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警惕!压缩机润滑不当将导致起火爆炸!

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摘要:正确选择和使用压缩机润滑油,不仅是为满足正常的润滑要求,同时也为了在排气系统中消除积炭和减少形成积炭。
正确选择和使用压缩机润滑油,不仅是为满足正常的润滑要求,同时也为了在排气系统中消除积炭和减少形成积炭。
 
空气压缩机润滑
 
压缩机按润滑方式可分为以下三类:无油压缩机,压缩空气不与润滑油接触,例如动力式压缩机、迷宫压缩机、隔膜压缩机或带无油润滑活塞环的压缩机;有油润滑压缩机,压缩腔中的运动件用油润滑,润滑油由专用注油器或由压缩机的其他部件供给,例如无十字头的单作用往复活塞压缩机;喷油回转压缩机,大量的润滑油喷入压缩腔,润滑油不仅润滑运动零部件,同时也有助于密封并吸收压缩热。润滑方式有注油润滑、飞溅润滑等。
 
无油回转和往复压缩机
 
所有的无油压缩机几乎都有油润滑的轴承、驱动机构或齿轮传动装置,用填料函或其他装置将压缩机的润滑部位与压缩空气的部位隔开,防止空气与油彼此接触。
 
在机器的润滑部位,引起磨损继而引起损坏的不充分润滑的危险通常很小。有些高速压缩机,在启动和停车时对润滑来说是危险期。因此,这些机器常备有安全装置,在启动和停车操作时用来控制油压。有些机器采用单独的油泵,即在压缩机启动前,先开动油泵建立起油压。
 
在有些压缩机中,机器的润滑部位与无油部位之间的密封件易产生一定程度的磨损,结果使润滑油漏进压缩腔内,这种泄漏不仅会使压缩机不适合使用,还会使压力系统中形成积炭。
 
有油润滑压缩机
 
正确选择和使用压缩机润滑油,不仅是为满足正常的润滑要求,同时也为了在排气系统中消除积炭和至少少形成积炭。通常采用的润滑油品级和牌号,应是压缩机制造厂家推荐的。
 
有油润滑压缩机中着火的主要原因是由于积炭的形成,所以最新的发展方向是直接生产不易变质和不易形成沉积物的润滑油。油的抗氧化性和暴露在排气系统热空气中的时间是很重要的两点。抗氧化性好的油是靠选用具有抗氧化作用的基础油或油中加入在压缩机排气温度下才具有稳定性的抗氧化剂。而油暴露的时间则取决于压力系统的结构形状和油的黏度。油的黏度越低,越容易沿管子移动,但也容易产生气化,所以,重要的是采用具有适当蒸馏特性的油。如果一种油蒸馏范围太宽,油中的轻油部分将产生气化,剩下较重部分,因为其黏度较高,在热区滞留更长时间。
 
喷油回转压缩机
 
喷油回转压缩机由于排气温度低,一般没有积炭的问题,但作为循环油,应具有良好的抗氧化作用,以保证一定的寿命。对于喷油回转压缩机应该使用特殊油或具有良好抗乳化的循环油。抗氧化剂在一般的压缩机温度下应具有足够低的挥发性,使油保持到换油的时间。

润滑油的使用

通常,应该使用压缩机制造厂推荐的牌号和品级的润滑油,如用其它润滑油,则应与压缩机制造厂商议。油的氧化反应会形成自燃温度低的乙醛,因此具有潜在的危险。润滑油的分类及在压缩机中的典型应用按GB/T 7631.9的规定。
 
喷油回转压缩机的高温安全开关应设定为不高于最高排气温度+10℃,业界普遍认为规定应不超过120℃。在露天或不热的机房内运行的有油润滑压缩机,在可能出现的最低环境温度时,润滑油计算黏度应不超过2000mm2/s,并且凝固点应比最低环境温度低大约5℃。
 
如环境温度特别高,须使用黏度等级高的润滑油。需要特别注意,在可能吸入空气的情况下应确保润滑油无毒。供油方应提供信息,以使用户能够评估与压缩空气预期用途有关的任何健康危害。空气中油雾的极限值通常定为 5mg/m3。
 
