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空气压缩机储气罐安全使用条件探讨

作者: 来源: 日期:2021/11/18 9:05:30 人气:72

摘   要:为保证空气压缩机储气罐的安全及质量,按照条例和相关标准的要求,从储气罐监管、选材、设计、使用管理、隐患的成因及消除方法等问题进行了探讨,并介绍了储气罐在使用过程中的注意事项。


关键词:储气罐、安全、使用管理


储气罐是指专门用来储存气体的设备,同时起稳定系统压力的作用,根据储气罐的承受压力不同可以分为高压储气罐,低压储气罐,常压储气罐。本文所介绍的空气压缩机储气罐是储气罐中较为简单的一种,被广泛应用于化工、医药、包装、食品、采矿等众多领域。这种储气罐装在空压机和压缩空气管网之间,其作用是缓和由于排气不均匀和不连续而引起的压力波动,储备一定数量的压缩空气,维持供需气量之间的平衡,以及去除压缩空气中的油水和杂质,净化压缩空气,而且能降低压缩空气的温度,减少过滤器和干燥剂的负荷。近年来,空压机储气罐事故时有发生,给正常的生产生活以及人身安全带来重大的损失和威胁。不仅造成单位停工停产,经济损失巨大,而且还造成人员伤亡和建筑物的毁坏。因此,空压机储气罐的安全性已逐渐引起人们的高度重视。


1  储气罐本体的安全


1.1储气罐的监管


储气罐是压力容器之一,压力容器属于特种设备。国家质量监督检验检疫总局颁布《固定式压力容器安全技术检察规程》对压力容器的材料、设计、制造、安装、改造与维修、使用管理、定期检验、安全附件均有严格的规定,必须严格遵守。任何一个环节如有疏忽,都有可能发生严重的安全事故。


1.2储气罐的选材


储气罐属于压力容器,壳体常用的材料有Q235-B、16MnR、16MnDR三种。按照GB-150《钢制压力容器》,不同的材料有不同使用状态和温度范围,如表1。


1.3储气罐的设计


作为压力容器,储气罐的结构和规格是根据其技术参数和使用条件,参照《钢制压力容器》(GB150-1998)[1]和其他相关标准[2—3]设计。操作压力越大,则设计压力越大,需要的壳体材料强度和厚度就越大;操作温度越高,则钢板在设计条件下的许用应力越小,需要的壁厚越大;另外储气罐壳体焊缝的焊接接头系数,开孔和接管,以及腐蚀裕量的大小也对容器壁厚有着直接的影响。笔者在2011年一台储气罐的首次全面检验过程中,设备的主要技术参数如下:立式空气储罐,设计压力1.15MPa;内径1200mm;主体材质为Q-235B;壁厚6mm;腐蚀裕量1mm。根据GB-150内压圆筒计算公式以及《压力容器定期检验规则》[4]壁厚校核公式,强度校核不合格,安全级别定为5级,存在重大安全隐患,作报废处理。由此可见,储气罐壳体的强度主要取决于设计压力、结构型式、设计温度等,设计结果的合理与否将直接影响着压力容器的安全运行和使用寿命。


2  储气罐的安全使用管理


由于国家对压力容器的设计、制造、安装、改造与维修实行特殊的许可制度及严格的监督检验要求,以上环节极少出现纰漏。而往往是在储气罐的使用管理过程中出现各种问题。因此储气罐的使用单位,在投入使用前或者投入使用后30日内,应当按照要求到直辖市或者设区的市的质量技术监督部门(以下统称使用登记机关)逐台办理使用登记手续。登记标志的放置位置应当符合有关规定。


同时在储气罐的使用过程中,压力容器的安全管理人员和操作人员应当持有相应的特种设备作业人员证。使用单位应当对压力容器作业人员定期进行安全教育与专业培训并且作好记录,保证作业人员具备必要的压力容器安全作业知识、作业技能,及时进行知识更新,确保作业人员掌握操作规程及事故应急措施,按章作业。下面针对储气罐在使用过程中应特别注意的一些事项做探讨:


(1)如储气罐所在地的环境温度低于其工作温度(见竣工图技术特性表),储气罐必须安装在室内,并做好保温措施,确保储气罐在工作温度之内的安全使用。


(2)储气罐严禁超温、超压、操作人员应确保本储气罐处于正常的工作状态。


(3)压缩机最大容积流量如超过储气罐安全阀泄放量,使用单位必须在其系统中加装压力释放装置。


(4)对油润滑压缩机,必须经除油、除水处理,其压缩空气质量符合GB/T13227-91《一般用压缩空气质量等级》附录A之规定后,方可进入储气罐。


(5)鉴于储气罐与压缩机安装距离太近,在长时间工作状态下,储气罐的支座、进气管等部位易产生振动裂纹,故两者安装距离不得小于2米,5米之内两者连接宜采用软管,如硬管连接,需设置缓冲弯管。


(6)鉴于压缩机中油和空气接触,一旦温度过高易产生积炭,故进入储气罐内的压缩空气温度严禁超过罐体的设计温度(见储气罐技术特性表)。对于使用往复活塞空气压缩机的配套储气罐,必须加装水冷式后冷却器和油分离器,压缩空气经冷却、分离后方可进入本储气罐。


