空壓機安全運行的技術(shù)保障

1、空壓機安全運行的技術(shù)保障 空壓機擔(dān)負(fù)著全礦風(fēng)動機械的動力供給任務(wù)，同時它又是一種能耗 較大的設(shè)備。但是，在空壓機的運行過程中，往往由于冷卻換熱效 果不好，導(dǎo)致空壓機實際運行時間較短，機器停車與啟動頻繁，無 法達(dá)到高效安全運行的要求。近年來，隨著煤礦生產(chǎn)任務(wù)的加重以 及空壓機服務(wù)年限的延長，礦用空壓機系統(tǒng)時常發(fā)生重大事故，如 徐州某礦4#機組的n級氣缸排氣室爆炸、恩口煤礦一號井的空壓機 積碳爆炸事故等，造成人員傷亡及重大經(jīng)濟損失。1空壓機故障原因分析1.1 故障類型空壓機主要有以下6種故障類型：排氣量不足；壓力不正常;不能啟動；溫度異常；燃燒；爆炸。其中第、種情況 是由于零件磨損導(dǎo)致空壓機各配合

2、間隙的變化而引起的。第種情 況主要是由于空壓機的監(jiān)探裝置失靈而引起的。第種情況主要是 冷卻系統(tǒng)故障導(dǎo)致的，而溫度異常又是引起機組燃燒或爆炸的直接 原因。本文將、3種情況綜合在一起加以討論。1.2 故障原因引起空壓機故障的原因很多，既有設(shè)計制造上的原因，也有操作維 護及管理上的原因。本文將著重討論引起空壓機溫度異常、燃燒及 爆炸的原因。1.2.1 空氣進(jìn)入冷卻系統(tǒng)空氣進(jìn)入冷卻系統(tǒng)將引起空壓機故障?？諌簷C運行時若有空氣串入 冷卻水系統(tǒng)中，將使空壓機因冷卻不良，溫度升高而引發(fā)事故。1.2.2 冷卻系統(tǒng)結(jié)垢冷卻系統(tǒng)結(jié)垢將引起空壓機故障。冷卻系統(tǒng)結(jié)垢，使冷卻水不能有 效地與氣缸進(jìn)行換熱，導(dǎo)致氣缸運行溫度

3、升高而引發(fā)事故。據(jù)調(diào)查， 造成空壓機冷卻效果不好的原因，一是冷卻系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)存在著設(shè)計 制造的缺陷；二是冷卻水質(zhì)差，硬度高且存在雜質(zhì)，結(jié)垢也是不可 避免的。這是因為冷卻水在運行過程中，當(dāng)經(jīng)過換熱器時，重碳酸 根分解失去平衡，碳酸根離子濃度增加，與水中鈣離子生成碳酸鈣。碳酸鈣的溶解度較低，在設(shè)備受熱表面沉積，形成水垢。由于水垢的導(dǎo)熱系數(shù)低 （僅為鋼材的 4.0%左右），隨著垢層的加厚，冷卻水管的水流通徑變小，造成空壓機冷卻水與氣缸體之間的換熱 效率大大降低，進(jìn)一步加劇垢層的生長。而空壓機冷卻系統(tǒng)一旦結(jié) 垢將會嚴(yán)重威脅空壓機的安全運行，首先，垢層部分會形成貧氧區(qū)， 與冷卻系統(tǒng)中的金屬產(chǎn)生氧濃差電池效

