封士彩1.2　詹昌斌2
(1. 徐州師范大學工學院, 江蘇徐州221011 ; 2. 中國礦業大學機電學院, 江蘇徐州221008)

摘要: 以礦用空壓機為研究對象,對其風包爆炸的原因進行全面分析,采用事故樹方法闡明造成風包爆炸的因素,提出了可行的預防措施,對礦井安全生產具有指導性作用。
關鍵詞: 空壓機; 風包爆炸; 原因分析; 預防措施

1 　前言
　　空壓機是煤礦重要動力設備之一,是一種生產和輸送壓縮空氣的設備,廣泛應用于各種風動機械及風動工具,如采掘工作面的風鎬、風鉆、鑿巖機、鑿巖臺車、風動裝巖機、混凝土噴射機;鑿井使用的氣動抓巖機、環形及傘形吊架;地面使用的鍛釬機、空氣錘等[1 ] 。目前煤礦使用的空壓機主要是活塞式4L —20/ 8 型和5L —40/ 8 型2 種。近年來,礦用空壓機系統時常發生重大事故,如徐州某礦4 號機組曾發生2 級氣缸排氣閥室和2 級活塞爆炸,國內其他礦也曾發生風包爆炸、輸送管道爆炸及設備損壞等事故,造成人員傷亡、停工停產和巨大經濟損失,因而正確識別空壓機的故障,分析原因,提出預防措施是非常必要的。本文僅對其中的風包爆炸問題進行探討。

2 　空壓機風包爆炸事故的原因分析
2.1 　風包缺陷
　　造成空壓機風包爆炸的根本原因是風包內風壓超過風包的強度,目前礦用空壓機風包的風壓額定壓力一般為018 MPa 。若風包局部存在缺陷,如壁厚不均勻、存在氣孔和裂紋、材質差、銹蝕嚴重等,則風包強度已達不到標準的要求。盡管風包仍在額定壓力下工作,可仍然會發生爆炸。如某礦風包上蓋板因焊縫開裂發生爆炸事故。
2.2 　風包超壓
　　風包內氣體額定壓力是由壓力調節器和安全閥來確定的。一旦二者出現故障,如壓力調節器操作失誤或其中的卸荷閥管道等零部件出現故障、安全閥失靈,風包內氣體壓力急劇上升,超過風包的強度極限時,會發生爆炸。如某礦因維修工操作失誤發生過風包爆炸事故。正常調節時,壓力調節器的手柄調節螺套所處的初始位置應使彈簧處于松馳狀態,然后開動空壓機,逐步旋轉手柄調節螺套,使彈簧逐步受到壓縮,這樣可保證不會超壓;但該礦維修工操作相反,調節時手柄調節螺套的位置使彈簧處于壓縮極限狀態,開動空壓機后,處于全負荷狀態,氣體壓力上升沒有限制,正好安全閥失靈,空壓機供氣系統對外不供氣,風包內氣體壓力達1 MPa 以上,造成風包爆炸。
2.3 　積碳燃燒
　　空壓機的氣缸、排氣管、閥門、風包及分離器中,伴隨氣流的潤滑油,在熱空氣的作用下氧化而形成碳化物,這種碳化物逐漸增多就成為積碳,具有易燃性。它是由固態氧、碳氫化合物及雜質(金屬粉末、碳渣、灰塵) 組成。積碳的形成除了與油的質量不好、不定期清掃有關外,還與給油量過度、空氣過濾不好和高溫有關。積碳因機械沖擊、硬顆粒在運動時發生的沖擊以及靜電放電等產生的火花,或者因環境溫度及空壓二級排氣溫度過高,或者因其達到自燃溫度,就會著火燃燒,使積碳中的油迅速汽化。當產生可燃性碳化氫為主體的氣體在空氣中達到爆炸的濃度時,就使燃燒轉為爆炸。
2.4 　管道振動
　　往復式空壓機由于吸排氣過程具有間歇性,因而管道內氣流的壓力和速度呈脈動性和周期性變化。氣體壓力時大時小,氣流速度時快時慢。這種脈動氣流通過管道的彎管、閥門或異徑管時,會產生激振力,引起管路振動,脈動壓力的不均勻越大,振動也越大;輸送壓氣的壓力越高、管道的直徑越大,激振力也越大;脈動氣流引起管路振動的頻率,若與管道結構系統的固有頻率相同或相近,會引起管道機械共振,即使激振力不大,管道的振動也會特別強烈。管道振動的結果是使管與管之間或管與風包、閥門、冷卻器之間的連續部位經受反復的振動應力,使管路系統受到附加疲勞載荷,會出現松動以致開裂現象,輕則產生泄露,重則引起爆炸,釀成事故。

