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矿用空压机风包爆炸事故的原因分析及预防空压机是煤矿重要动力设备之一,是一种生产和输送压缩空气的设备,广泛应用于各种风动机械及风动工具,如采掘工作面的风镐、风钻、凿岩机、凿岩台车、风动装岩机、混凝土喷射机;凿井使用的气动抓岩机、环形及伞形吊架;地面使用的锻钎机、空气锤等。目前煤矿使用的空压机主要是活塞式4L—20/8型和5L—40/8型2种。近年来,矿用空压机系统时常发生重大事故,如徐州某矿4号机组曾发生2级气缸排气阀室和2级活塞爆炸,国内其他矿也曾发生风包爆炸、输送管道爆炸及设备损坏等事故,造成人员伤亡、停工停产和巨大经济损失,因而正确识别空压机的故障,分析原因,提出预防措施是非常必要的。本文仅对其中的风包爆炸问题进行探讨。1、空压机风包爆炸事故的原因分析1.1风包缺陷造成空压机风包爆炸的根本原因是风包内风压超过风包的强度,目前矿用空压机风包的风压额定压力一般为0、8MPa。若风包局部存在缺陷,如壁厚不均匀、存在气孔和裂纹、材质差、锈蚀严重等,则风包强度已达不到标准的要求。尽管风包仍在额定压力下工作,可仍然会发生爆炸。如某矿风包上盖板因焊缝开裂发生爆炸事故。1.2风包超压风包内气体额定压力是由压力调节器和安全阀来确定的。一旦二者出现故障,如压力调节器操作失误或其中的卸荷阀管道等零部件出现故障、安全阀失灵,风包内气体压力急剧上升,超过风包的强度极限时,会发生爆炸。如某矿因维修工操作失误发生过风包爆炸事故。正常调节时,压力调节器的手柄调节螺套所处的初始位置应使弹簧处于松驰状态,然后开动空压机,逐步旋转手柄调节螺套,使弹簧逐步受到压缩,这样可保证不会超压;但该矿维修工操作相反,调节时手柄调节螺套的位置使弹簧处于压缩极限状态,开动空压机后,处于全负荷状态,气体压力上升没有限制,正好安全阀失灵,空压机供气系统对外不供气,风包内气体压力达1MPa以上,造成风包爆炸。1.3积碳燃烧空压机的气缸、排气管、阀门、风包及分离器中,伴随气流的润滑油,在热空气的作用下氧化而形成碳化物,这种碳化物逐渐增多就成为积碳,具有易燃性。它是由固态氧、碳氢化合物及杂质(金属粉末、碳渣、灰尘)组成。积碳的形成除了与油的质量不好、不定期清扫有关外,还与给油量过度、空气过滤不好和高温有关。积碳因机械冲击、硬颗粒在运动时发生的冲击以及静电放电等产生的火花,或者因环境温度及空压二级排气温度过高,或者因其达到自燃温度,就会着火燃烧,使积碳中的油迅速汽化。当产生可燃性碳化氢为主体的气体在空气中达到爆炸的浓度时,就使燃烧转为爆炸。1.4管道振动往复式空压机由于吸排气过程具有间歇性,因而管道内气流的压力和速度呈脉动性和周期性变化。气体压力时大时小,气流速度时快时慢。这种脉动气流通过管道的弯管、阀门或异径管时,会产生激振力,引起管路振动,脉动压力的不均匀越大,振动也越大;输送压气的压力越高、管道的直径越大,激振力也越大;脉动气流引起管路振动的频率,若与管道结构系统的固有频率相同或相近,会引起管道机械共振,即使激振力不大,管道的振动也会特别强烈。管道振动的结果是使管与管之间或管与风包、阀门、冷却器之间的连续部位经受反复的振动应力,使管路系统受到附加疲劳载荷,会出现松动以致开裂现象,轻则产生泄露,重则引起爆炸,酿成事故。2、空压机风包爆炸事故的预防措施2.1风包缺陷的预防措施(1)风包是压力容器之一,风包的大修、改造,必须按照压力容器的管理办法,只有持有许可证的单位才能进行,如无损检测的合格证书等。(2)风包按照质量标准进行检验并定期清扫,不合标准坚决不用。新安装或修理后的风包必须进行有关的试验。2.2风包超压的预防措施(1)设立风包内压力保护装置,一旦超压能自动断电。