4、應(yīng)，引起電化學(xué)腐蝕；其次， 垢層內(nèi)部造成嫌氧條件，給硫酸鹽還原菌創(chuàng)造生長條件，并加速垢 層的生長。垢層的存在將影響空壓機效率的提高，造成空壓機能耗 的增加，嚴(yán)重者將引起空壓機著火、爆炸等重大事故，造成人員傷 亡及巨大經(jīng)濟損失。1.2.3 機組系統(tǒng)積碳機組系統(tǒng)積碳將引起空壓機故障。維護良好的空壓機組只形成輕微 的積碳，輕微的積碳不會影響空壓機的安全運行。嚴(yán)重的積碳在高 溫狀態(tài)下將導(dǎo)致空壓機著火燃燒，甚至爆炸。積碳的形成主要與以 下因素有關(guān)。1）機房附近空氣不干凈和空氣過濾不合要求。2）潤滑油供給過量，則易形成積碳。3）供氣系統(tǒng)存在鐵或氧化微粒等催化劑，加速潤滑油的氧化。4）空壓機在運行過程的污水

5、污油沉積在后冷卻器及儲氣罐底部，由于排放不及時，污油被高溫蒸發(fā)，也易形成積碳。5）冷卻系統(tǒng)工作異常，冷卻管路、冷卻器、氣缸水套結(jié)垢，冷卻效果差，氣缸高溫運行引起潤滑油溫度過高，形成積碳。由于積碳本身易燃易爆，此時若遇積碳自燃、油質(zhì)劣化閃點降低、 排氣管或氣缸等溫度過高或受機械沖擊、氣流中硬質(zhì)顆粒在運動中 沖擊或碰撞、靜電積聚等，都能引起空壓機系統(tǒng)燃燒，甚至爆炸。2技術(shù)措施2.1 避免空氣進(jìn)入冷卻系統(tǒng)為防止空氣進(jìn)入冷卻系統(tǒng)，可在冷卻水出水管線上安裝一個水表外 殼，一時有空氣串入冷卻系統(tǒng)，就會在表鏡上看到許多氣泡， 及時發(fā)現(xiàn)故障，并進(jìn)行處理。2.2 避免冷卻系統(tǒng)結(jié)垢國內(nèi)主要冷卻系統(tǒng)結(jié)垢是空壓機故障

6、的主要原因。為了解決這一問題， 外許多學(xué)者進(jìn)行了大量的研究工作，并取得了一些研究成果。是：1）加強冷卻水水質(zhì)的監(jiān)控與管理。2）對冷卻器進(jìn)行技術(shù)改造。有資料表明，使用銅制波紋管冷卻器芯效果較好。3）定期對空壓機進(jìn)行清洗（除垢）。除垢方法包括是機械除垢法和化學(xué)除垢法很難清除干凈，所以，目前的除垢方法以化學(xué)垢法為 主。2.3 避免形成積碳為了防止積碳的形成，應(yīng)采取以下技術(shù)措施：1）改善機房周圍的環(huán)境，保持空氣干凈清潔。2）正確選擇潤滑油，建立完善的空壓機潤滑油采購、檢驗、驗收管理制度。3）確定合適的供油量。若潤滑油供給過多，則易形成積碳。然而也不能過少，供油過少，氣缸潤滑不良，容易燒缸。4）建立經(jīng)檢

7、查和清除積碳為主的小修周期。5）將普通塑料排氣管改為抗靜電塑料管，并對管路可靠接地，以防止產(chǎn)生靜電。6）加強管理，嚴(yán)格工藝紀(jì)律，加強操作維修人員的技術(shù)培訓(xùn)和思想教育。3循環(huán)水阻垢新技術(shù)化學(xué)除垢在工業(yè)上的應(yīng)用已比較普遍。盡管國內(nèi)化學(xué)除垢的研究和 應(yīng)用起步較晚，但是經(jīng)過有關(guān)單位不懈努力，已取得了許多研究成 果，并且對一般工業(yè)循環(huán)水系統(tǒng)中的一些常用換熱設(shè)備，開發(fā)了相 應(yīng)的化學(xué)除垢工藝。然而，對于煤礦空壓機系統(tǒng)的除垢，目前尚缺 乏成熟的工藝。其原因主要是：煤礦空壓機循環(huán)水系統(tǒng)與一般工 業(yè)循環(huán)水系統(tǒng)相比有其特殊性，其結(jié)垢機理較為復(fù)雜；空壓機氣 缸水套的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，一般的化學(xué)除垢工藝不能徹底清除其中的

