摘要：綜合分析了氣體壓縮輸送設(shè)備火災(zāi)爆炸事故的原因和機(jī)理，提出了氣體壓縮輸送設(shè)備的防火防爆技術(shù)措施，具有一定的實(shí)用意義。
氣體壓縮輸送設(shè)備及工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，交通運(yùn)輸，國防，科學(xué)技術(shù)及家庭生活等各個(gè)領(lǐng)域的通用機(jī)械，特別是隨著我國經(jīng)濟(jì)改革的進(jìn)一步發(fā)展，氣體壓縮輸送設(shè)備的應(yīng)用量不斷擴(kuò)大，在給國民經(jīng)濟(jì)帶來巨大利益的同時(shí)，由壓縮輸送設(shè)備引發(fā)的事故也頻頻發(fā)生，不但嚴(yán)重影響安全穩(wěn)定生產(chǎn)，造成極為嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失，而且不造成了大量的人員的傷亡和建筑物的毀壞。因此，氣體壓縮輸送設(shè)備的防火防爆問題不容忽視，保證其防火安全十分重要。
1 氣體壓縮輸送設(shè)備
生產(chǎn)中應(yīng)用氣體壓縮輸送設(shè)備，不僅為輸送氣體，有時(shí)還創(chuàng)造必要的反應(yīng)和操作條件，如高壓、真空、氣動(dòng)控制等。按照工作原理和結(jié)構(gòu)，氣體壓縮輸送設(shè)備可分為往復(fù)式、離心式、旋轉(zhuǎn)式和噴射式。
往復(fù)式壓縮機(jī)主要由氣缸、活塞、吸入閥和排出閥組成，常用電動(dòng)機(jī)經(jīng)曲軸連桿機(jī)構(gòu)傳動(dòng)。因氣體壓縮時(shí)溫度升高，氣缸壁設(shè)有水冷卻夾套或氣冷翅片；因活塞與氣缸直接摩擦移動(dòng)，氣缸上裝有多個(gè)活塞環(huán)，高壓壓縮機(jī)并需要用齒輪泵強(qiáng)制注油； 因油霧污染氣體和氣體壓縮時(shí)原含水的析出，排出氣要經(jīng)過油水分離器。要求輸出壓強(qiáng)高時(shí)，常用多級(jí)壓縮，這時(shí)要附加中間冷卻和中間油水分離器。往復(fù)式真空泵的構(gòu)造和工作原理與往復(fù)壓縮機(jī)相似，不過目的是為了降低入口處氣體的壓強(qiáng)，以得到盡可能高的真空度。
離心式通風(fēng)機(jī)是由輪轂、后盤、葉輪和環(huán)形前蓋構(gòu)成，外殼為蝸形，由快速旋轉(zhuǎn)和葉輪作用于氣體，提高壓強(qiáng)而排出。根據(jù)其產(chǎn)生的風(fēng)壓不同，離心式風(fēng)機(jī)可分為低、中、高壓3類，低、中壓離心式風(fēng)機(jī)主要用于車間通風(fēng)換氣，高壓離心式風(fēng)機(jī)則主要用在氣體輸送上。離心式鼓風(fēng)機(jī)也稱為渦輪鼓風(fēng)機(jī)或透平鼓風(fēng)機(jī)，工作原理與通風(fēng)機(jī)相似，常用多級(jí)結(jié)構(gòu)。離心式壓縮機(jī)也稱為透平壓縮機(jī)，構(gòu)造與離心鼓風(fēng)機(jī)相似，但級(jí)數(shù)更多，有時(shí)在10級(jí)以上，轉(zhuǎn)速則達(dá)3500～6000r/min或更高，能產(chǎn)生高的出口壓強(qiáng)。因壓縮過程接近絕熱壓縮，氣體溫度顯著升高，需分段引出氣體加以中間冷卻。與往復(fù)壓縮機(jī)相比，離心壓縮機(jī)體積小、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、送氣量大而均勻，壓縮時(shí)沒有機(jī)油污染氣體，因而在工業(yè)生產(chǎn)中越來越多地代替往復(fù)式壓縮機(jī)。
