积炭引发的活塞式空压机自燃事故原因分析

摘 要：积炭是活塞式空压机发生事故的重要安全隐患，在一定条件下还可能引发自燃事故，危害到设备和人员的安全。本文结合龙泉市某有限公司3号空压机系统的自燃事故为例，着重就因积炭引发的事故原因进行了分析与探讨，并提出了相应预防对策。

关键词：活塞式空压机；积炭；自燃事故；原因；对策

引 言

活塞式空压机在压缩生产过程中，气体的温度急剧升高，空压机油在高温的作用下将发生分解变质现象，油中的轻组分被汽化并与气体混合在一起离开空压机，而剩下的组分则经空气中的氧气氧化后形成沥青状化合物和坚硬的含碳沉淀物，这种现象即被称为积炭。轻微的积炭问题不会影响空压机的正常运行，而严重的积炭则会在高温作用下导致空压机着火自燃，甚至爆炸，引发设备的损失和人员的伤亡。为此，加强对积炭形成原因的了解，并做好相应的预防措施是非常有必要的。

1 活塞式空压机自燃事故实例

在2013年4月18日X时X分，龙泉市某有限公司3号空压机系统在使用过程中发生自燃现象，燃烧产生的CO和CO2有害气体，通过管路进入矿井采矿作业而导致二名作业人员死亡。

现场情况检查：

（1）该公司空压机房内共有4台型号为4L-20/8型空压机，属无润滑油超油保护装置的活塞式压缩机，发生燃烧的压缩机贮气罐制造单位无锡压缩机厂，制造年月1980年11，使用时间不明。

（2）发生燃烧的压缩机贮气罐外表面颜色发白，于其相邻贮气罐相比较，有明显内部发生过燃烧的痕迹，贮气罐人孔处有燃烧产物烟灰粘结在贮气罐的外表面，如图1所示。

（3）打开贮气罐人孔检查发现，筒体内部从上而下约占4/5筒体高度的内壁的原残留物（积炭）已全部燃烧，在下封头底部堆积有150mm左右的黑色燃烧产物（如图2所示），打开相邻的贮罐人孔检查，筒体内壁粘结有大量的积炭和油脂。

2 事故原因分析

从对贮气罐内表面的情况判断，该空压机及其贮气罐系统在运行状况下发生燃烧直接原因是空压机出口和贮气罐内表面在长期使用后大量积炭导致压缩机系统燃烧。

2.1 积炭形成的原因

（1）润滑油适用不当质量差。企业管理不到位，对空压机使用润滑油不注意，造成采购和使用随意性较强，使用油号不符合要求的抗氧化降低的润滑油。

（2）润滑油温度过高。造成润滑油形成积炭的决定性因素是温度过高。湿度越高，润滑油氧化形成积炭的速度越快。

（3）压力过高。由于矿山开采距离长，空压机回风压力在0.7MPa以上。此时压缩机高压缸最高温度可达180℃，使进入高压缸内的润滑油迅速形成油雾，随着压缩空气温度下降，油雾和其它污物形成积炭附着于管道和容器壁上。

（4）氧气密度影响。在较高压力下空气中氧的密度增加，使的润滑油与高压空气中氧气接触加速，加快了润滑油的氧化速度，也是形成积炭的一个因素。

2.2 积炭自燃的原因

粘结在空压机系统中的积炭，在热空气作用下继续氧化，当空压机因排气阀、活塞环或中间冷却器等出现故障，造成排气温度升高，积炭对外散失热量小于积炭吸收的热量，积炭进入自加温状态，造成了较大的和不可控制的加热速度，最后达到自燃温度而产生自燃（整个空压机有积炭的部位）。

2.3 积炭自燃的后果

积炭自燃后，迅速产生了CO和CO2大量的CO和CO2通过管路进入采矿作业面，就会导致人员伤亡。

3 预防活塞式空压机自燃事故的建议

3.1 合理使用润滑油

（1）应选择合适的润滑油。尽可能选择低粘度，高闪点，抗氧性好的压缩机专用润滑油，减少积炭的形成，生产所用的活塞式空压机一般压力不大于1MPa，所以尽量选用13号压缩机油为宜。

