Самовозгорания масляных отложений в трубопроводах

Дата публикации: 
18.09.2014

воздохопроводы

Наибольшую опасность при эксплуатации воздушных компрессорных установок представляют взрывы и пожары.
В литературе описаны случаи аварий, связанные с воспламенениями масляных отложений и взрывами в воздухопроводах, часто приводящие к несчастным случаям с обслуживающим компрессорные установки персоналом и большим разрушениям.

Так, на одном из заводов произошла серия взрывов в разных местах магистральных нагнетательных воздухопроводов. Взрывной волной были выведены из строя несколько компрессоров производительностью 100 м3/мин и разрушено здание компрессорной станции. На другом заводе произошел взрыв на участке нагнетательного трубопровода между воздухосборником и компрессором В результате взрыва был разрушен блок цилиндра II ступени компрессора производительностью 100 м3/мин, поврежден промежуточный холодильник соседнего компрессора и повреждено перекрытие компрессорной станции.

Крупные взрывы и загорания на компрессорных установках довольно редки, тем не менее в связи с их большой разрушительной силой и наличием несчастных случаев с обслуживающим персоналом предотвращение их является абсолютной необходимостью.

Анализ обстоятельств взрывов в компрессорных установках показал, что в большинстве случаев очагом взрыва является не компрессор, а нагнетательный воздухопровод. Если компрессор получает при взрыве повреждение, то происходит это в результате действия взрывной волны в сторону компрессора.
Как показали проведенные исследования, необходимым условием взрыва является образование в ограниченном пространстве воздухопровода или сосуда смеси паров или тумана минерального масла и продуктов его окисления с воздухом в определенной концентрации и наличия импульса в виде искры или пламени, способных воспламенить взрывную смесь.

В среднем нижний предел воспламеняемости смеси воздуха с масляными парами или туманом (при размере капелек до 10 мкм) составляет 45 мг/л.
При хорошем состоянии цилиндропоршневой группы и органов воздухораспределения компрессора такие опасные концентрации масла в воздухе возникнуть не могут.
На смазку цилиндров воздушного горизонтального компрессора с подачей 100 м3/мин с конечным давлением 0,78 МПа необходимо подавать 250 г/ч масла. Если увеличить расход масла в 2 раза по сравнению с нормой и предположить, что все масло испарится и будет вынесено в нагнетательный трубопровод, то даже тогда массовая концентрация его составит около 0,45 мг/л, что почти в 100 раз меньше предельно допустимой.

В цилиндрах компрессоров и нагнетательных трубопроводах опасные концентрации масла могут возникать при следующих обстоятельствах.
Если компрессор длительное время работает на холостом ходу или подача его понижена более чем на 50%, а подача масла в цилиндры остается неизменной, вентиляция цилиндров резко сокращается. В цилиндрах возможно скопление большого количества масла, и если после длительной работы в таком режиме резко увеличить подачу, то в цилиндрах и нагнетательных камерах возможно образование опасной концентрации масла.

Такие условия могут возникнуть при неисправности всасывающих и нагнетательных клапанов; положение осложняется еще тем, что повышается температура нагнетаемого воздуха.

Большая часть масла, подаваемого для смазки в цилиндры компрессора, выносится в нагнетательный трубопровод, в котором постоянно оседает на стенках, образуя тонкую пленку. Вместе с маслом на стенках воздухопроводов оседают механические примеси, попадающие в компрессор со всасываемым воздухом —это пыль, продукты износа и коррозии металла цилиндров, воздухопроводов (ржавчина, металлическая пыль).

Слой отложений масла с механическими примесями под воздействием кислорода воздуха и температуры окисляется и образует нагар.

Как показывают исследования, нагар содержит до 30% масла.

Окисление маслоотложений при высокой температуре (150°С и выше) происходит с выделением тепла (т. е. имеет экзотермический характер).

Основное количество тепла отводится потоком протекающего сжатого воздуха, часть отводится через стенки воздухопровода в окружающую среду.

Пока количество тепла, выделяемое при окислении, и количество отводимого тепла равны, температура маслоотложений не изменяется.

Если толщина слоя маслоотложений увеличивается или увеличивается температура сжатого воздуха на выходе из цилиндра, количество отводимого тепла уменьшается и за счет избытка тепла начинается саморазогрев маслоотложений.

Отвод тепла ухудшается с увеличением толщины нагара. Проведенные исследования установили, что при температуре сжатого воздуха 190°С нагар толщиной 1 мм саморазогревается за счет реакции окисления до197—200°С, а нагар толщиной 5 мм в этих условиях уже самовоспламенится. Шведские исследователи установили максимально допустимую толщину нагаромасляных отложений за 2000 ч работы компрессора в 3 мм Найдено также, что увеличение массы нагаромасляных отложений в 2—3 раза снижает температуру начала их саморазогрева на 70—80°С.

С увеличением давления температура начала саморазогрева и самовоспламенения нагаров быстро уменьшается. При давлении 19,6 МПа температура начала саморазогрева масла МК-22 составляла около 140°С а цилиндрового-12 около 100°С. Самовоспламенение масла МК-22 происходило при этом давлении при t=180°С, а цилиндрового-12 при 150—180°С (при 150°С самовоспламенение наступило через 31 ч, при температуре 180°С — через 45 ч).