8、水垢。我國煤礦空壓機系統(tǒng)采用敞開式循環(huán)水冷卻方式，冷卻系統(tǒng)主要由 換熱器（包括中間冷卻器、氣缸水套、潤滑油冷卻器） 、管道和冷卻 塔等組成。敞開式冷卻系統(tǒng)使得空氣中的氧大量進(jìn)入循環(huán)水中而成 為水果中的溶解氧，進(jìn)而引起金屬基體銹蝕；系統(tǒng)中還有滋生的微 生物以及生產(chǎn)過程中物料的泄漏所形成的污垢等。另外，空壓機周 圍的工作環(huán)境惡劣，如空氣中大量漂浮的煤粉等也是引起空壓機故 障的原因。研究表明，煤礦穿梭壓機循環(huán)水成垢的主要成分為碳酸鈣。它們首 先在金屬表面上的一些地方沉積出原始的結(jié)晶坯，并逐漸經(jīng)結(jié)晶坯 為核心，增長、發(fā)展、慢慢變?yōu)轭w粒并互相聚附形成結(jié)晶的絮團。這種固相沉積物的生成速度與水溫和水中含鹽濃

9、度以及水中其它雜 質(zhì)的存在有關(guān)。空壓機冷卻塔中滋生的藻類能分泌出粘液，其粘液 能積聚無機物，如泥沙， Fe2O3、SiO2 等固體形成軟泥或生物粘泥?？諌簷C工作過程中，并與空氣冷凝水一道由排氣閥排出，形成含油 廢水中的油份有三種存在形式，即浮油、分散油和乳化油，其中以 浮油為主。在以上諸因素的共同作用下，空壓機冷卻系統(tǒng)極易結(jié) 垢?？諌貉h(huán)水阻垢是徹底解決空壓機結(jié)垢的有效措施，其方法就是針 對煤礦空壓機循環(huán)水系統(tǒng)的特點，確定合適的化學(xué)藥劑，以阻止或 減緩氣缸水套和冷卻器芯子等部件生成水垢。為了有效地控制污垢 沉積，應(yīng)按以下原則確定阻垢劑配方：控制循環(huán)水中顆粒與顆粒之 間的吸引力；控制循環(huán)水中顆粒

10、沉降速度，阻止污垢晶體的增長； 控制污垢晶體發(fā)育，使污垢晶體發(fā)生畸變，從而達(dá)到抑制結(jié)垢的目 的。般工業(yè)循環(huán)水中使用的阻垢劑種類很多，作用機理各不相同。常 用的阻垢劑有：有機膦酸鹽，如 ATMP HEDP EDTM、PBTCA等磷酸酯，如多元醇磷酸酯；聚磷酸鹽，如三聚磷酸鈉、六偏磷 酸鈉；聚羧酸，如聚烯酸、聚馬來酸、丙烯酸等；木質(zhì)素磺酸 鈉等。經(jīng)過作者多次試驗，確定了以聚丙烯酸鈉為主要成分，以乙二胺四 甲叉膦酸及緩蝕劑為輔劑的藥劑配方。經(jīng)實驗室模擬試驗及工業(yè)性 試驗，取得了良好的效果。掛片監(jiān)測顯示，其腐蝕率由原來的0.1539mm/a降至0.1160mm/a,低于工業(yè)循環(huán)水腐蝕控制指標(biāo)(0.125mm/a)。實測顯示，污垢熱阻值控制指標(biāo)(2.578cm2 K/M)。誠然，國內(nèi)外學(xué)者對于一般工業(yè)循環(huán)水阻垢的研究較為深入，并開 發(fā)了多種阻垢劑供用戶選擇。但是，這些阻垢劑均不適用于煤礦空 壓機系統(tǒng)。目前，尚未見到有關(guān)煤