宜选择满足润滑要求并且黏度最低的润滑油,该润滑油须适用于最低环境温度下启动和最高环境温度下运行。在特殊情况下,可按一年中不同的季节使用不同黏度等级的润滑油。
 
积炭自燃的机理和油爆炸起因
 
油与压缩空气接触易发生氧化反应,氧化反应的速度随着温度、氧的分压力、起催化剂作用的铁或氧化铁的微粒的增加而增加。氧化反应会提高油的黏度,如果油在热区停留的时间充分,就可能在压缩机排气系统形成积炭。这些积炭继续氧化,而氧化反应产生放热现象,因此,就存在着自燃的必要条件。
 
实际上,氧化反应产生的热一方面被积炭层上面的压缩空气流冷却并带走,同时通过积炭层传给所处的金属壁带走。当不能及时带走氧化反应产生的热量,积炭层的温度就升高,在特殊情况下,会达到积炭层自燃的温度,而产生足够大的热量消弱或软化压力系统壁上的金属。虽然不发生真正的爆炸,但这种器壁的突然破裂会被误认为是爆炸。
 
研究表明,引起油着火,必须具有一定厚度的积炭层(0.7MPa工作压力下约25mm),周围温度要在150℃和一定的限制热量通过积炭层传导的孔隙度(常称作干燥度)。在这些条件下,当积炭层上面流动的压缩空气过多地减少,引起散热速度降低时就会起火,这种情况会在吃饭、休息、换班或当压缩机处在无负荷运行时发生;或者当压缩空气流动情况不变, 而积炭层产生的热量使其内部的温度高于自燃温度的情况下也会发生着火现象。
 
危险的积炭层临界厚度随每台压缩机压缩空气的压力和温度、沉积物中杂质微粒、沉积物实际位置以及压缩机运行条件的不同而改变。因此,积炭层安全厚度将随压缩机的不同而改变。
 
有时,压力系统中的油着火会引发油蒸气或油雾爆炸,但实际这种情况很少发生。这种情况如出现,必定是压缩空气和汽化的油或油雾的混合比率处在爆炸极限的范围之内,并且此混合物接触到点火源。
 
幸好,引起爆炸所需要的压缩空气与油的混合比率范围是有限制的。氧气过多或易燃物过多都会抑制爆炸,这可能是极少发生爆炸的主要原因,然而必须经常意识到这种危险的存在。
 
解释压缩机初始油爆炸确切原因的参考资料很少,但以下的解释还是很可能的。当压缩机空载且没有空气流过积炭层时,会引起着火。一段时间之后,空气中的氧气在不完全燃烧中被消耗,产生的一氧化碳连同从积炭层中分解或氧化的油和油雾,形成潜在的易燃混合气体。易燃混合的气体和油雾流向排气系统下游的冷却器部位,在那里与未燃烧过的空气混合,产生一种易爆的混合气体。在这种情况下,当压缩机再次启动排出空气时,空气流量突然增加,吹散了燃烧的积炭微粒,并把它送到易爆的区域,就可能发生爆炸。必须注意,即使没有发生爆炸,压缩空气也将被不完全燃烧产生的有害气体污染。
 
当有油润滑压缩机排气管道的内壁有一层薄的油膜时,前面所述的这种初期的爆炸会接二连三发生更猛烈的爆炸。由于初期爆炸传到排气管道的足够强的冲击波,会从管壁上剥下油膜,并形成一种油雾和空气混合物。如果产生易燃混合物,且冲击波的温度达到了自燃极限,则会发生第二次爆炸,它加速冲击波达到爆破速度(超音速),这时会发生管壁脆性破裂。这一过程可能会沿着压缩机空气管道不时重复出现,在管道内表面频繁地产生破坏。这种类型的爆炸对于压力系统的破坏是巨大的,并且对于附近的人也是非常危险的。如果严格地按照标准中的规定尽量减小积炭的形成,油着火或爆炸的危险将能减到最小程度。

