空壓機(jī)擔(dān)負(fù)著全礦風(fēng)動(dòng)機(jī)械的動(dòng)力供給任務(wù)，同時(shí)它又是一種能耗較大的設(shè)備。但是，在空壓機(jī)的運(yùn)行過程中，往往由于冷卻換熱效果不好，導(dǎo)致空壓機(jī)實(shí)際運(yùn)行時(shí)間較短，機(jī)器停車與啟動(dòng)頻繁，無法達(dá)到高效安全運(yùn)行的要求。近年來，隨著煤礦生產(chǎn)任務(wù)的加重以及空壓機(jī)服務(wù)年限的延長，礦用空壓機(jī)系統(tǒng)時(shí)常發(fā)生重大事故，如徐州某礦4^#機(jī)組的Ⅱ級(jí)氣缸排氣室爆炸、恩口煤礦一號(hào)井的空壓機(jī)積碳爆炸事故等，造成人員傷亡及重大經(jīng)濟(jì)損失。

1空壓機(jī)故障原因分析

1.1 故障類型

空壓機(jī)主要有以下6種故障類型：①排氣量不足；②壓力不正常；③不能啟動(dòng)；④溫度異常；⑤燃燒；⑥爆炸。其中第①、②種情況是由于零件磨損導(dǎo)致空壓機(jī)各配合間隙的變化而引起的。第③種情況主要是由于空壓機(jī)的監(jiān)探裝置失靈而引起的。第④種情況主要是冷卻系統(tǒng)故障導(dǎo)致的，而溫度異常又是引起機(jī)組燃燒或爆炸的直接原因。本文將④、⑤、⑥3種情況綜合在一起加以討論。

1.2 故障原因

引起空壓機(jī)故障的原因很多，既有設(shè)計(jì)制造上的原因，也有操作維護(hù)及管理上的原因。本文將著重討論引起空壓機(jī)溫度異常、燃燒及爆炸的原因。

1.2.1 空氣進(jìn)入冷卻系統(tǒng)

空氣進(jìn)入冷卻系統(tǒng)將引起空壓機(jī)故障。空壓機(jī)運(yùn)行時(shí)若有空氣串入冷卻水系統(tǒng)中，將使空壓機(jī)因冷卻不良，溫度升高而引發(fā)事故。

1.2.2 冷卻系統(tǒng)結(jié)垢

冷卻系統(tǒng)結(jié)垢將引起空壓機(jī)故障。冷卻系統(tǒng)結(jié)垢，使冷卻水不能有效地與氣缸進(jìn)行換熱，導(dǎo)致氣缸運(yùn)行溫度升高而引發(fā)事故。據(jù)調(diào)查，造成空壓機(jī)冷卻效果不好的原因，一是冷卻系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)存在著設(shè)計(jì)制造的缺陷；二是冷卻水質(zhì)差，硬度高且存在雜質(zhì)，結(jié)垢也是不可避免的。這是因?yàn)槔鋮s水在運(yùn)行過程中，當(dāng)經(jīng)過換熱器時(shí)，重碳酸根分解失去平衡，碳酸根離子濃度增加，與水中鈣離子生成碳酸鈣。碳酸鈣的溶解度較低，在設(shè)備受熱表面沉積，形成水垢。

由于水垢的導(dǎo)熱系數(shù)低（僅為鋼材的4.0%左右），隨著垢層的加厚，冷卻水管的水流通徑變小，造成空壓機(jī)冷卻水與氣缸體之間的換熱效率大大降低，進(jìn)一步加劇垢層的生長。而空壓機(jī)冷卻系統(tǒng)一旦結(jié)垢將會(huì)嚴(yán)重威脅空壓機(jī)的安全運(yùn)行，首先，垢層部分會(huì)形成貧氧區(qū)，與冷卻系統(tǒng)中的金屬產(chǎn)生氧濃差電池效應(yīng)，引起電化學(xué)腐蝕；其次，垢層內(nèi)部造成嫌氧條件，給硫酸鹽還原菌創(chuàng)造生長條件，并加速垢層的生長。垢層的存在將影響空壓機(jī)效率的提高，造成空壓機(jī)能耗的增加，嚴(yán)重者將引起空壓機(jī)著火、爆炸等重大事故，造成人員傷亡及巨大經(jīng)濟(jì)損失。