（2）应加强对压缩机油的管理。注意保管，防止掺杂混乱，应专桶专用，并进行明显的标记，对新购置的压缩机油还应当进行抽检化验，严格验收，确保机油的使用质量。

（3）润滑油的用量应适当。在使用中不要出现过量或不足的问题，应当严格遵守设备相关的技术文件执行，如没有技术文件时，可参照下列方程式进行计算：

在上式中，Q是指空压机每个贮气罐的润滑油消耗量，单位为g/h；D是指贮气罐直径，单位为m；L是指活塞的行程，单位为m；n是指曲轴的转速，单位为r/min；r是指润滑油的比重，通常为0.9；K则是贮气罐系数，通常卧式贮气罐系数为500，立式贮气罐系数为400。除应当做好对润滑油用量的选择与计算以外，对润滑油的消耗量也应当做好记录，并进行保存，以作为设备检修时的重要技术依据。

3.2 严格执行设备维修保养和定期检修制度

空压机自燃主要原因是设备运行恶化所引起的，严格执行设备维修保养和定期检修制度，可有效避免积炭的自燃。且设备累计运行时间越长，积炭也越多，因此必须加强清扫和维护保养，以防止积炭层过厚。对于贮气罐、气阀应严格执行空压机维护保养规程，每月清扫一次积炭。贮气罐每天都应进行一次污油的排放，从贮气罐排气口开始，直至压气稳定高于80℃这一区间所有的管路、风包、冷却器、分离器和阀门中的任何积炭均应有效清除。同时，还应制定严格的检查和清扫的周期，确保积炭层厚度不超过3mm（当工作压力≤1MPa时）。

3.3 采用吸气过滤装置

由于设备运行环境中，灰尘越多越容易积炭，其吸入的硬颗粒物质不仅极易引发火花而导致自然事故，而且加速了空压机设备系统的磨损。因此，活塞式空压机应尽量设置在周围环境清洁的地方，如果受生产条件限制或已设置在灰尘较多的区域，则在设备检修时还应当加设吸气过滤装置，通常可采用油浴式滤清器以有效过滤灰尘与杂物，并做到勤清洗、勤换油。

3.4 做好排气温度的控制

具相关资料表明，温度对润滑油氧化的速度影响很大。从60℃开始，每升高10℃，润滑油的氧化速度就会提升2～3倍，因此应严格控制空压机贮气罐的排气温度，要求单缸贮气罐排气温度不得超过190℃，双缸℃排气温度不得超过160℃。对各级排气温度还应设置相应的保护装置，使设备能在超温时自动切断电源。为消除排气温度过高的因素，还应当采取以下措施：

（1）合理选用冷却水水质。为避免冷却器水管壁和贮气罐冷却水腔出现结垢，应首先选择合理的冷却水水质，凡是脏污和带酸性的水，均不能作为冷却水。若水中悬浮的机械杂质含量或有机物含量大于25mg/L时，还必须对冷却水进行软化处理。

（2）冷却水的进、出口温度的差值不宜高于10℃，通常出口温度不宜高于40℃，并应做好相关记录。

（3）加强检修和维护保养工作，改善相关零配件的质量，以确保贮气罐气阀不漏气，以避免气体因循环压缩而导致温度升高。

（4）应设置排气温度测量和记录的装置，当发现空压机排气温度过高时，应立即检查问题原因，并积极采取措施加以解决。

3.5 建议采用有润滑油超油保护装置的压缩机

对于当前仍用于生产的一些老旧机型，普遍存在着空气压缩比大、排气温度高、安全装置不齐全等问题，很容易引发自燃事故。例如，本文事故中的4L-20/8型空压机空压机属于无润滑油超油保护装置的活塞式压缩机，不仅耗油量大、易积炭，而且相对消耗电能更多，既不经济也不安全，故应当淘汰，进行设备的更新换代。建议采用有润滑油超油保护装置的压缩机。

4 结 语

文结合事故实例，就因积炭引发的活塞式空压机自燃事故的原因及后果进行了分析，并提出了相应的事故预防对策。据相关资料表明，积炭自燃事故的发生必须满足一定的条件，即积炭层达到一定的厚度（在1MPa有效压力下约30mm），周围温度较高（≥150℃）和积炭层的孔隙度较小，当积炭层上方流动的压缩空气停止或过慢时，就可能引发自燃事故。采取本文中所建议的预防措施，能较好的控制积炭层的厚度，并可有效降低设备的工作温度，从而确保了活塞式空压机系统的安全、经济运行。

参考文献

[1]王梓荣，段吉林，等.活塞式空气压缩机积碳问题探讨[J].中国高新技术企业，2010（5）.

[2]刘建民，陈建军.空压机运行及维护技术问答[M].北京：中国电力出版社，2011.

作者简介：朱伟军（1964-），丽水市特种设备检测院副院长，丽水市特种设备安全协会副秘书长，工程师，锅炉检验师，压力容器检验师，特种设备无损检测PTⅢ级，主要从事特种设备检验管理及高耗能特种设备能效测试工作。

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