压力系统着火与爆炸

有油润滑压缩机
 
一般有油润滑压缩机压力系统的着火事故是由于积炭引起的。选择润滑油时,压缩机和压力系统都应当是清洁、无积炭的,这样可减少着火事故。对会产生积炭的压力系统来说,油的品级是比较重要的,而定期清洗压力系统也同等重要。
 
以下列出影响积炭形成的几个因素:
 
a)给油量
供油过度会助长积炭的形成。
 
b)空气过滤
随空气吸入的尘粒使油变稠,并造成油通过排气系统热部件的通道时间延长,增加了油氧化反应的时间,因而加速了积炭形成的速度。
 
c)温度
明显氧化的起始温度与使用油的品级和种类有关。水冷压缩机,推荐采用处理过的或去除矿物质的水,以防止水道结垢。公认的起火原因之一是冷却水中断,引起排气温度急剧升高,超过压缩机的正常温度,当热区内的积炭层又足够厚时,就可能产生起火。阀的损坏,同样也能使排气温度升高,引起事故的发生;级压力比很高的压缩机,在冷却不良或润滑油过量时,会出现“压燃”现象。在特定的情况下,压燃引起的缸内爆燃,可变成沿着排气管道方向的连续爆燃。
 
d)存在催化剂(例如氧化铁)。
 
e)润滑油的错选或黏度不合适。

喷油回转压缩机(特别预防)
 
经验证明,良好的设计、润滑和维护,能使喷油回转压缩机避免发生着火事故。但由于油过滤器芯子引起的不正常温度升高,加速油的氧化,也会产生着火的危险。对于分离器芯子是由化纤材料制成的油分离器,如果芯子和分离器筒体无良好的导电性并可靠接地,则当高温高压的油气混合物进入分离器芯子时,可能发生静电起火的危险。
 
实验室试验和现场经验表明,防止发生油着火危险的三个重要因素为:
 
a)合理的设计;
b)选择恰当的油;
c)压缩机的正确操作与维护,特别重要的有以下几点:保持低油耗;定期换油;保证油冷却装置正常工作。
 
有油润滑压缩机压力系统的设计原则
 
压缩空气系统中油的燃烧通常是由于积炭引起的。在压缩空气系统中,高温和氧的高分压力使油发生氧化反应。一旦油被氧化,将变得更粘稠,形成如淤泥状的物体,最后在末级转化成积炭。如果积炭层很厚,就可能发生自燃并引起压力系统着火,甚至会引起爆炸。
 
实践证明,压缩机排气系统热区的设计对积炭的形成有决定性影响,因为排气系统的设计决定了油微粒通过热区需要的时间。压缩机排气法兰或排气阀的一些润滑油被雾化成小的微粒,直接随压缩空气被快速送到压力系统的冷区而不与热壁相接触。由于这部分油很快通过热压力区,因而实际上不发生氧化作用。较大的油微粒具有较大的质量和惯性,无法被气流带走,因此沉积在热区的壁上,与空气接触的时间足够长,因而发生氧化反应并发生分解。
 
主要有两种方法可以把停留在壁面上的油迅速转移到冷区。通常,应同时利用如下两个方法,使压缩空气系统的热区保持干净:
 
a)使部分油气化;
b)把压力系统内部设计成可借助压缩空气的脉动作用及重力作用,促使油沿着壁面向冷区移动。
 
调查表明,如果按照上文要求选择润滑油,同时有油润滑往复压缩机的管道及其他元件中压缩空气的速度大于8 m/s,压缩机排气系统就能保持干净、无沉积物。在这种空气速度下,任何沉积在垂直壁面上的油都将向上移动。当然,在可能的情况下,气流应向下流动,这样重力将有助于油的移动。
 
最佳的后冷却器结构应是压缩空气在管内、冷却剂在管外。这种布置对于窄管结构的后冷却器具有良好的压力脉动阻尼作用。连接压缩机和后冷却器的管路长度必须设计成能够获得最大的压力脉动阻尼。为了充分利用上述脉动阻尼现象,每台压缩机应有适用的后冷却器和储气罐,同时这种布置也有利于使用和维护。
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