(2)压力调节器、安全阀必须经过正确调整,保证灵活好使。(3)操作维护人员必须按安全知识规程的有关规定对空压机进行操作和维修。2.3积碳的预防措施(1)合理选用润滑油,使其闪点、粘度、抗氧化能力及热氧化安定性等性能符合规定。(2)润滑油用量要适当。不要过量或不足,应遵照设备技术文件执行。(3)控制排气温度。一是加强空压机冷却系统的改造和管理,如合理选用冷却水水质、及时清除冷却器管壁和缸冷却水腔壁的结垢,控制冷却水的进出温差不大于10℃;二是降低管路、风包内的气体温度并加强检修、改造配件质量,以保证气阀不漏气,防止气体循环压缩,如配备后冷却器;三是设立各级排气温度、风包内气体温度、冷却水温度的保护装置,在超温时能自动切断电源。(4)加强吸气过滤,防止吸入的气体灰尘多和含有硬颗粒;加强风包的清扫,防止积碳层过厚;提高填料箱的密封作用,防止曲轴箱内的机油漏入气缸,进入风包。2.4管道振动的预防措施(1)设计或安装压气管道时,应尽量减少弯管、阀门和异径管,或者使弯曲的曲率半径大一些,以减小激振力。(2)对已经产生振动的管道,要在距空气压缩机很近的地方加设缓冲器,风包虽然也是一种缓冲器。如容积不够大,则应适当加大,以减少脉动压力的不均匀度。(3)如发现某段管道振动强烈,可用木楔卡紧管道的某一处;或增加某处管道的支承;或用重物压紧管道的某一处。若发现振动明显减小或消除,则说明原来的管道振动是管道的机械共振;若无效果则说明不是。(4)为了防止每个风包的剩余脉动量在集管器内有时会因曲拐相位相同而加强,可把集管器容积扩大。3、结语(1)空压机风包发生爆炸事故主要由于风包本身的缺陷。风包内空气超压、积碳燃烧和管道振动造成。(2)空压机风包发生爆炸事故应引起煤矿管理人员和工程技术人员的重视。根据自身空压机系统的情况正确分析造成风包爆炸的因素。采取相应的措施可避免此类事故的发生,确保矿井安全生产的顺利进行。(3)事故树分析方法能直观形象地说明风包爆炸的顶事故、一级事故、二级事故、三级事故的相互关系及含有的因素。附：《煤矿安全规程》第四百三十七条空气压缩机必须有压力表和安全阀。压力表必须定期校准。安全阀和压力调节器必须动作可靠，安全阀动作压力不得超过额定压力的1.1倍。使用润滑油的空气压缩机必须装设断油保护装置或断油信号显示装置。冷水式空气压缩机必须装设断水保护装置货断水信号显示装置。第四百三十八条空气压缩机的排气温度单缸不得超过190℃、双缸不得超过160℃。必须装设温度保护装置，在超温时能自动切断电源。空气压缩机吸气口必须设置过滤装置。空气压缩机必须使用闪点不低于215℃压缩机油。第四百三十九条空气压缩机的风包，在地面应设在室外阴凉处，在井下应设在空气流畅的地方。在井下，固定式压缩机和风包应分别设置在2个硐室内。风包内的温度应保持在120℃以下，并装有超温保护装置，在超温时可自动切断电源和报警。风包上必须装有动作可靠的安全阀和放水阀，并有检查孔。必须定期清楚风包内的油垢。新安装或检修后的风包，应用1.5倍空气压缩机工作压力做水压试验。在风包出口管路上必须加装释压阀，释压阀的口径不得小于出风管路的直径，释放压力应为空气压缩机最高工作压力的1.25~1.4倍。风包超温保护装置主要功能：1.数显六路温度测定值：本装置可数显风包温度、一级缸温度、二级缸温度、润滑油温度、冷却水进、出水温度。测试精度为±1℃；2.超温报警功能：当测定的风包温度、一级缸温度、二级缸温度、润滑油油温、冷却水进、出水温度分别超过120℃、160℃、160℃、70℃、35℃、40℃时其对应指示灯闪烁，声光报警；3.超风压保护功能：当风压超过设定值，本装置对应指示灯闪烁，声光报警；4.超油压保护功能：当润滑油超过设定值，本装置对应指示灯闪烁，声光报警；5.