力升高

   由于压缩机气缸的余隙很小，而液体是不可压缩的，大量油水或其他液体进入气缸之内，会造成很高的压力，呈现“液击”现象，使设备损坏，导致可燃气体泄漏。

   2.5操作失误引起燃烧爆炸

   操作人员因受心理、生理或情绪等方面的影响出现操作错误，致使设备系统内压高于所能承受的压力时，即会发生爆炸。例如，压机在运转过程中发现气缸的温度异常偏高，操作人员错误地往炽热的气缸套内注入冷却水，水在高温条件下迅速汽化，使气缸内压力骤升，导致压缩机超压爆炸；压缩机发生事故需紧急停车时，操作人员因紧张而未能及时关闭进气阀，也会造成供气设备的增压，而最终导致爆炸。另外，堵塞憋压也是造成设备超压物理性爆炸的一个重要原因，如压缩机的出口被人为关闭或未能及时清洗的异物堵塞都会造成憋压，导致爆炸。

   2.6设备缺陷引起事故

   设备缺陷或故障产生于设计、制造、安装、运行和检修等各个环节，主要是由于材质及制造工艺不良所致。例如安全阀被堵塞或损坏而失灵，超压部位得不到及时泄放，超压而致爆炸；压力或温度显示仪表出现读数差错或显示失真时，误导工人错误操作，而引起爆炸；压缩机的受压部件机械强度本身不符合要求或因水浊、腐蚀性介质等腐蚀，使其强度下降，在正常的操作压力下也可能引起物理性爆炸。带有叶轮的压送机械，叶轮与机壳之间摩擦碰击生热、打火。

   3防火防爆措施

   3.1防止爆炸性气体混合物形成

   要确保设备系统的高度密封性，尤其是导管的入口处连接要严密无漏，经常对系统进行检查诊断，例如，气体泄漏检测、密封压力差、密封油的喷淋量和工艺过程的压力、温度变化等的检测；对于一些极易因腐蚀或疲劳断裂的部件，例如多级缸之间、气缸与机身之间的连接螺纹，要加强管理和随时检查，并予以及时更换，保持受压元件的强度和密封性能，杜绝跑、冒、滴、漏现象。

   压缩机吸入口应保持一定余压，如进气口压力偏低，压缩机应减少吸入量或停车，以免造成负压吸入空气形成爆炸性混合物。当压缩机发生抽负事故时，必须打开入口阀，注入氮气等惰性气体，用以置换压缩机系统内部的空气，使氧含量小于0.4％，低于混合物爆炸浓度下限即能有效遏制爆炸事故。在正常运行中，要加强与前面工序的联系，及时按照进气压力的变化调节压力，保持进气压力在允许范围内，严防出现真空状态。

   3.2防止气缸内温度过高

   采用先进的水质处理工艺，保证冷却水的质量。压缩机在运行中不能中断冷却水，定期清除污垢，保证冷却水畅通。要密切注意吸、排气压力及温度、排气量、冷却水温度等各项控制指标，石油气压缩机的排气终了温度不得超过100℃。冷却水的终温一般不超过40℃。如果冷却水中断以后，冷却器温度已升高，此时即使冷却水恢复，也不能急于通水，以防发生炸缸事故。

   3.3保证设备润滑良好

   在选择润滑油时，要根据所压缩的介质气体性质，选择闪点高、氧化后析碳量少的高级润滑脂。就天然气压缩机组而言，烃类气对油有很大的亲和力，会溶解油，使油的粘度下降，因而须用粘度适中，油性和粘附性较好的含油脂润滑油，不仅可改善压缩机的比功率，还可减少压缩机排气系统积炭沉淀的形成，减少压缩机着火和爆炸事故。

   注油量要适当，维持正常的油面高度。曲轴箱中的油面高度降低时，会引起润滑不良，油温升高，导致烧瓦、卡活塞等事故。机油如果加得过多，运转时机油会造成积炭。经常检查机油压力和温度，油压过低，会润滑不良，使磨损增加； 油温过高会使机油氧化变质，粘度下降，润滑不可靠，零件磨损增加；油温过低，粘度增大，摩擦阻力增加。定期进行油质分析，更换新油，更换滤清器滤芯，清洗油路。

