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    警惕!壓縮機潤滑不當將導致起火爆炸!

    2022(第七屆)中國潤滑油技術創新及行業發展論壇
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    摘要:正確選擇和使用壓縮機潤滑油,不僅是為滿足正常的潤滑要求,同時也為了在排氣系統中消除積炭和減少形成積炭。
    正確選擇和使用壓縮機潤滑油,不僅是為滿足正常的潤滑要求,同時也為了在排氣系統中消除積炭和減少形成積炭。
     
    空氣壓縮機潤滑
     
    壓縮機按潤滑方式可分為以下三類:無油壓縮機,壓縮空氣不與潤滑油接觸,例如動力式壓縮機、迷宮壓縮機、隔膜壓縮機或帶無油潤滑活塞環的壓縮機;有油潤滑壓縮機,壓縮腔中的運動件用油潤滑,潤滑油由專用注油器或由壓縮機的其他部件供給,例如無十字頭的單作用往復活塞壓縮機;噴油回轉壓縮機,大量的潤滑油噴入壓縮腔,潤滑油不僅潤滑運動零部件,同時也有助于密封并吸收壓縮熱。潤滑方式有注油潤滑、飛濺潤滑等。
     
    無油回轉和往復壓縮機
     
    所有的無油壓縮機幾乎都有油潤滑的軸承、驅動機構或齒輪傳動裝置,用填料函或其他裝置將壓縮機的潤滑部位與壓縮空氣的部位隔開,防止空氣與油彼此接觸。
     
    在機器的潤滑部位,引起磨損繼而引起損壞的不充分潤滑的危險通常很小。有些高速壓縮機,在啟動和停車時對潤滑來說是危險期。因此,這些機器常備有安全裝置,在啟動和停車操作時用來控制油壓。有些機器采用單獨的油泵,即在壓縮機啟動前,先開動油泵建立起油壓。
     
    在有些壓縮機中,機器的潤滑部位與無油部位之間的密封件易產生一定程度的磨損,結果使潤滑油漏進壓縮腔內,這種泄漏不僅會使壓縮機不適合使用,還會使壓力系統中形成積炭。
     
    有油潤滑壓縮機
     
    正確選擇和使用壓縮機潤滑油,不僅是為滿足正常的潤滑要求,同時也為了在排氣系統中消除積炭和至少少形成積炭。通常采用的潤滑油品級和牌號,應是壓縮機制造廠家推薦的。
     
    有油潤滑壓縮機中著火的主要原因是由于積炭的形成,所以最新的發展方向是直接生產不易變質和不易形成沉積物的潤滑油。油的抗氧化性和暴露在排氣系統熱空氣中的時間是很重要的兩點??寡趸院玫挠褪强窟x用具有抗氧化作用的基礎油或油中加入在壓縮機排氣溫度下才具有穩定性的抗氧化劑。而油暴露的時間則取決于壓力系統的結構形狀和油的黏度。油的黏度越低,越容易沿管子移動,但也容易產生氣化,所以,重要的是采用具有適當蒸餾特性的油。如果一種油蒸餾范圍太寬,油中的輕油部分將產生氣化,剩下較重部分,因為其黏度較高,在熱區滯留更長時間。
     
    噴油回轉壓縮機
     
    噴油回轉壓縮機由于排氣溫度低,一般沒有積炭的問題,但作為循環油,應具有良好的抗氧化作用,以保證一定的壽命。對于噴油回轉壓縮機應該使用特殊油或具有良好抗乳化的循環油??寡趸瘎┰谝话愕膲嚎s機溫度下應具有足夠低的揮發性,使油保持到換油的時間。

    潤滑油的使用

    通常,應該使用壓縮機制造廠推薦的牌號和品級的潤滑油,如用其它潤滑油,則應與壓縮機制造廠商議。油的氧化反應會形成自燃溫度低的乙醛,因此具有潛在的危險。潤滑油的分類及在壓縮機中的典型應用按GB/T 7631.9的規定。
     
    噴油回轉壓縮機的高溫安全開關應設定為不高于最高排氣溫度+10℃,業界普遍認為規定應不超過120℃。在露天或不熱的機房內運行的有油潤滑壓縮機,在可能出現的最低環境溫度時,潤滑油計算黏度應不超過2000mm2/s,并且凝固點應比最低環境溫度低大約5℃。
     