旋轉(zhuǎn)式風(fēng)機(jī)的特點(diǎn)是機(jī)殼內(nèi)有1個(gè)或2個(gè)轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子直接加壓于氣體而使氣體的靜壓提高。旋轉(zhuǎn)式風(fēng)機(jī)的結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，排氣連續(xù)均勻，常用的旋轉(zhuǎn)式風(fēng)機(jī)有羅茨鼓風(fēng)機(jī)和水環(huán)真空泵。
噴射式真空泵是利用流體流動(dòng)時(shí)能量轉(zhuǎn)換以達(dá)到輸送流體的設(shè)備，其工作液體可以是蒸汽或水，也可以是其他液體。工作蒸汽在高壓下經(jīng)噴嘴以很高的速度吐出，其靜壓能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能而產(chǎn)生真空，將系統(tǒng)中氣體吸入，蒸汽和汽體混合物經(jīng)擴(kuò)大管后速度降低，壓強(qiáng)提高而被排出。
2 火災(zāi)危險(xiǎn)性分析
2.1形成爆炸性混合物
由于設(shè)備老化，年久失修，可燃性氣體通過缸體連接處、吸、排氣閥門、軸封處、設(shè)備和管道的法蘭焊口和密封等缺陷部位泄漏，或設(shè)備外殼局部腐蝕穿孔、疲勞斷裂等，導(dǎo)致高壓可燃性氣體噴出，與空氣形成爆炸性氣體混合物，遇火源引起空間的爆炸或火災(zāi)。
壓縮之前的設(shè)備發(fā)生故障或停電、誤操作等事故，而壓縮輸送設(shè)備未能及時(shí)隨之停車，使其入口處發(fā)生抽負(fù)現(xiàn)象，較輕時(shí)使管道抽癟，嚴(yán)重時(shí)致使空氣從不嚴(yán)密處進(jìn)入設(shè)備系統(tǒng)內(nèi)部，形成爆炸性氣體混合物。此時(shí)如果在操作維護(hù)或檢修過程中操作不當(dāng)或檢修不合理，達(dá)到爆炸極限濃度的混合物遇到火源或經(jīng)壓縮升溫增壓，就會(huì)發(fā)生異常激烈燃燒甚至引起爆炸事故。
2.2設(shè)備內(nèi)溫度超市導(dǎo)致危險(xiǎn)
氣體經(jīng)壓縮后溫度會(huì)迅速提高，如果設(shè)備內(nèi)循環(huán)冷卻水水質(zhì)差，冷卻效果不好，冷卻系統(tǒng)不能有效地運(yùn)行，會(huì)使設(shè)備內(nèi)溫度過高。高溫會(huì)使?jié)櫥驼扯冉档?，推?dòng)潤滑作用，使設(shè)備的運(yùn)行部件摩擦加劇，進(jìn)一步造成設(shè)備內(nèi)溫度超高；同時(shí)，高溫能使某些介質(zhì)發(fā)生聚合、分解以至自燃引起火災(zāi)。例如，壓縮的烴類氣體中含有高碳不飽和烴類化合物，在較高的溫度和壓力下，可能發(fā)生聚合反應(yīng)生成高分子聚合物，這些聚合物附著在氣缸內(nèi)壁或閥片上，不但會(huì)增加摩擦損失，還會(huì)把活塞環(huán)卡死在環(huán)槽里，使其推動(dòng)密封作用引起泄漏，甚至堵塞氣體管道引起超壓爆炸。
2.3產(chǎn)生積炭發(fā)生燃燒爆炸
壓縮機(jī)的氣缸潤滑都采用礦物潤滑油，它是一種可燃物，呈懸浮狀存在的潤滑油分子在高溫高壓條件下被氧化，特別是附著在排氣閥、排氣管道灼熱金屬壁面上的油膜，氧化性更為加劇，生成酸、瀝青及其他化合物。它們與氣體中的粉塵、機(jī)械摩擦產(chǎn)生的金屬微粒結(jié)合在一起，在氣缸蓋、活塞杯槽、氣閥、排氣管道、緩沖罐、油水分離器和儲(chǔ)氣罐中沉積下來形成積炭。氣缸滑潤油選擇不當(dāng)、潤滑油牌號(hào)不符、加油量過多、油質(zhì)不佳、會(huì)使氣體溫度劇升；或系統(tǒng)混入鐵銹等雜質(zhì)，導(dǎo)致發(fā)熱；或過濾器污垢嚴(yán)重，吸入氣體含塵量大均易形成積碳。