   3.4防止气缸带液现象

   经常检查油水分离器是否正常好用，并及时排放分离出来的油和水。控制润滑剂的量，以气缸壁充分润滑而不产生“液击”现象为准。避免冷却水进入气缸。加强与其他工序联系，防止气缸带液，使设备系统遭受机械破坏。

   3.5严格执行操作规程

   操作规程的合理编制和严格执行，能保证设备的安全运行和使用寿命。设备运行前必须对整个系统作全面检查，确保无异常并与前后工序沟通良好后，方可启动。启动时要严格按照操作次序进行，升压速度不可过快，各段压力要平稳地按一定压缩比提高，防止压缩机系统因压力骤升而发生物理性爆炸。对外送气速度和压力也不可超高或波动过大，谨防发生抽负现象，形成爆炸性气体混合物，导致火灾爆炸。

   在压缩机运行过程中，必须认真检查、巡视和监视，密切注视轴承温度、润滑油、密封油的压力、温度和油质状态，严格保证润滑部位的可靠运行。同时严格控制冷却水进出口的温度和流量，保持温度、压力稳定在操作范围内，确保冷却系统的有效工作，以控制压缩介质温度及设备转动、摩擦部位的温度，防止因设备内温度过高而使润滑油或某些物质分解、着火，导致爆炸事故。

   在压缩机运行过程中，必须认真检查、巡视和监视，密切注视轴承温度、润滑油、密封油的压力、温度和油质状态，严格保证润滑部位的可靠运行。同时严格控制冷却水进出口的温州和流量，保持温度、压力稳定在操作范围内，确保冷却系统的有效工作，以控制压缩介质温度及设备转动、部位的温度，防止因设备内温度过高而使润滑油或某些物质分解、着火，导致爆炸事故。

   压缩机停车时要缓慢卸去压力，高压与低压相通的阀门要迅速切断，如遇紧急停车时，应迅速与前工序联络，准确判断异常并快速切断，以防止发生气体倒流或高压气体窜入低压设备引起超压爆炸。采用离心式压缩机时，要在机组停车后继续向密封系统内注油，以防止泄漏；如机组需要作长时间停车，则应在机内气体卸压后用氮气转换之后再用空气进一步转换，然后才能停止注油系统。

   3.6配置安全设施

   大、中型压缩设备均应安装在独立的隔离间内，并设有良好的通风设施和可燃气体浓度监督报警装置，以及自动灭火系统工程，如必须与其他厂房或装置紧邻，中间应以防爆墙隔开；电动机应采用不会产生火花、电弧或危险温度，且能承受爆炸压力而不被损坏的封闭式防爆电机或正压通风结构形式的电机，并设有接地装置，它的轴穿过墙壁处应用密封填料紧密封闭；压缩设备也应有良好的导出静电接地装置。

   为了及时地处置异常和减少人为的操作错误，保证压缩机的安全运行，压缩机系统应设置气缸压力温度指示仪和自动调节、自动报警装置，以及设有压力、温度高于或低于正常值时能自动停车的安全装置和安全泄压保护装置等，并保证这些设备装置的灵敏可靠，使之能真正起到预警、保护作用。

   设备的安全运行与日常的维护保养、检修质量密不可分。要做好设备的日常巡检工作，及时安排检修，不让设备带病运行。应用仪器仪表对设备定期进行状态监测，润滑油油品的定期化验，电机的定期诊断，可以及时发现设备的不正常磨损，掌握轴承等部件运转情况，避免烧瓦拉缸，滚珠疲劳断裂等事故的发生。定期对压缩系统作探伤检查，发现裂纹、空隙等缺陷和严重腐蚀情况，必须及时修理。零部件要作好记录，不超期使用。带有叶轮的压送机械，叶轮和机壳之间要保持规定的间隙，防止摩擦碰击打火引起气体燃烧或爆炸。

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