Загорания маслоотложений в воздухопроводах бывают довольно часто. Обычно они заканчиваются выгоранием отложений на отдельных участках.
При большом слое маслоотложений и их пропитке жидким маслом выделившееся при загорании тепло может вызвать интенсивное испарение масла из слоя отложений, часть его превратится в масляный пар, а часть распылится потоком воздуха в масляновоздушную смесь. В этом случае может создаться взрывоопасная концентрация смеси масла с воздухом и начнется воспламенение.

При воспламенении взрывной смеси огонь с огромной скоростью распространяется по всему объему трубопровода, вследствие чего происходит интенсивное повышение давления и температуры. Интенсивность испарения масла из маслоотложений увеличивается, что приводит к взрыву.

По данным, приведенным в докладе фирмы «Шелл», скорость распространения взрывной волны может достигнуть до 1600 м/с, что в несколько раз превышает скорость звука. По расчету для скорости 1000 м/с температура достигает 470°С.

В зависимости от концентрации масла в смеси при начальном давлении в воздухопроводе 0,98 МПа давление взрывной волны достигает 7,4 МПа, чем и объясняются большие разрушения при взрывах.

Первичный взрыв вызывает в системе трубопроводов вторичные взрывы. Для этого достаточно наличие масляной пленки на стенках   трубопровода с огромной скоростью, поток горячего сжатого сдувает  со  стенок  масляную   пленку,   которая,   попадая в объем воздуха, мгновенно испаряется и образует масловоздушную смесь, готовую самовоспламениться и привести к вторичному взрыву.
Вторичные взрывы создают давление по фронту взрывной волны, превышающее первоначальное более чем в 100 раз. Поэтому разрушения от вторичного взрыва более тяжелые, чем при первичном.

Таким образом, причиной возникновения загораний и взрывов в системах воздухопроводов поршневых компрессорных установок служат:
1.   Маслоотложения, которые образуются при уносе из цилиндров отработанного смазочного масла и различных механических примесей. Эти примеси попадают р компрессор из атмосферы со всасываемым воздухом, а также в результате износа трущихся деталей цилиндра и поршня и коррозии деталей компрессора и воздухопроводов.
2.   Саморазогрев   слоя   маслоотложений,  происходящий вследствие воздействия потока горячего воздуха.
Интенсивность саморазогрева зависит   от   толщины отложений, давления, температуры и скорости потока сжатого воздуха.
Скорость саморазогрева увеличивается с увеличением толщины слоя отложений и уменьшается при увеличении скорости протекающего воздуха. Поэтому при наличии на нагнетательном трубопроводе слоя маслоотложений большой толщины (2—3 мм и больше) и температуры воздуха на выходе из компрессора выше 160°С опасен момент остановки компрессора под нагрузкой или уменьшение его подачи на 50% и более.

Опасными являются такие участки, где возможно значительное уменьшение скорости воздуха (общие коллекторы, воздухосборники и т. д.).
3. В компрессорных установках взрывоопасная масловоздушная смесь может быть образована только в результате саморазогрева и самовозгорания слоя маслоотложений большой толщины и протяженности.

Воспламенение может возникнуть при самовозгорании маслоотложений в результате саморазогрева или при образовании на стенках воздухопровода заряда статического электричества большого потенциала, которыйможет возникнуть в результате движения воздуха с частицами пыли по воздухопроводу.
4. Чем выше давление и температура сжатого воздуха, тем меньше может быть допущен слой маслоот-ложений и тем чаще необходимо проводить чистку воздухопровода.
Чтобы предотвратить загорания и взрывы, следует устранить причины их возникновения, т. е. уменьшить количество маслоотложений и снизить температуру сжатого воздуха, что может быть достигнуто проведением следующих мероприятий:
1.  Строго  следить  за  соблюдением  нормы  расхода масла на смазку цилиндров и сальников каждого компрессора.
2.  Применяемое масло должно   иметь   температуру вспышки на 75°С больше, чем температура сжатого воздуха.
3.  Всасываемый воздух должен быть хорошо очищен от пыли  при помощи  воздушных   фильтров,  запыленность всасываемого воздуха после фильтров не должна быть больше 2 мг/м3.
4.  Температура воздуха   на   выходе   из   цилиндров компрессора должна быть ограничена 170°С. Это может быть  достигнуто  уменьшением   гидравлических   потерь в клапанах; уменьшением перетечек в цилиндрах из полости большого давления в полость с меньшим давлением; снижением температуры всасываемого воздуха.
5.  Закругления нагнетательных межступенчатых воздухопроводов должны быть плавными, внутренние поверхности чистыми без наплывов   от  электросварки  и выступающих частей прокладок.
6.  Средняя скорость воздуха для расчета проходных сечений воздухопроводов в пределах 8—10 м/с.
7.  Для снятия зарядов   статического   электричества компрессоры и воздухопроводы должны быть заземлены.
8.  Все    межступенчатые   воздухопроводы,   нагнетательный трубопровод между компрессорами и воздухосборником, воздухосборники и магистральные трубопроводы должны систематически по специальному графику, но не реже 1 раза в 6 мес очищаться от масляных отложений.
В случае загорания масляных отложений компрессор останавливать нельзя, в этом случае необходимо максимально снизить давление за компрессором, сообщив его нагнетательный трубопровод с атмосферой за Очагом загорания, тем самым создав интенсивную вентиляцию загоревшегося участка.
При загорании масляных отложений нельзя снижать подачу компрессора с помощью системы регулирования.

самовозгорание масляных отложений