发动机积碳引起自燃.doc

积碳引起的空压机后冷却器自燃原因分析及预防措施摘要：本文针对空压机中润滑油氧化后形成的裂解气及系统中残留的过量积碳达到燃烧问题，分析了空压机由积碳引起的燃烧爆炸事故及其原因，结合我们的实际使用经验，对抑制积碳的形成、燃烧和爆炸进行探讨，提出可行的预防措施，促进安全生产。主题词：活塞式空压机；积碳自燃；预防措施伍曙光（东风科技汽车制动系统公司）工艺改善 40 装备维修技术2009 年第2 期（总期第132 期）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粘度，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碳。这些积碳继续氧化，由于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碳层上面的空气流冷却并带走，另一方面通过积碳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，积碳层的温度就升高，在特殊情况下，会达到积碳层自燃的温度，而产生足够大的热量消弱或熔化压力系统内的金属， 虽然不发生真正的爆炸， 但这种器壁的突然损坏会被误认为是爆炸。研究表明，引起油着火，必须具有一定厚度的积碳层（07Mpa 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碳层传导的孔隙度。在这些条件下， 当积碳层上面流动的压缩空气过多地减少时， 引起散热速度降低就会起火。这种情况会在休息、换班或当压缩机处在无负荷运行时发生，或者当空气流动情况不变，而积碳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。因机械冲击以及静电等产生的火花，或因空压机二级排气温度过高，也会使积碳着火燃烧。积碳燃烧时， 燃烧使积碳中的油迅速汽化，当可燃性的碳化氢在压缩空气中达到一定的浓度、且积碳达到一定厚度时，就可能造成空压机系统燃烧爆炸。空压机的燃烧与爆炸通常发生在排气管、后冷却器和储气罐附近。当压缩空气管线中含有大量积碳和机油时，还可引起管线连锁爆炸，造成更为严重的后果。3 预防措施31 加强冷却排气温度对润滑油氧化速度影响最大。从60开始， 油温每升高10， 油的吸氧速度提高15 倍，氧化速度提高23 倍。如果空气压缩机排气温度低于140， 通过排气系统热区的传送速率足以防止固态沉积物形成。超过140时，固态沉积物就能形成， 形成速度随温度增加而增加。氧化反应是放热反应，因此，固态沉积物和吸附的油连续氧化，导致热量产生。通过排气管道，热可散失，排出空气的“冷却”作用有助于防止温度急剧升高。然而，随着沉积物厚度增加，热的散失减少，沉积物的温度能够增加，直到它的自燃温度。一旦燃烧发生， 剩下的沉积物为剧烈着火提供了燃料，足以烧坏后冷却器，或者降低管道和容器的强度，使它们在压力条件下爆炸。因此， 应使冷却水进出口水温的差值控制在1520范围， 冷却器和气缸出口处的水温应40，以保证各级排气温度符合要求。由于空压机冷却水量不足、水质不好、入水温度过高以及冷却水套结垢等会降低冷却效果，所以，通常采取以下措施：1）控制冷却水水质如果有条件， 最好使用无杂质以及软化处理过的冷却水， 以防止冷却器水管及气缸冷却水套结垢，提高其传热性。酸性水具有腐蚀性，不能作为空压机的冷却水。对于循环使用的冷却水系统， 要确保循环水的品质， 外露的循环水池和冷却塔等设施要定期清洗、清扫，每年至少一次，除去杂物和泥垢，避免污染设备冷却系统和保证冷却效果。2）调节冷却水量冷却水的消耗量是依据被冷却气体的热负荷和温差而异，为此，应随时监测，进行调节，确保用量，避免排气温度过高。夏季高温季节尤其应该注意。3）除垢为了提高换热能力，降低排气温度，空压机的冷却器每半年需除垢一次， 气缸水套每年应清洗一次，可用510的盐酸溶液等清洗。32 严格控制润滑油的质量和用量321 油质压缩机油是产生积碳的内因， 如选用的压缩机油在使用过程中不产生积碳或积碳量很微，那未压缩空气系统燃烧爆炸的隐患即可消除。对选用的润滑油，要求其闪点、粘度、氧化稳定性及热氧化安定性应符合规定。应使用与良好的气缸和填料相适应的最低粘度等级油。压力到30bar，排气温度到140，常规粘度等级68 号直馏矿物油一般是令人满意的。对更高压力或温度， 应该使用专门的往复空气压缩 41 机油。大多数矿物油是两个或两个以上不同粘度基本组份的混和物， 正是这些混和物的较重成份具有在压缩机排气管线形成沉积物的倾向。为克服这种效应， 已开发出含窄馏基本组份的专用空气压缩机油。此外， 这些油含有在压缩机排气温度下， 特别是在扮演助氧化催化剂角色的氧化铁存在的情况下延迟氧化速率的抗氧化剂。虽然这些新系列产品压缩机油一定会比常规润滑油好，但仍是以矿物油为基础的压缩机油， 在使用时完全不积碳是不可能的， 只能使它的积碳倾向尽可能减少。换句话说， 就是采用了新系列产品压缩机油，对积碳引起的燃烧爆炸仍不能掉以轻心，还是应作定期检查， 以确保在压缩机排气系统碳质沉积物不堆积。