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矿用空压机安全运行的技术保障

放大字体  缩小字体 发布日期:2019-11-02  浏览次数:10
核心提示:矿用空压机安全运行的技术保障 1 空压机故障原因分析 1.1 故障类型 1.2 故障原因 1.2.1 空气进入冷却系统 1.2.2 冷却系统结垢 1.2.3 机组系统积碳 2技术措施 2.1 避免空气进入冷却系统 2.2 避免冷却系统结垢 2.3 避免形成积碳 3 循环水阻垢新技术
空压机担负着全矿风动机械的动力供给任务,同时它又是一种能耗较大的设备。但是,在空压机的运行过程中,往往由于冷却换热效果不好,导致空压机实际运行时间较短,机器停车与启动频繁,无法达到高效安全运行的要求。近年来,随着煤矿生产任务的加重以及空压机服务年限的延长,矿用空压机系统时常发生重大事故,如徐州某矿4#机组的Ⅱ级气缸排气室爆炸、恩口煤矿一号井的空压机积碳爆炸事故等,造成人员伤亡及重大经济损失。

1空压机故障原因分析
1.1 故障类型
空压机主要有以下6种故障类型:①排气量不足;②压力不正常;③不能启动;④温度异常;⑤燃烧;⑥爆炸。其中第①、②种情况是由于零件磨损导致空压机各配合间隙的变化而引起的。第③种情况主要是由于空压机的监探装置失灵而引起的。第④种情况主要是冷却系统故障导致的,而温度异常又是引起机组燃烧或爆炸的直接原因。本文将④、⑤、⑥3种情况综合在一起加以讨论。
1.2 故障原因
引起空压机故障的原因很多,既有设计制造上的原因,也有操作维护及管理上的原因。本文将着重讨论引起空压机温度异常、燃烧及爆炸的原因。
1.2.1 空气进入冷却系统
空气进入冷却系统将引起空压机故障。空压机运行时若有空气串入冷却水系统中,将使空压机因冷却不良,温度升高而引发事故。
1.2.2 冷却系统结垢
冷却系统结垢将引起空压机故障。冷却系统结垢,使冷却水不能有效地与气缸进行换热,导致气缸运行温度升高而引发事故。据调查,造成空压机冷却效果不好的原因,一是冷却系统的结构存在着设计制造的缺陷;二是冷却水质差,硬度高且存在杂质,结垢也是不可避免的。这是因为冷却水在运行过程中,当经过换热器时,重碳酸根分解失去平衡,碳酸根离子浓度增加,与水中钙离子生成碳酸钙。碳酸钙的溶解度较低,在设备受热表面沉积,形成水垢。
由于水垢的导热系数低(仅为钢材的4.0%左右),随着垢层的加厚,冷却水管的水流通径变小,造成空压机冷却水与气缸体之间的换热效率大大降低,进一步加剧垢层的生长。而空压机冷却系统一旦结垢将会严重威胁空压机的安全运行,首先,垢层部分会形成贫氧区,与冷却系统中的金属产生氧浓差电池效应,引起电化学腐蚀;其次,垢层内部造成嫌氧条件,给硫酸盐还原菌创造生长条件,并加速垢层的生长。垢层的存在将影响空压机效率的提高,造成空压机能耗的增加,严重者将引起空压机着火、爆炸等重大事故,造成人员伤亡及巨大经济损失。
1.2.3 机组系统积碳
机组系统积碳将引起空压机故障。维护良好的空压机组只形成轻微的积碳,轻微的积碳不会影响空压机的安全运行。严重的积碳在高温状态下将导致空压机着火燃烧,甚至爆炸。积碳的形成主要与以下因素有关。
(1) 机房附近空气不干净和空气过滤不合要求。
(2) 润滑油供给过量,则易形成积碳。
(3) 供气系统存在铁或氧化微粒等催化剂,加速润滑油的氧化。
(4)空压机在运行过程的污水污油沉积在后冷却器及储气罐底部,由于排放不及时,污油被高温蒸发,也易形成积碳。
(5)冷却系统工作异常,冷却管路、冷却器、气缸水套结垢,冷却效果差,气缸高温运行引起润滑油温度过高,形成积碳。

由于积碳本身易燃易爆,此时若遇积碳自燃、油质劣化闪点降低、排气管或气缸等温度过高或受机械冲击、气流中硬质颗粒在运动中冲击或碰撞、静电积聚等,都能引起空压机系统燃烧,甚至爆炸。