超水压保护功能：当水压超过设定值时，本装置对应指示灯闪烁，声光报警；6.油压过低保护功能：当润滑油低于设定值，本装置对应指示灯闪烁，声光报警；7.断水保护功能：本装置共设三路断水信号，当有开机信号25秒后，其中任一路断水，其对应指示灯闪烁，声光报警；8.喇叭报警后输出继电器吸合，控制压风机停机。释压阀：一、用途：本释压阀用于地面或井下空气压缩机系统中，安装在风包出口管路正对气流方向上，起保护作用。二、适用条件：各种规格的释压阀适用条件如下：表1型号工作压力(Pa)环境温度(℃)适用的空压机容量(m3/min)QHF-1007.34×105(8kgf/cm2)-40～12010QHF-12520QHF-15040QHF-20060QHF-250100三、规格与性能：表2型号工作压力(Pa)释放压力(Pa)重量(kg)气缸内径(mm)外形尺寸(mm)连接法兰螺孔分布圆直径(mm)QHF-1007.34×105(8kgf/cm2)(1.03±0.049)(10.5±kgf/cm2)16100Φ215×364Φ180QHF-12521125Φ245×404Φ210QHF-15032150Φ280×454Φ240QHF-20046200Φ335×546Φ295QHF-25065205Φ390×613Φ350四、工作原理与结构特征：本释压阀由气缸、活塞组、保护罩等组成(见图1)、气缸由左、右端法兰及气缸体组焊而成，为了增强耐磨性和防止生锈，气缸内表面镀硬铬。活塞组由卡板、O形密封圈、活塞、拉杆等组成。活塞组可从气缸左端装入并通过卡板对将活塞组固定在气缸中，使之无法左右移动。保护罩由法兰、简体和挡盖组焊而成。当释压阀释压时，保护罩可防止活塞飞出伤人，起安全保护作用。本释压阀安装在空气压缩机系统中风包出口管路正对气流方向上，当空压机系统正常工作时，系统压力≤0.785(8kgf/cm2)，在此压力下，释对阀正常工作。当风包因积炭着火或由于某种原因导致风包内气体爆炸时，系统内温度、压力1、卡板5、O形密封圈2、拉杆6、保护罩3、气缺7、缓冲垫4、活塞瞬时升高，当压力升至1.03±0.049MPa(10.5±0.5kgf/cm2)时，拉杆立即拉断，释压阀释压，风包及管路中的高温、高压气体得以迅速释放，从而起到缓解爆炸冲击波，避免产生事故的作用。五、安装与调试：5.1释压阀安装于空气压缩机中风包出口管路正对气流向上，距风包出口弯头部位30-40cm。释压阀与风包间需安装闸阀。空气压缩机风包水平放置安装时如图2，空气压缩机风包安装如图3.释压阀安装时应注意一下几点：5.1.1释压阀释压方向不要向正对行人，设备及易损物件，防止释压阀释压时造成事故。5.1.2释压阀活塞组在汽缸中的松紧程度应适应，应不漏气。活塞组的轴向拉力应符合表3规定：规格活塞组的轴向拉力（kgf）QHF-100≦255QHF-125QHF-150QHF-2005.1.3安装前检查拉杆，不应有锈蚀，变形现象。5.1.4安装时，O形密封圈涂上防腐油。5.2释压阀调整：5.2.1释压阀安装好以后，应检查汽缸活塞、法兰连接处、管路等，不应有漏气现象。5.2.2释压阀缸体和保护罩应同心，保护罩内孔不应有毛刺、飞边、脏物等，以免影响释压阀正常工作。5.2.3保护罩上的六个长圆排气孔不应堵塞，以保持流通面积大于二倍活塞面积。六、使用与维护：6.1正常工作时，空气压缩机系统压力不应超过7.84×105Pa（8kgf/cm2）6.2经常用检查释硬度阀汽缸、活塞、法兰连接处及管路，不应有漏气现象，各紧固部分不应松动。6.3应固定专人定期进行检查、维护。释压阀正常工作时，每月至少检查一次，检查拉杆延细、锈蚀的情况，检查O形密封圈的弹性及密封情况。原则上每六个月更换一次拉杆，如遇特殊情况，如释压、严重锈蚀或明显延细等。应及时更换。