1.2.3 機(jī)組系統(tǒng)積碳

機(jī)組系統(tǒng)積碳將引起空壓機(jī)故障。維護(hù)良好的空壓機(jī)組只形成輕微的積碳，輕微的積碳不會(huì)影響空壓機(jī)的安全運(yùn)行。嚴(yán)重的積碳在高溫狀態(tài)下將導(dǎo)致空壓機(jī)著火燃燒，甚至爆炸。積碳的形成主要與以下因素有關(guān)。

（1） 機(jī)房附近空氣不干凈和空氣過濾不合要求。

（2） 潤滑油供給過量，則易形成積碳。

（3） 供氣系統(tǒng)存在鐵或氧化微粒等催化劑，加速潤滑油的氧化。

（4）空壓機(jī)在運(yùn)行過程的污水污油沉積在后冷卻器及儲(chǔ)氣罐底部，由于排放不及時(shí)，污油被高溫蒸發(fā)，也易形成積碳。

（5）冷卻系統(tǒng)工作異常，冷卻管路、冷卻器、氣缸水套結(jié)垢，冷卻效果差，氣缸高溫運(yùn)行引起潤滑油溫度過高，形成積碳。

由于積碳本身易燃易爆，此時(shí)若遇積碳自燃、油質(zhì)劣化閃點(diǎn)降低、排氣管或氣缸等溫度過高或受機(jī)械沖擊、氣流中硬質(zhì)顆粒在運(yùn)動(dòng)中沖擊或碰撞、靜電積聚等，都能引起空壓機(jī)系統(tǒng)燃燒，甚至爆炸。

2技術(shù)措施

2.1 避免空氣進(jìn)入冷卻系統(tǒng)

為防止空氣進(jìn)入冷卻系統(tǒng)，可在冷卻水出水管線上安裝一個(gè)水表外殼，一時(shí)有空氣串入冷卻系統(tǒng)，就會(huì)在表鏡上看到許多氣泡，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障，并進(jìn)行處理。

2.2 避免冷卻系統(tǒng)結(jié)垢

冷卻系統(tǒng)結(jié)垢是空壓機(jī)故障的主要原因。為了解決這一問題，國內(nèi)外許多學(xué)者進(jìn)行了大量的研究工作，并取得了一些研究成果。主要是：

（1） 加強(qiáng)冷卻水水質(zhì)的監(jiān)控與管理。

（2） 對(duì)冷卻器進(jìn)行技術(shù)改造。有資料表明，使用銅制波紋管冷卻器芯效果較好。

（3）定期對(duì)空壓機(jī)進(jìn)行清洗（除垢）。除垢方法包括是機(jī)械除垢法和化學(xué)除垢法很難清除干凈，所以，目前的除垢方法以化學(xué)垢法為主。

2.3 避免形成積碳

為了防止積碳的形成，應(yīng)采取以下技術(shù)措施：

（1） 改善機(jī)房周圍的環(huán)境，保持空氣干凈清潔。

（2） 正確選擇潤滑油，建立完善的空壓機(jī)潤滑油采購、檢驗(yàn)、驗(yàn)收管理制度。

（3）確定合適的供油量。若潤滑油供給過多，則易形成積碳。然而也不能過少，供油過少，氣缸潤滑不良，容易燒缸。

（4）建立經(jīng)檢查和清除積碳為主的小修周期。

（5）將普通塑料排氣管改為抗靜電塑料管，并對(duì)管路可靠接地，以防止產(chǎn)生靜電。

（6）加強(qiáng)管理，嚴(yán)格工藝紀(jì)律，加強(qiáng)操作維修人員的技術(shù)培訓(xùn)和思想教育。

3循環(huán)水阻垢新技術(shù)

化學(xué)除垢在工業(yè)上的應(yīng)用已比較普遍。盡管國內(nèi)化學(xué)除垢的研究和應(yīng)用起步較晚，但是經(jīng)過有關(guān)單位不懈努力，已取得了許多研究成果，并且對(duì)一般工業(yè)循環(huán)水系統(tǒng)中的一些常用換熱設(shè)備，開發(fā)了相應(yīng)的化學(xué)除垢工藝。然而，對(duì)于煤礦空壓機(jī)系統(tǒng)的除垢，目前尚缺乏成熟的工藝。其原因主要是：①煤礦空壓機(jī)循環(huán)水系統(tǒng)與一般工業(yè)循環(huán)水系統(tǒng)相比有其特殊性，其結(jié)垢機(jī)理較為復(fù)雜；②空壓機(jī)氣缸水套的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，一般的化學(xué)除垢工藝不能徹底清除其中的水垢。

