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活塞式压缩机积碳问题分析
发布时间:2010/9/25阅读5010次

  

    活塞式压缩机在我国中小型氮肥企业氨合成工艺生产中属关键设备,压缩机设备状况的好坏,直接影响企业生产装置的安全、稳定、长周期运行,从而也影响着企业的经济效益。设备一旦发生问题,会带来一系列严重的后果,往往会导致装置停产、环境污染、火灾爆炸、人身伤亡等重大事故的发生。压缩机在运行过程中会产生积碳现象。积碳能使活塞环卡死在环槽里,使气阀不能正常启闭,能使气流通道面积减小,增加阻力,特别严重的是积碳燃烧能导致压缩机产生燃烧爆炸事故,损坏设备,影响人身安全。

一、积碳的产生

  压缩机中积碳形成的原因比较复杂,主要是空气压缩机内部润滑系统用油常以雾状形式与高温、高压、高氧分压的空气和金属催化剂相接触,使润滑油迅速氧化变质,另一方面,油不断蒸发使较重组分的油残留在活塞顶部、排气阀腔和排气通道中不断受热分解,脱氢聚合。其产物与吸入气体中的粉尘和压缩机内金属粉末、活塞环粉末、支承环粉末混在一起,沉积在机体表面上被进一步加热,即成为积碳。

二、典型事故分析

  6M50型空气氮氢气联合压缩机空一段缓冲罐自燃事件。20088212015分,某化肥企业压缩机操作工在巡检时发现1#联压机空一出缓冲罐外壁冒出浓烟,且油漆被烤焦,于是马上紧急停下1#联压机。随即用红外线测温仪测得空一出缓冲罐外壁温度高达270℃。检查缓冲罐内壁发现约有5mm厚的积碳,分析认为气流高速冲刷或异物高速碰撞积碳产生火花,引起缓冲罐内积碳自燃,导致缓冲罐外壁油漆被烤焦、冒烟。产生积碳的主要原因分析如下:

 (一)积碳与供油量的关系   

  压缩机气缸供油量不足会导致支承环、活塞环加快磨损,气缸镜面拉毛等现象产生,但如果过量注油也会对压缩机产生危害,注油越多积碳的可能性也越大。过量注油,气缸内润滑油不会完全雾化,通过排气通道时大量的润滑油不会随着气体一起带走而是附着在气道壁上助长积碳的形成。正确选择润滑油耗量,能大大减少油积碳沉淀物。

 (二)积碳与排气温度的关系 

  排气温度高是造成积碳的重要原因。温度越高润滑油越容易氧化分解,也会使积碳形成的速度加快。据统计空气压缩机排气温度超过170℃时有50%发生爆炸。

 (三)积碳与油粘度的关系   

  润滑油的粘度较高容易形成积碳,润滑油的粘度低一般形成积碳的时间要长一些。因为高粘度的润滑油不容易挥发而长期停留在金属表面形成积碳;低粘度润滑油易挥发,容易形成雾状随气体一起带走。同时,用低粘度组分油调制的压缩机油,可改善油品的流动性和挥发性,当油注入压缩机气缸并完成其润滑任务后,使其迅速离开工作部位,避免在高温部位停留的时间过长而在热与氧的作用下产生积碳。 

 (四)积碳与运行情况的关系 

  压缩机如果处于空负荷或半负荷状态下长期运转较全负荷工作时容易积碳。因为空负荷或半负荷时,进入气缸的空气量减少,而注油器注入气缸的注油量并未减少,这样相对注油量增加也会形成积碳。

 (五)积碳与环境的关系 

  空压机的一级进口大多置于室外,如果环境灰尘较多过滤器效果又不是很好,灰尘就会随空气进入气缸形成积碳核心,与润滑油混合后形成具有较大质量和惯性的微粒,不能被气流带走,因此沉积在热区的壁上,有足够长的时间与空气接触,而发生氧化反应并发生分解也会使积碳增加。