2技术措施
2.1 避免空气进入冷却系统
为防止空气进入冷却系统,可在冷却水出水管线上安装一个水表外壳,一时有空气串入冷却系统,就会在表镜上看到许多气泡,以便及时发现故障,并进行处理。
2.2 避免冷却系统结垢
冷却系统结垢是空压机故障的主要原因。为了解决这一问题,国内外许多学者进行了大量的研究工作,并取得了一些研究成果。主要是:
(1) 加强冷却水水质的监控与管理。
(2) 对冷却器进行技术改造。有资料表明,使用铜制波纹管冷却器芯效果较好。
(3)定期对空压机进行清洗(除垢)。除垢方法包括是机械除垢法和化学除垢法很难清除干净,所以,目前的除垢方法以化学垢法为主。
2.3 避免形成积碳
为了防止积碳的形成,应采取以下技术措施:
(1) 改善机房周围的环境,保持空气干净清洁。
(2) 正确选择润滑油,建立完善的空压机润滑油采购、检验、验收管理制度。
(3)确定合适的供油量。若润滑油供给过多,则易形成积碳。然而也不能过少,供油过少,气缸润滑不良,容易烧缸。
(4)建立经检查和清除积碳为主的小修周期。
(5)将普通塑料排气管改为抗静电塑料管,并对管路可靠接地,以防止产生静电。
(6)加强管理,严格工艺纪律,加强操作维修人员的技术培训和思想教育。

3 循环水阻垢新技术
化学除垢在工业上的应用已比较普遍。尽管国内化学除垢的研究和应用起步较晚,但是经过有关单位不懈努力,已取得了许多研究成果,并且对一般工业循环水系统中的一些常用换热设备,开发了相应的化学除垢工艺。然而,对于煤矿空压机系统的除垢,目前尚缺乏成熟的工艺。其原因主要是:①煤矿空压机循环水系统与一般工业循环水系统相比有其特殊性,其结垢机理较为复杂;②空压机气缸水套的结构比较复杂,一般的化学除垢工艺不能彻底清除其中的水垢。

我国煤矿空压机系统采用敞开式循环水冷却方式,冷却系统主要由换热器(包括中间冷却器、气缸水套、润滑油冷却器)、管道和冷却塔等组成。敞开式冷却系统使得空气中的氧大量进入循环水中而成为水果中的溶解氧,进而引起金属基体锈蚀;系统中还有滋生的微生物以及生产过程中物料的泄漏所形成的污垢等。另外,空压机周围的工作环境恶劣,如空气中大量漂浮的煤粉等也是引起空压机故障的原因。

研究表明,煤矿穿梭压机循环水成垢的主要成分为碳酸钙。它们首先在金属表面上的一些地方沉积出原始的结晶坯,并逐渐经结晶坯为核心,增长、发展、慢慢变为颗粒并互相聚附形成结晶的絮团。这种固相沉积物的生成速度与水温和水中含盐浓度以及水中其它杂质的存在有关。空压机冷却塔中滋生的藻类能分泌出粘液,其粘液能积聚无机物,如泥沙,Fe2O3、SiO2等固体形成软泥或生物粘泥。空压机工作过程中,并与空气冷凝水一道由排气阀排出,形成含油废水中的油份有三种存在形式,即浮油、分散油和乳化油,其中以浮油为主。在以上诸因素的共同作用下,空压机冷却系统极易结垢。

空压循环水阻垢是彻底解决空压机结垢的有效措施,其方法就是针对煤矿空压机循环水系统的特点,确定合适的化学药剂,以阻止或减缓气缸水套和冷却器芯子等部件生成水垢。为了有效地控制污垢沉积,应按以下原则确定阻垢剂配方:控制循环水中颗粒与颗粒之间的吸引力;控制循环水中颗粒沉降速度,阻止污垢晶体的增长;控制污垢晶体发育,使污垢晶体发生畸变,从而达到抑制结垢的目的。

一般工业循环水中使用的阻垢剂种类很多,作用机理各不相同。常用的阻垢剂有:①有机膦酸盐,如ATMP、HEDP、EDTMP、PBTCA等;②磷酸酯,如多元醇磷酸酯;③聚磷酸盐,如三聚磷酸钠、六偏磷酸钠;④聚羧酸,如聚烯酸、聚马来酸、丙烯酸等;⑤木质素磺酸钠等。

经过作者多次试验,确定了以聚丙烯酸钠为主要成分,以乙二胺四甲叉膦酸及缓蚀剂为辅剂的药剂配方。经实验室模拟试验及工业性试验,取得了良好的效果。挂片监测显示,其腐蚀率由原来的0.1539mm/a降至0.1160mm/a,低于工业循环水腐蚀控制指标(0.125mm/a)。实测显示,污垢热阻值控制指标(2.578cm2·K/M)。

诚然,国内外学者对于一般工业循环水阻垢的研究较为深入,并开发了多种阻垢剂供用户选择。但是,这些阻垢剂均不适用于煤矿空压机系统。目前,尚未见到有关煤矿空压机循环水阻垢的研究报道。

空压机循环水阻垢技术从循环水阻垢的角度研究解决空压机结垢问题,改变了以往空压机系统结垢——清洗(除垢)——再结垢——再清洗(除垢)的被动局面。

煤炭是我国的主要能源,尽管煤矿空压机事故所造成的损失没有瓦斯爆炸所造成的损失大。但其对煤矿安全生产的影响却是显而易见的,因此应给予足够的重视。
 
关键词: 空压机
 
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