3 　空壓機風包爆炸事故的預防措施
3.1 　風包缺陷的預防措施
　　(1) 風包是壓力容器之一,風包的大修、改造,必須按照壓力容器的管理辦法,只有持有許可證的單位才能進行,如無損檢測的合格證書等。
　　(2) 風包按照質量標準進行檢驗并定期清掃,不合標準堅決不用。新安裝或修理后的風包必須進行有關的試驗。
3.2 　風包超壓的預防措施
　　(1) 設立風包內壓力保護裝置,一旦超壓能自動斷電。
　　(2) 壓力調節器、安全閥必須經過正確調整,保證靈活好使。
　　(3) 操作維護人員必須按煤礦安全規程的有關規定對空壓機進行操作和維修。
3.3 　積碳的預防措施
　　(1) 合理選用潤滑油,使其閃點、粘度、抗氧化能力及熱氧化安定性等性能符合規定。
　　(2) 潤滑油用量要適當[3] 。不要過量或不足,應遵照設備技術文件執行。
　　(3) 控制排氣溫度。一是加強空壓機冷卻系統的改造和管理,如合理選用冷卻水水質、及時清除冷卻器管壁和缸冷卻水腔壁的結垢,控制冷卻水的進出溫差不大于10 ℃;二是降低管路、風包內的氣體溫度并加強檢修、改造配件質量,以保證氣閥不漏氣,防止氣體循環壓縮,如配備后冷卻器;三是設立各級排氣溫度、風包內氣體溫度、冷卻水溫度的保護裝置,在超溫時能自動切斷電源。
　　(4) 加強吸氣過濾,防止吸入的氣體灰塵多和含有硬顆粒;加強風包的清掃,防止積碳層過厚;提高填料箱的密封作用,防止曲軸箱內的機油漏入氣缸,進入風包。
3.4 　管道振動的預防措施
　　(1) 設計或安裝壓氣管道時,應盡量減少彎管、閥門和異徑管,或者使彎曲的曲率半徑大一些,以減小激振力。
　　(2) 對已經產生振動的管道,要在距空氣壓縮機很近的地方加設緩沖器,風包雖然也是一種緩沖器。如容積不夠大,則應適當加大,以減少脈動壓力的不均勻度。
　　(3) 如發現某段管道振動強烈,可用木楔卡緊管道的某一處;或增加某處管道的支承;或用重物壓緊管道的某一處。若發現振動明顯減小或消除,則說明原來的管道振動是管道的機械共振;若無效果則說明不是。
　　(4) 為了防止每個風包的剩余脈動量在集管器內有時會因曲拐相位相同而加強,可把集管器容積擴大。

4 　結語

　　(1) 空壓機風包發生爆炸事故主要由于風包本身的缺陷。風包內空氣超壓、積碳燃燒和管道振動造成。
　　(2) 空壓機風包發生爆炸事故應引起煤礦管理人員和工程技術人員的重視。根據自身空壓機系統的情況正確分析造成風包爆炸的因素。采取相應的措施可避免此類事故的發生,確保礦井安全生產的順利進行。
　　(3) 事故樹分析方法能直觀形象地說明風包爆炸的頂事故、一級事故、二級事故、三級事故的相互關系及含有的因素。

參考文獻:

[1 ]牛樹仁,陳滋平1 煤礦固定機械及運輸設備[M]1 北京:煤炭工業出版社,19881
[2 ]李紀,池鳳山1 煤礦機電事故分析與預防[M]1 北京:煤炭工業出版社,19911
[3 ]常喜華,唐文東,劉東1 空壓機運行狀況淺析[J ] 1 煤礦機械,2001 , (8) :25 - 271

　　作者簡介: 封士彩(1966 - ) ,江蘇徐州人,副教授,中國礦業大學博士研究生,從事工程機械和礦山機械的振動、設計、故障診斷及磁流體技術的教學和科研工作,參與國家自然科學基金一項,主持橫向項目2 項,發表學術論文40 余篇。

Reason analysis and prevention for the faults of explosion in
air- drum of mine compressors
FENG Shi-cai1、Z　　HAN Chang- bin2
(1. Industrial College of Xuzhou Normal University ,Xuzhou 221011 ,China ;
2.Mechanical & Electronic College of China University of Mining and Technology ,Xuzhou 221008 ,China)

Abstract :Taking compressors in mine as researching object ,the explosion reasons of its air-drum are analyzed complete2　ly. With the help of methods of fault tree ,the factors of explosion in air-durm are explained too. So the feasible preventive　measurements are set forth. This is beneficial for the safe and reliable production in mine.　

Key words :compressors ;air-drum explosion ;reasons analysis ;preventive measurement