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78%成分是氮气,空气经过压缩后为何会爆炸?

2018-12-14 16:58:04          
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空压机爆炸的报道时有发生,已经引起了人们的高度关注,然而引起空气压缩机爆炸的原因仍令很多人

感到困惑。大家都认为空气是一种安全的气体,因为空气组分中78%是氮气,氮气是不能燃烧的,22%才

是氧气和其它气体。我们生活在空气中,感到空气是那么亲切、安全,时刻不能缺少,然而空气经过压

缩提高压力,怎么就能发生爆炸燃烧了呢?


润滑油是造成空压机爆炸的重要原因

众所周知,燃烧与爆炸的必要条件是:燃烧物、氧化剂(助燃剂)及燃烧源,三个条件中缺少任何一个,

都不会发生燃烧或爆炸。


导致空压机燃烧或爆炸的燃烧物是润滑油。早期的空压机活塞环、支承环为铸铁或铜合金制造,这样材

质的压缩机都需要往气缸中注入润滑油,目的是降低磨擦系数,减少磨擦功耗,降低气体的温升。气缸

注润滑油的空压机,注入气缸的润滑油大部分由活塞以油膜的形式沿气缸镜面分布,微小部分的润滑油

通过活塞杆的填料函被导走。绝大部分的润滑油都会随压缩空气流带入排气管线(包括缓冲器、冷却器,

液气分离器等辅机设备)。


近期的空气压缩机活塞环、支承环、填料环均采用聚四氟乙烯配方塑料自润滑材料制造,不需要往气缸

内注入润滑油(通常称为无油润滑压缩机)。但即使是气缸不注油的空压机,当填料部件工作欠佳,尤

其是一级气缸填料部件,机身内的润滑油将通过填料函进入气缸,其数量将比注油器的注油量更多的可

怕。


排气管线内,在气体的流动和脉动的作用下(活塞式压缩机吸排气是间断的,故气流是脉动的)润滑油

继续向前运动。油层越厚,粘性越小,越容易流动,油膜被气流撕破,掉落的油滴被空气流带走,向管

线的远方移动,这种情况多在有急剧收缩的锐边处发生。管线内的铁锈和积碳的存在能够吸收润滑油,

可以很大程度延缓润滑油的移动过程,但对油层的加厚和积碳的加剧起了促进作用,增大了爆炸燃烧的

可能性。


大量的润滑油进入气缸,再进入管路,使冷却器的换热效果降低,液气分离器的工作负荷增加,操作工

人师傅如果不能及时打开排污阀门,排放油水混合物,管路系统中润滑油的含量可想而知。二级气缸进

入含有大量气态,液态的润滑油,使z*终排气中含有大量润滑油。


润滑油进入冷却器,致使冷却器的换热效率降低,换热效率的降低引起排气温度提高,而随着温度的增

加,又使空气中润滑油的浓度增加,因为随着温度的增加,润滑油蒸汽压力很快增加。文献记载:当气

体的压力为6kg/cm?,温度由40℃提高到80℃,压缩机油的蒸汽压力增加40~100倍;温度由80℃升到

160℃,压缩机油的蒸汽压力增加到250~500倍;当温度达到180℃以上时,润滑油的蒸汽压力显然将与

爆炸极限相应。二级压缩的空气压缩机(通常空压机站的空气压力多为8kg/cm?,即为二级压缩的机型)。


夏季时,排气温度大约在160℃,没有温度自动控制装置的空气压缩机,或者温度自动控制装置失灵,一

旦发生冷却水压力下降,甚至停水事故,此时排气温度将会迅速上升,很快就会超过200℃,达到润滑油

爆炸极限。


由于压缩空气使用量的波动性,空气压缩机经常采用空转(压开吸气阀阀片)或旁通管路进行排气量的

调节,而此时注油器仍在正常工作供油,因此压缩空气中润滑油的浓度急剧增加。依据文献②数据,压

缩机空转润滑油的浓度增加300-1000倍,这就是压缩机的爆炸燃烧事故多数发生在机器转入空转或满负

荷运转后突然刹车时的原因。


空气中氧气的含量体积百分比达到20%以上,这就为润滑油积碳沉淀物的燃烧爆炸提供了充分的氧化剂。

由于氧气的存在,润滑油会发生氧化反应,氧气在烃中比在水中更容易溶解,很容易被油吸收。随着温

度的升高,氧气的溶解量逐渐增加,润滑油的氧化强度与氧气的浓度成正比,同时润滑油的氧化速度也

与温度有关。温度约达到60℃,有积碳沉淀物的润滑油就已经有明显的氧化;当温度为100-150℃时,

氧化速度急剧增加,氧化反应是放热的,本身又成为温度升高的因素,自燃是z*危险的氧化过程。润滑

油与中性焦油的存在,沉淀物较高的多孔性,这些都加强了氧化过程。


压缩机运转时,润滑油的氧化过程越深入,则此油积碳物的存在越危险。较新的润滑油是深度氧化物形

成的根源,同时又是防止沉淀物自燃的保护物,润滑油的深度氧化物是z*危险的,除去碳化物中的油焦

质后,在非燃烧的混合物中,实际上大约50℃左右就要发生自燃。在大气压下,引起沉淀物自燃不可逆

过程的温度区开始于250℃~285℃,在压缩空气系统中的压力升高,则上述的区域向更低的温度侧移动,

出现自燃的可能性增加,即产生燃烧爆炸的危险性增大。


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