我國煤礦空壓機(jī)系統(tǒng)采用敞開式循環(huán)水冷卻方式，冷卻系統(tǒng)主要由換熱器（包括中間冷卻器、氣缸水套、潤滑油冷卻器）、管道和冷卻塔等組成。敞開式冷卻系統(tǒng)使得空氣中的氧大量進(jìn)入循環(huán)水中而成為水果中的溶解氧，進(jìn)而引起金屬基體銹蝕；系統(tǒng)中還有滋生的微生物以及生產(chǎn)過程中物料的泄漏所形成的污垢等。另外，空壓機(jī)周圍的工作環(huán)境惡劣，如空氣中大量漂浮的煤粉等也是引起空壓機(jī)故障的原因。

研究表明，煤礦穿梭壓機(jī)循環(huán)水成垢的主要成分為碳酸鈣。它們首先在金屬表面上的一些地方沉積出原始的結(jié)晶坯，并逐漸經(jīng)結(jié)晶坯為核心，增長、發(fā)展、慢慢變?yōu)轭w粒并互相聚附形成結(jié)晶的絮團(tuán)。這種固相沉積物的生成速度與水溫和水中含鹽濃度以及水中其它雜質(zhì)的存在有關(guān)?？諌簷C(jī)冷卻塔中滋生的藻類能分泌出粘液，其粘液能積聚無機(jī)物，如泥沙，F(xiàn)e₂O₃、SiO₂等固體形成軟泥或生物粘泥?？諌簷C(jī)工作過程中，并與空氣冷凝水一道由排氣閥排出，形成含油廢水中的油份有三種存在形式，即浮油、分散油和乳化油，其中以浮油為主。在以上諸因素的共同作用下，空壓機(jī)冷卻系統(tǒng)極易結(jié)垢。

空壓循環(huán)水阻垢是徹底解決空壓機(jī)結(jié)垢的有效措施，其方法就是針對(duì)煤礦空壓機(jī)循環(huán)水系統(tǒng)的特點(diǎn)，確定合適的化學(xué)藥劑，以阻止或減緩氣缸水套和冷卻器芯子等部件生成水垢。為了有效地控制污垢沉積，應(yīng)按以下原則確定阻垢劑配方：控制循環(huán)水中顆粒與顆粒之間的吸引力；控制循環(huán)水中顆粒沉降速度，阻止污垢晶體的增長；控制污垢晶體發(fā)育，使污垢晶體發(fā)生畸變，從而達(dá)到抑制結(jié)垢的目的。

一般工業(yè)循環(huán)水中使用的阻垢劑種類很多，作用機(jī)理各不相同。常用的阻垢劑有：①有機(jī)膦酸鹽，如ATMP、HEDP、EDTMP、PBTCA等；②磷酸酯，如多元醇磷酸酯；③聚磷酸鹽，如三聚磷酸鈉、六偏磷酸鈉；④聚羧酸，如聚烯酸、聚馬來酸、丙烯酸等；⑤木質(zhì)素磺酸鈉等。

經(jīng)過作者多次試驗(yàn)，確定了以聚丙烯酸鈉為主要成分，以乙二胺四甲叉膦酸及緩蝕劑為輔劑的藥劑配方。經(jīng)實(shí)驗(yàn)室模擬試驗(yàn)及工業(yè)性試驗(yàn)，取得了良好的效果。掛片監(jiān)測(cè)顯示，其腐蝕率由原來的0.1539mm/a降至0.1160mm/a，低于工業(yè)循環(huán)水腐蝕控制指標(biāo)（0.125mm/a）。實(shí)測(cè)顯示，污垢熱阻值控制指標(biāo)（2.578cm²·K/M）。

誠然，國內(nèi)外學(xué)者對(duì)于一般工業(yè)循環(huán)水阻垢的研究較為深入，并開發(fā)了多種阻垢劑供用戶選擇。但是，這些阻垢劑均不適用于煤礦空壓機(jī)系統(tǒng)。目前，尚未見到有關(guān)煤礦空壓機(jī)循環(huán)水阻垢的研究報(bào)道。

空壓機(jī)循環(huán)水阻垢技術(shù)從循環(huán)水阻垢的角度研究解決空壓機(jī)結(jié)垢問題，改變了以往空壓機(jī)系統(tǒng)結(jié)垢——清洗（除垢）——再結(jié)垢——再清洗（除垢）的被動(dòng)局面。

煤炭是我國的主要能源，盡管煤礦空壓機(jī)事故所造成的損失沒有瓦斯爆炸所造成的損失大。但其對(duì)煤礦安全生產(chǎn)的影響卻是顯而易見的，因此應(yīng)給予足夠的重視。