除了用于往复空气压缩机的专用矿物润滑油之外，可以说，现在用作压缩机油的合成润滑油防止形成碳质沉积物是非常有效的，这些合成润滑油主要是双酯压缩机油和合成烃压缩机油，比矿物油昂贵，价格较高，有条件的用户应该推广使用。312 油量润滑油用量要适当， 并尽可能提高其雾化程度，以减少积碳形成。油越多，沉积物形成的速率越大， 所以应避免过量的润滑油供给量。严格控制气缸的注油量，每分钟35 滴（新机或大修、换件后酌情加倍注油运行两周）。填料刮油良好，曲轴箱油池的油耗量低于150 克 时，气缸润滑供给由刮油密封环控制，应经常检查油消耗，要保持气阀、活塞环完好，如果油耗发生重大变化，则要认真查找原因。33 加强空气过滤器清洗保养压缩空气中所含的污染物的来源主要有粉尘、有害气体物质、含盐物质、湿气、其他污染物质。润滑油与其相混会生成硬化物，在一定温度压力下与润滑油内的有机物混合会生成黑色油渣，通过使油变稠并减慢油在输气管线中的前进速率而增加了沉积物形成速率，形成积碳，影响气阀、阀片、弹簧、活塞环的正常工作。吸人硬颗粒物质既容易产生火花，还加速机器磨损。因此，应安装合适的空气过滤器，并加以清洗维护，有破损的应及时更换，以减少压缩机吸入固体颗粒。34 选用工作原理和结构合理的后冷却器根据东风公司多年实践经验和有关资料，后冷却器是经常发生燃烧爆炸的部位， 以前并不重视空气压缩机的后冷却器的作用， 置于可有可无的地位， 对其结构和选用没有作出十分明确的规定。以下我们可以将传统结构的元件式后冷却器与防爆型后冷却器做一比较。341 元件式后冷却器传统结构的元件式后冷却器是管穿平翅片，组合后两端再固定在方形管板上， 然后以整个芯件放入壳体， 也有将数个心子平行放入同一壳体中。气体在翅片间通过，管内通水（如图一所示）。这种型式的冷却器优点是结构紧凑，在L 形压缩机中，其整体结构布置合理。元件式冷却器在气体进出口部位均设有较大的缓冲容积， 以利于减少阻力损失和级间压力波动。对这种水冷式换热器，无论管子为钢或铜质，因管内径偏小、管内水垢积聚难以清除。片间也易积聚油垢，水阻及传热热阻都会明显增大，所以要勤于清洗。元件式后冷却器使用时积炭严重， 不能消除压缩空气系燃烧爆炸的隐患。根据前面关于燃烧爆炸形成的机理，即使后冷却器内没有积碳，仍不能排除后冷却器上游管段形成的易燃混合气输送到后冷却器， 同那里的空气混合成易燃混合气的可能性。如果上游管段的已燃烧着的微粒吹到后冷却器，依然有燃烧爆炸的危险。图1 元件式后冷却器结构示意图1翅片管束端板2外侧盖板3筒体4挡板5毡垫6内盖板进水出水出气进气装备维修技术2009 年第2 期（总期第132 期）342 防爆型后冷却器研究表明， 压缩机排气系统热区的结构设计对积炭的形成有决定性影响， 因为排气系统结构的设计决定了油微粒通过热区需要的时间。由于较大的油微粒，具有较大的质量和惯性，不能被气流带走，因此堆积在热区的壁上，有足够长的时间与空气接触， 而发生氧化反应并发生分解。要想使停留在壁面上的油迅速转移到冷区，必须把压力系统内部设计成使得空气的脉动作用及重力作用有助于油沿着壁面向冷区移动， 大大减少压缩空气中的油在热区滞留的时间， 从而消除在后冷却器形成积炭的外因条件。实践证明，如果正确选择润滑油，同时空压机的排气管道和后冷却器管的尺寸保证空气速度大于8m s， 压缩机排气系统就能保持干净无沉积物。在这种速度下，垂直壁面上的油将向上移动，当然，在可能的情况下，空气流向应当向下，这样重力有助于油的移动。最佳的后冷却器结构应是压缩空气在管内、冷却剂在管外。后冷却器的水、气应为逆流方式，后冷的冷却水应为上进下出。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， 每台压缩机应有适合自己的后冷却器和储气罐， 以上的安排应同时有利于使用和维护。采用防爆后冷却器对于防止积碳燃爆事故具有明显优势。图2 新型防爆后冷却器结构示意图35 防止气体循环压缩351 吸排气阀故障、气缸故障和填料不严等将造成漏气，漏气既造成其附近产生局部高温，又将使空压气循环压缩，使空压机的排气温度增高，从而促使积碳的形成。另外，填料密封不好会使机油漏入气缸， 造成气缸润滑油过量， 加速积碳的形成。通过一、二级排气压力大小， 可判别泄漏状况。即当一级排气压力02MPa 时，说明一级吸排气阀漏气或填料漏气； 当一级排气压力0225MPa 时，说明二级吸排气阀或活塞漏气。352 当空压机作空负荷运行时， 当压缩机处在无负荷或低负荷运行时， 会导致排气管线中积油增加，而且气缸内气体被反复压缩，积碳层外表的空气不流动，积碳氧化产生的热量散不出去，温度越来越高， 积碳层的温度上升到积碳的燃点而着火。若空负荷的时间较长，积碳着火区的氧在不完全燃烧中被消耗并产生一氧化碳， 一氧化碳和裂解气、油雾形成易燃混合物。易燃混合物被输送到系统下游的冷却器部位， 在那里与未燃烧过的空气混合形成一种易爆混合物。在这种条件下，当空压机进入带负荷工作时， 空压机开始再排出压缩空气，空气流量突然增加，吹散燃烧着的积炭层微粒，并把它送到已存在易爆混合物的区域，于是就有可能发生爆炸。这也是最终引起事故的主要因素，所以一定要尽量减少压缩机无负荷运行时间。36 定期清除积碳空压机后冷却器这一区域温度较高， 排气管内积碳也最多。每年“五一”、“十一”检修，要加强对气缸、气阀、排气管和冷却器中积