積炭是一種易燃物，在高溫過熱、意外機(jī)械撞擊、氣流沖擊電器短路、外部火災(zāi)等引燃條件下都有可能燃燒。積炭燃燒后產(chǎn)生大量的一氧化碳，當(dāng)壓縮機(jī)系統(tǒng)中一氧化碳的含量達(dá)到15％～75％時(shí)就會(huì)發(fā)生爆炸，在爆炸的瞬時(shí)釋放出大量熱量并產(chǎn)生強(qiáng)烈的沖擊波；由于氣體的壓力和溫度急劇升高，燃燒產(chǎn)物的急速膨脹，沖擊波沿壓縮氣體流動(dòng)方向傳播蔓延，引起壓縮機(jī)的爆炸。
2.4氣體帶液造成壓力升高
由于壓縮機(jī)氣缸的余隙很小，而液體是不可壓縮的，大量油水或其他液體進(jìn)入氣缸之內(nèi)，會(huì)造成很高的壓力，呈現(xiàn)“液擊”現(xiàn)象，使設(shè)備損壞，導(dǎo)致可燃?xì)怏w泄漏。
2.5操作失誤引起燃燒爆炸
操作人員因受心理、生理或情緒等方面的影響出現(xiàn)操作錯(cuò)誤，致使設(shè)備系統(tǒng)內(nèi)壓高于所能承受的壓力時(shí)，即會(huì)發(fā)生爆炸。例如，壓機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中發(fā)現(xiàn)氣缸的溫度異常偏高，操作人員錯(cuò)誤地往熾熱的氣缸套內(nèi)注入冷卻水，水在高溫條件下迅速汽化，使氣缸內(nèi)壓力驟升，導(dǎo)致壓縮機(jī)超壓爆炸；壓縮機(jī)發(fā)生事故需緊急停車時(shí)，操作人員因緊張而未能及時(shí)關(guān)閉進(jìn)氣閥，也會(huì)造成供氣設(shè)備的增壓，而最終導(dǎo)致爆炸。另外，堵塞憋壓也是造成設(shè)備超壓物理性爆炸的一個(gè)重要原因，如壓縮機(jī)的出口被人為關(guān)閉或未能及時(shí)清洗的異物堵塞都會(huì)造成憋壓，導(dǎo)致爆炸。
2.6設(shè)備缺陷引起事故
設(shè)備缺陷或故障產(chǎn)生于設(shè)計(jì)、制造、安裝、運(yùn)行和檢修等各個(gè)環(huán)節(jié)，主要是由于材質(zhì)及制造工藝不良所致。例如安全閥被堵塞或損壞而失靈，超壓部位得不到及時(shí)泄放，超壓而致爆炸；壓力或溫度顯示儀表出現(xiàn)讀數(shù)差錯(cuò)或顯示失真時(shí)，誤導(dǎo)工人錯(cuò)誤操作，而引起爆炸；壓縮機(jī)的受壓部件機(jī)械強(qiáng)度本身不符合要求或因水濁、腐蝕性介質(zhì)等腐蝕，使其強(qiáng)度下降，在正常的操作壓力下也可能引起物理性爆炸。帶有葉輪的壓送機(jī)械，葉輪與機(jī)殼之間摩擦碰擊生熱、打火。
3 防火防爆措施
3.1防止爆炸性氣體混合物形成
要確保設(shè)備系統(tǒng)的高度密封性，尤其是導(dǎo)管的入口處連接要嚴(yán)密無漏，經(jīng)常對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行檢查診斷，例如，氣體泄漏檢測、密封壓力差、密封油的噴淋量和工藝過程的壓力、溫度變化等的檢測；對(duì)于一些極易因腐蝕或疲勞斷裂的部件，例如多級(jí)缸之間、氣缸與機(jī)身之間的連接螺紋，要加強(qiáng)管理和隨時(shí)檢查，并予以及時(shí)更換，保持受壓元件的強(qiáng)度和密封性能，杜絕跑、冒、滴、漏現(xiàn)象。
壓縮機(jī)吸入口應(yīng)保持一定余壓，如進(jìn)氣口壓力偏低，壓縮機(jī)應(yīng)減少吸入量或停車，以免造成負(fù)壓吸入空氣形成爆炸性混合物。當(dāng)壓縮機(jī)發(fā)生抽負(fù)事故時(shí)，必須打開入口閥，注入氮?dú)獾榷栊詺怏w，用以置換壓縮機(jī)系統(tǒng)內(nèi)部的空氣，使氧含量小于0.4％，低于混合物爆炸濃度下限即能有效遏制爆炸事故。在正常運(yùn)行中，要加強(qiáng)與前面工序的聯(lián)系，及時(shí)按照進(jìn)氣壓力的變化調(diào)節(jié)壓力，保持進(jìn)氣壓力在允許范圍內(nèi)，嚴(yán)防出現(xiàn)真空狀態(tài)。