三、积碳的危害

积碳现象刚产生时,机件表面为黑色,随着积碳的不断积聚,最终形成片状的硬质沉淀物。积碳是一种可燃性物质,当积累到一定厚度时(0.7MPa工作压力时25mm),积碳层产生的热量使其内部温度高于自燃温度时,就可能引起自燃和爆炸。

压缩机形成积碳后,又由于润滑油大量不足,润滑油粘度较大而过度氧化,使油产生过热现象;还有储气罐、气缸、排气管意外地受到机械冲击;气流中硬质颗粒在高速运动中产生冲击和碰撞,这些都可能引起积碳的燃烧。

  压缩机在正常生产时,虽然不可避免的有积碳现象,但当氧含量不超过0.2%,控制操作温度、操作压力不超过限定值,积碳就不会自燃,更不会爆炸。尽管如此,积碳在压缩机系统中也是不安定因素。

四、积碳的预防

 (一)控制气缸供油量

  气缸供油量不能太大,在保证充分润滑的条件下应尽量减少气缸润滑油的供给量,这不仅可节省润滑油的油耗,而且对中间冷却效果还有好处,也减少压缩机积碳的可能性以防止油气量增大和结焦积碳增多。据有关资料表明如果润滑油的耗量减少一半,油积碳沉淀物就可以降至原来的1/201/30。一般说来,压缩机制造厂规定的气缸润滑油耗量均偏高,所以在通常情况下可以通过运转试验来确定润滑油的耗量。

  对于气缸部分及填料函部分润滑油的消耗量可按下式估计:

  Q=K2πsnD1+D2+…)     ml/24h),

式中:D1+D2+…——气缸及活塞杆直径(m);

             s——行程(m);

             n——转速(r/min);

   K——常数,由表2确定。

 (二)控制压缩机的排气温度

  排气温度应在允许范围内。排气温度过高会使比功率增大,气缸、气阀容易积碳。排气温度太高,不但使机器过热,而且会引起积碳燃烧。空气压缩机的排气温度应控制在160℃以下,经后冷却器冷却后的压缩空气温度应在40℃以下。

 (三)选择润滑油粘度要适宜

  为了控制积碳的生成速度,应选用基础油好,残碳值小;适宜粘度的润滑油。

  按压缩机排气压力范围,并考虑到最终压缩温度,其气缸内部润滑油的粘度推荐如下:

  排气压力为7×105Pa12级压缩机,40℃运动粘度为6075mm2/s100℃时为79mm2/s);

  排气压力为(750)×105Pa23级压缩机,40运动粘度为9011mm2/s100℃时为1012mm2/s);

  排气压力为(50200)×105Pa35级压缩机,或排气压力大于200×105Pa的多级压缩机,40℃运动粘度为135165mm2/s100℃时为1416mm2/s)。

  试验表明,在保证压缩机密封和润滑的前提下,降低润滑油的粘度,可减少积碳倾向,又对降低压缩机功能消耗有利。

 (四)要及时检修

  加强设备维护,及时清洗压缩机系统(包括管道、缓冲器、冷却器)内的积碳。应勤清洗空气过滤器提高空气吸入过滤器除尘效果能减少灰尘的带入量及时清除系统中的积碳减少燃烧源。

  吸排气阀故障、气缸活塞环密封不好故障等将造成漏气,漏气既造成其附近产生局部高温,又将使空气循环压缩,使空压机的排气温度增高,从而促使积碳的形成。根据排气压力和温度变化可判别泄漏状况。为避免事故,应及时检修吸排气阀、活塞环、检查漏气部位,消除故障。

  空压机要减少积碳还应做到定期检修。一般要做如下内容:每月检查清洗一次气阀;每半年检查清洗一次冷却器;每年清洗一次管道、储气罐内的积碳、油污等。

最后,空压机的日常运转与维护要有规范记录,以便发现隐患时,及时处理,也为事故分析提供依据(摘自网络  作者:王梓荣,段吉林,秦  馗,石庆永)

 

 

 

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