(7)对于油润滑压缩机,应定期检查排气口至压缩空气为80℃之间的所有管路,容器(储气罐)和配件,任何积炭应有效去除(包括压缩机缸头积炭物)。


3  储气罐常见隐患的消除


3.1储气罐积炭的成因及预防措施


由于空气压缩机采用压缩机油作润滑油,压缩机油随压缩机压气过程,沿着整个排气通道形成油沉积物,这个沉积物称之为积炭。它在一定条件下能发生自燃,从而导致空气压缩机装置爆炸。气缸、气阀室、管路、冷却器和储气罐等有积炭的地方都有可能发生爆炸。如果使用环境恶劣,吸入的气体含有较多灰尘和硬颗粒,或者系统密封性能不好,曲轴箱内的机油漏入气缸,进入储气罐,都会造成储气罐积炭层过厚。因此必须合理选用气缸润滑油种类和牌号,严格控制润滑油的用量,加油量不要过多或太少,应遵照设备技术文件执行。控制排气温度方法如下:


一是加强空压机冷却系统的点检,如合理选用冷却水水质、及时清除冷却器管壁和气缸水冷却壁的结垢,控制冷却水的进出温差。


二是降低管路、储气罐内的气体温度并加强检修、改善配件质量,以保证气阀不漏气,防止气体循环压缩。


三是设立各级排气温度、储气罐内气体温度、冷却水温度的保护装置,在超温时能自动切断电源。加强吸气过滤,防止吸入的气体灰尘多和含有硬颗粒;加强储气罐的清扫,防止积炭层过厚;提高填料箱的密封作用,防止曲轴箱内的机油漏入气缸,进入储气罐。


3.2配套管道振动的影响


设计压气管适时,应尽量减少弯管、阀门和异径管,或者使管弯曲的曲率半径大一些,以减小激振力。安装设备时要严格按照设计要求进行安装。对在用且已经产生振动的管道,可在距压缩机很近的地方加设缓冲器,储气罐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。如发现某段管道振动强烈,首先判断引起振动的原因,若不是机械共振,可采用卡紧或压紧管道某处或增加管道某处支承等方法加以解决,但要选择在管道的合宜位置上进行。笔者在工作中多次发现因管路振动引起的储气罐开裂,不仅耽误生产,而且不利设备的安全运行。比如:某厂两台空压机,各连接有一台储气罐,空压机排气管与储气罐进气接管法兰直接对接,而另一台空压机的排气管在室外与第一台空压机管路成直角状相连,连接部位为管道拐弯处。空压机运行3年后,发现储气罐侧面支腿附近的部位有漏油痕迹,经检验发现,下封头母材开裂,位于支腿的边缘,裂纹外表面长为200mm,内表面长为230mm,裂纹走向横向,认为是空压机水平出气管对储气罐形成侧向推力,气流脉动引起储气罐左右振动,导致下封头在侧面支腿处横向疲劳破坏。由于储气罐内压的一次薄膜应力的影响,内表面的裂纹要比外表面长。


3.3储气罐超压的预防措施


根据《固定式压力容器安全技术检察规程》或《简单压力容器安全技术监察规程》[5—6]的要求,压力容器应当按设计要求装设超压泄放装置(安全阀或者爆破片)以及压力表。由于储气罐工作压力低于压力源(压缩机)压力,所以在通向储气罐进口管道上应当装设减压阀或调节器,安全阀和压力表应当装设在减压阀或调节器的低压侧[7]。储气罐内气体额定压力是由空压机压力调节器和安全阀来确定的。一旦两者出现故障,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,不能有效限制进气压力;安全阀未装、失灵或设置起跳压力过高,会造成超压时安全阀失效,储罐内气体压力急剧上升。如果压力表失灵,则不能准确及时反映罐内真实压力,操作人员也不能正确处置异常情况。安全附件是保障设备安全的最后一环,也是最重要的一环。如果安全附件失效,在压力失控、超过储气罐罐体壁厚的强度极限的情况下,就会发生失效破坏,甚至爆炸。因此压力调节器、安全阀、压力表等必须经过正确调试,定期校验,保证灵活可靠。


4  小结


若想确保储气罐安全运行,切实提高系统的稳定性,我们必须做到以下几点。


(1)要认真贯彻执行压力容器的管理规范和安全技术规程,执行年度检验和定期检验。定期检查容器的操作维护情况,对容器缺陷处理方案要认真制订。


(3)报上级批准加强操作人员的安全技术教育和技术考核。定期对易产生裂纹区进行无损检验,发现缺陷尽早处理。


(4)严格控制储气罐工作压力,增设完善进出口管、减振装置,减小容器振动次数,不许超压、超负荷工作。


(5)对发现容器有缺陷处,不随意修补,以防缺陷重复产生或扩展。严格执行各项规章制度,精心操作,认真填写操作运行记录或生产工艺记录,确保生产安全运行;发现空压机系统有异常现象时,应采取紧急停机措施并及时向上级报告;对任何有害设备的违章指挥,应拒绝执行。

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