3.2防止氣缸內(nèi)溫度過高
采用先進(jìn)的水質(zhì)處理工藝，保證冷卻水的質(zhì)量。壓縮機(jī)在運(yùn)行中不能中斷冷卻水，定期清除污垢，保證冷卻水暢通。要密切注意吸、排氣壓力及溫度、排氣量、冷卻水溫度等各項(xiàng)控制指標(biāo)，石油氣壓縮機(jī)的排氣終了溫度不得超過100℃。冷卻水的終溫一般不超過40℃。如果冷卻水中斷以后，冷卻器溫度已升高，此時(shí)即使冷卻水恢復(fù)，也不能急于通水，以防發(fā)生炸缸事故。
3.3保證設(shè)備潤滑良好
在選擇潤滑油時(shí)，要根據(jù)所壓縮的介質(zhì)氣體性質(zhì)，選擇閃點(diǎn)高、氧化后析碳量少的高級(jí)潤滑脂。就天然氣壓縮機(jī)組而言，烴類氣對(duì)油有很大的親和力，會(huì)溶解油，使油的粘度下降，因而須用粘度適中，油性和粘附性較好的含油脂潤滑油，不僅可改善壓縮機(jī)的比功率，還可減少壓縮機(jī)排氣系統(tǒng)積炭沉淀的形成，減少壓縮機(jī)著火和爆炸事故。
注油量要適當(dāng)，維持正常的油面高度。曲軸箱中的油面高度降低時(shí)，會(huì)引起潤滑不良，油溫升高，導(dǎo)致燒瓦、卡活塞等事故。機(jī)油如果加得過多，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)機(jī)油會(huì)造成積炭。經(jīng)常檢查機(jī)油壓力和溫度，油壓過低，會(huì)潤滑不良，使磨損增加； 油溫過高會(huì)使機(jī)油氧化變質(zhì)，粘度下降，潤滑不可靠，零件磨損增加；油溫過低，粘度增大，摩擦阻力增加。定期進(jìn)行油質(zhì)分析，更換新油，更換濾清器濾芯，清洗油路。
3.4防止氣缸帶液現(xiàn)象
經(jīng)常檢查油水分離器是否正常好用，并及時(shí)排放分離出來的油和水?？刂茲櫥瑒┑牧浚詺飧妆诔浞譂櫥划a(chǎn)生“液擊”現(xiàn)象為準(zhǔn)。避免冷卻水進(jìn)入氣缸。加強(qiáng)與其他工序聯(lián)系，防止氣缸帶液，使設(shè)備系統(tǒng)遭受機(jī)械破壞。
3.5嚴(yán)格執(zhí)行操作規(guī)程
操作規(guī)程的合理編制和嚴(yán)格執(zhí)行，能保證設(shè)備的安全運(yùn)行和使用壽命。設(shè)備運(yùn)行前必須對(duì)整個(gè)系統(tǒng)作全面檢查，確保無異常并與前后工序溝通良好后，方可啟動(dòng)。啟動(dòng)時(shí)要嚴(yán)格按照操作次序進(jìn)行，升壓速度不可過快，各段壓力要平穩(wěn)地按一定壓縮比提高，防止壓縮機(jī)系統(tǒng)因壓力驟升而發(fā)生物理性爆炸。對(duì)外送氣速度和壓力也不可超高或波動(dòng)過大，謹(jǐn)防發(fā)生抽負(fù)現(xiàn)象，形成爆炸性氣體混合物，導(dǎo)致火災(zāi)爆炸。
在壓縮機(jī)運(yùn)行過程中，必須認(rèn)真檢查、巡視和監(jiān)視，密切注視軸承溫度、潤滑油、密封油的壓力、溫度和油質(zhì)狀態(tài)，嚴(yán)格保證潤滑部位的可靠運(yùn)行。同時(shí)嚴(yán)格控制冷卻水進(jìn)出口的溫度和流量，保持溫度、壓力穩(wěn)定在操作范圍內(nèi)，確保冷卻系統(tǒng)的有效工作，以控制壓縮介質(zhì)溫度及設(shè)備轉(zhuǎn)動(dòng)、摩擦部位的溫度，防止因設(shè)備內(nèi)溫度過高而使?jié)櫥突蚰承┪镔|(zhì)分解、著火，導(dǎo)致爆炸事故。