    如環境溫度特別高,須使用黏度等級高的潤滑油。需要特別注意,在可能吸入空氣的情況下應確保潤滑油無毒。供油方應提供信息,以使用戶能夠評估與壓縮空氣預期用途有關的任何健康危害??諝庵杏挽F的極限值通常定為 5mg/m3。
     
    宜選擇滿足潤滑要求并且黏度最低的潤滑油,該潤滑油須適用于最低環境溫度下啟動和最高環境溫度下運行。在特殊情況下,可按一年中不同的季節使用不同黏度等級的潤滑油。
     
    積炭自燃的機理和油爆炸起因
     
    油與壓縮空氣接觸易發生氧化反應,氧化反應的速度隨著溫度、氧的分壓力、起催化劑作用的鐵或氧化鐵的微粒的增加而增加。氧化反應會提高油的黏度,如果油在熱區停留的時間充分,就可能在壓縮機排氣系統形成積炭。這些積炭繼續氧化,而氧化反應產生放熱現象,因此,就存在著自燃的必要條件。
     
    實際上,氧化反應產生的熱一方面被積炭層上面的壓縮空氣流冷卻并帶走,同時通過積炭層傳給所處的金屬壁帶走。當不能及時帶走氧化反應產生的熱量,積炭層的溫度就升高,在特殊情況下,會達到積炭層自燃的溫度,而產生足夠大的熱量消弱或軟化壓力系統壁上的金屬。雖然不發生真正的爆炸,但這種器壁的突然破裂會被誤認為是爆炸。
     
    研究表明,引起油著火,必須具有一定厚度的積炭層(0.7MPa工作壓力下約25mm),周圍溫度要在150℃和一定的限制熱量通過積炭層傳導的孔隙度(常稱作干燥度)。在這些條件下,當積炭層上面流動的壓縮空氣過多地減少,引起散熱速度降低時就會起火,這種情況會在吃飯、休息、換班或當壓縮機處在無負荷運行時發生;或者當壓縮空氣流動情況不變, 而積炭層產生的熱量使其內部的溫度高于自燃溫度的情況下也會發生著火現象。
     
    危險的積炭層臨界厚度隨每臺壓縮機壓縮空氣的壓力和溫度、沉積物中雜質微粒、沉積物實際位置以及壓縮機運行條件的不同而改變。因此,積炭層安全厚度將隨壓縮機的不同而改變。
     
    有時,壓力系統中的油著火會引發油蒸氣或油霧爆炸,但實際這種情況很少發生。這種情況如出現,必定是壓縮空氣和汽化的油或油霧的混合比率處在爆炸極限的范圍之內,并且此混合物接觸到點火源。
     
    幸好,引起爆炸所需要的壓縮空氣與油的混合比率范圍是有限制的。氧氣過多或易燃物過多都會抑制爆炸,這可能是極少發生爆炸的主要原因,然而必須經常意識到這種危險的存在。
     
    解釋壓縮機初始油爆炸確切原因的參考資料很少,但以下的解釋還是很可能的。當壓縮機空載且沒有空氣流過積炭層時,會引起著火。一段時間之后,空氣中的氧氣在不完全燃燒中被消耗,產生的一氧化碳連同從積炭層中分解或氧化的油和油霧,形成潛在的易燃混合氣體。易燃混合的氣體和油霧流向排氣系統下游的冷卻器部位,在那里與未燃燒過的空氣混合,產生一種易爆的混合氣體。在這種情況下,當壓縮機再次啟動排出空氣時,空氣流量突然增加,吹散了燃燒的積炭微粒,并把它送到易爆的區域,就可能發生爆炸。必須注意,即使沒有發生爆炸,壓縮空氣也將被不完全燃燒產生的有害氣體污染。
     
    當有油潤滑壓縮機排氣管道的內壁有一層薄的油膜時,前面所述的這種初期的爆炸會接二連三發生更猛烈的爆炸。由于初期爆炸傳到排氣管道的足夠強的沖擊波,會從管壁上剝下油膜,并形成一種油霧和空氣混合物。如果產生易燃混合物,且沖擊波的溫度達到了自燃極限,則會發生第二次爆炸,它加速沖擊波達到爆破速度(超音速),這時會發生管壁脆性破裂。這一過程可能會沿著壓縮機空氣管道不時重復出現,在管道內表面頻繁地產生破壞。這種類型的爆炸對于壓力系統的破壞是巨大的,并且對于附近的人也是非常危險的。如果嚴格地按照標準中的規定盡量減小積炭的形成,油著火或爆炸的危險將能減到最小程度。

    壓力系統著火與爆炸

    有油潤滑壓縮機
     
    一般有油潤滑壓縮機壓力系統的著火事故是由于積炭引起的。選擇潤滑油時,壓縮機和壓力系統都應當是清潔、無積炭的,這樣可減少著火事故。對會產生積炭的壓力系統來說,油的品級是比較重要的,而定期清洗壓力系統也同等重要。
     
    以下列出影響積炭形成的幾個因素:
     
    a)給油量
    供油過度會助長積炭的形成。
     
    b)空氣過濾
    隨空氣吸入的塵粒使油變稠,并造成油通過排氣系統熱部件的通道時間延長,增加了油氧化反應的時間,因而加速了積炭形成的速度。
     
    c)溫度
    明顯氧化的起始溫度與使用油的品級和種類有關。水冷壓縮機,推薦采用處理過的或去除礦物質的水,以防止水道結垢。公認的起火原因之一是冷卻水中斷,引起排氣溫度急劇升高,超過壓縮機的正常溫度,當熱區內的積炭層又足夠厚時,就可能產生起火。閥的損壞,同樣也能使排氣溫度升高,引起事故的發生;級壓力比很高的壓縮機,在冷卻不良或潤滑油過量時,會出現“壓燃”現象。在特定的情況下,壓燃引起的缸內爆燃,可變成沿著排氣管道方向的連續爆燃。
     
    d)存在催化劑(例如氧化鐵)。
     
    e)潤滑油的錯選或黏度不合適。

    噴油回轉壓縮機(特別預防)
     
    經驗證明,良好的設計、潤滑和維護,能使噴油回轉壓縮機避免發生著火事故。但由于油過濾器芯子引起的不正常溫度升高,加速油的氧化,也會產生著火的危險。對于分離器芯子是由化纖材料制成的油分離器,如果芯子和分離器筒體無良好的導電性并可靠接地,則當高溫高壓的油氣混合物進入分離器芯子時,可能發生靜電起火的危險。
     
    實驗室試驗和現場經驗表明,防止發生油著火危險的三個重要因素為:
     
    a)合理的設計;
    b)選擇恰當的油;
    c)壓縮機的正確操作與維護,特別重要的有以下幾點:保持低油耗;定期換油;保證油冷卻裝置正常工作。
     
    有油潤滑壓縮機壓力系統的設計原則
     
    壓縮空氣系統中油的燃燒通常是由于積炭引起的。在壓縮空氣系統中,高溫和氧的高分壓力使油發生氧化反應。一旦油被氧化,將變得更粘稠,形成如淤泥狀的物體,最后在末級轉化成積炭。如果積炭層很厚,就可能發生自燃并引起壓力系統著火,甚至會引起爆炸。
     
    實踐證明,壓縮機排氣系統熱區的設計對積炭的形成有決定性影響,因為排氣系統的設計決定了油微粒通過熱區需要的時間。壓縮機排氣法蘭或排氣閥的一些潤滑油被霧化成小的微粒,直接隨壓縮空氣被快速送到壓力系統的冷區而不與熱壁相接觸。由于這部分油很快通過熱壓力區,因而實際上不發生氧化作用。較大的油微粒具有較大的質量和慣性,無法被氣流帶走,因此沉積在熱區的壁上,與空氣接觸的時間足夠長,因而發生氧化反應并發生分解。
     
    主要有兩種方法可以把停留在壁面上的油迅速轉移到冷區。通常,應同時利用如下兩個方法,使壓縮空氣系統的熱區保持干凈:
     
    a)使部分油氣化;
    b)把壓力系統內部設計成可借助壓縮空氣的脈動作用及重力作用,促使油沿著壁面向冷區移動。
     
    調查表明,如果按照上文要求選擇潤滑油,同時有油潤滑往復壓縮機的管道及其他元件中壓縮空氣的速度大于8 m/s,壓縮機排氣系統就能保持干凈、無沉積物。在這種空氣速度下,任何沉積在垂直壁面上的油都將向上移動。當然,在可能的情況下,氣流應向下流動,這樣重力將有助于油的移動。
     
    最佳的后冷卻器結構應是壓縮空氣在管內、冷卻劑在管外。這種布置對于窄管結構的后冷卻器具有良好的壓力脈動阻尼作用。連接壓縮機和后冷卻器的管路長度必須設計成能夠獲得最大的壓力脈動阻尼。為了充分利用上述脈動阻尼現象,每臺壓縮機應有適用的后冷卻器和儲氣罐,同時這種布置也有利于使用和維護。
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