在壓縮機(jī)運(yùn)行過程中，必須認(rèn)真檢查、巡視和監(jiān)視，密切注視軸承溫度、潤滑油、密封油的壓力、溫度和油質(zhì)狀態(tài)，嚴(yán)格保證潤滑部位的可靠運(yùn)行。同時(shí)嚴(yán)格控制冷卻水進(jìn)出口的溫州和流量，保持溫度、壓力穩(wěn)定在操作范圍內(nèi)，確保冷卻系統(tǒng)的有效工作，以控制壓縮介質(zhì)溫度及設(shè)備轉(zhuǎn)動(dòng)、部位的溫度，防止因設(shè)備內(nèi)溫度過高而使?jié)櫥突蚰承┪镔|(zhì)分解、著火，導(dǎo)致爆炸事故。
壓縮機(jī)停車時(shí)要緩慢卸去壓力，高壓與低壓相通的閥門要迅速切斷，如遇緊急停車時(shí)，應(yīng)迅速與前工序聯(lián)絡(luò)，準(zhǔn)確判斷異常并快速切斷，以防止發(fā)生氣體倒流或高壓氣體竄入低壓設(shè)備引起超壓爆炸。采用離心式壓縮機(jī)時(shí)，要在機(jī)組停車后繼續(xù)向密封系統(tǒng)內(nèi)注油，以防止泄漏；如機(jī)組需要作長時(shí)間停車，則應(yīng)在機(jī)內(nèi)氣體卸壓后用氮?dú)廪D(zhuǎn)換之后再用空氣進(jìn)一步轉(zhuǎn)換，然后才能停止注油系統(tǒng)。
3.6配置安全設(shè)施
大、中型壓縮設(shè)備均應(yīng)安裝在獨(dú)立的隔離間內(nèi)，并設(shè)有良好的通風(fēng)設(shè)施和可燃?xì)怏w濃度監(jiān)督報(bào)警裝置，以及自動(dòng)滅火系統(tǒng)工程，如必須與其他廠房或裝置緊鄰，中間應(yīng)以防爆墻隔開；電動(dòng)機(jī)應(yīng)采用不會(huì)產(chǎn)生火花、電弧或危險(xiǎn)溫度，且能承受爆炸壓力而不被損壞的封閉式防爆電機(jī)或正壓通風(fēng)結(jié)構(gòu)形式的電機(jī)，并設(shè)有接地裝置，它的軸穿過墻壁處應(yīng)用密封填料緊密封閉；壓縮設(shè)備也應(yīng)有良好的導(dǎo)出靜電接地裝置。
為了及時(shí)地處置異常和減少人為的操作錯(cuò)誤，保證壓縮機(jī)的安全運(yùn)行，壓縮機(jī)系統(tǒng)應(yīng)設(shè)置氣缸壓力溫度指示儀和自動(dòng)調(diào)節(jié)、自動(dòng)報(bào)警裝置，以及設(shè)有壓力、溫度高于或低于正常值時(shí)能自動(dòng)停車的安全裝置和安全泄壓保護(hù)裝置等，并保證這些設(shè)備裝置的靈敏可靠，使之能真正起到預(yù)警、保護(hù)作用。
設(shè)備的安全運(yùn)行與日常的維護(hù)保養(yǎng)、檢修質(zhì)量密不可分。要做好設(shè)備的日常巡檢工作，及時(shí)安排檢修，不讓設(shè)備帶病運(yùn)行。應(yīng)用儀器儀表對(duì)設(shè)備定期進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測，潤滑油油品的定期化驗(yàn)，電機(jī)的定期診斷，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備的不正常磨損，掌握軸承等部件運(yùn)轉(zhuǎn)情況，避免燒瓦拉缸，滾珠疲勞斷裂等事故的發(fā)生。定期對(duì)壓縮系統(tǒng)作探傷檢查，發(fā)現(xiàn)裂紋、空隙等缺陷和嚴(yán)重腐蝕情況，必須及時(shí)修理。零部件要作好記錄，不超期使用。帶有葉輪的壓送機(jī)械，葉輪和機(jī)殼之間要保持規(guī)定的間隙，防止摩擦碰擊打火引起氣體燃燒或爆炸。
