Гриценко В.Б., начальник отдела по надзору за взрывоопасными, взрывопожароопасными и химически опасными объектами Западно-Уральского управления Ростехнадзора

В последнее время при про­ведении проверок участились случаи, связанные с нарушением норм промышленной безопасно­сти при эксплуатации и обслужи­вании воздушных компрессоров.

Нарушаются такие требования:

В инструкциях по эксплуатации воздушных компрессорных уста­новок, воздухоразделительных установок – отсутствие паспортов заводов-изготовителей, в инструк­ции по эксплуатации не включаются требования заводов-изготовителей в части проведения периодических мероприятий по фильтрам, компрес­сорам, воздушным ресиверам и тру­бопроводной системе. Отсутствует в документах порядок проведения профилактических мероприятий, в том числе и обезжиривания. Исполь­зуются растворы и растворители, не указанные в документах заводов-изготовителей, заменяются смазоч­ные композиции без согласования с заводом-изготовителем. Выдержка из ПБПРВ-88 «Правила безопасности при производстве и потреблении про­дуктов разделения воздуха»:

«6.7. Для смазки поршневой груп­пы компрессоров, подающих воздух в воздухоразделительные установки, не оснащенные цеолитовыми блоками комплексной очистки воздуха, следу­ет использовать масло для прокатных станов марки П-28 по ГОСТ 6480-78, обладающее высокой термической стойкостью. Применение масла К-28 ТУ 38-101182-71 допускается толь­ко по согласованию с разработчиком компрессора…

6.9. Для предотвращения образо­вания продуктов разложения масла должен быть установлен контроль за температурой воздуха после каждой ступени поршневого компрессора и приняты необходимые меры для под­держания ее на возможно более низ­ком уровне, но не более 433 К (160° С)…

6.13. Наличие нагара в клапанных коробках и трубопроводах поршне­вых компрессоров не допус-кается. Проверка и удаление нагара должны проводиться в соответствии с инструк­цией по эксплуатации компрессора, но не реже, чем через 2200 ч работы компрессора.

6.14. Методы и сроки очистки во­дяных полостей холодильников и ру­башек цилиндров компрессоров от отложений должны быть внесены в технологические регламенты или тех­нологические инструкции».

В ПБ 11-544-03, выпущенном вза­мен ПБПРВ-88, все это сведено к сле­дующему:

«6.10. Наличие нагара в клапан­ных коробках и трубопроводах порш­невых компрессоров не допус-кается. Проверка и удаление нагара прово­дятся в соответствии и в сроки, уста­новленные технологической инструк­цией…

с. 129 и далее:

«…Анализ обстоятельств взрывов и загораний в воздушных компрес­сорных установках показывает, что они всегда связаны с накоплением в газовом тракте или трубопроводах нагаромасляных отложений. Мине­ральное масло – это смесь различных предельных и непредельных углево­дородов. В газовом тракте компрес­сора масло подвергается сложным видоизменениям. Это – окисление компонентов при температурах 1500° С и более и повышающемся парци­альном давлении кислорода в возду­хе. Процесс окисления в значительной мере активизируется благодаря тому, что масло находится в газовом тракте в виде тонких пленок и аэрозоля, обе­спечивающих большую площадь кон­такта масла с воздухом. Наряду с этим, процессы окисления интенсифициру­ются в результате каталитического воз­действия окислов металлом и частиц атмосферной пыли, содержащихся в компримируемом воздухе.

В процессе первичного окисле­ния углеводородов их полного окис­ления не происходит, и образуются различные неустойчивые соединения (пероксиды и гидропероксиды угле­водородов). При повышенных темпе­ратурах наряду с окислением может происходить разрушение молекул углеводородов и образование угле­родистых соединений – нагара.

Скорость образования нагара в решающей степени зависит от вида масла, давления и температуры сжатия воздуха. По некоторым дан­ным, при температурах менее 150-1600° С образование нагара прак­тически исключается, а при более высоких температурах скорость об­разования нагара пропорциональна квадрату повышения температуры. Поэтому понижение в максимально возможной степени температур сжа­тия – одна из основных задач в борьбе с нагарообразованием. Образующий­ся нагар пропитывается находящимся в газовом тракте маслом и продукта­ми неполного окисления масла и от­кладывается в виде нагаромасляных отложений на клапанах, в клапанных коробках, в межступенчатых комму­никациях и трубопроводах…

Слои нагаромасляных отложений представляют собой весьма пористую массу, имеющую малую теплопрово­дность. Процессы окисления проходят с выделением тепла, поэтому окисле­ние входящих в отложения компо­нентов сопровождается повышением температуры, что способствует ин­тенсивности процессов окисления. С другой стороны, возрастание толщи­ны слоя отложений ухудшает условия отвода тепла из внутренних слоев, что способствует дальнейшему разогреву.

Это, в конечном счете, и приводит к интенсивному окислению углеводо­родов, их самовоспламенению и рас­пространению горения по всему слою отложений. Воспламенение нагара может инициировать воспламенение парокапельной фазы масла, находя­щегося в потоке воздуха, проходящего в зоне отложений. Наряду с нагаромас­ляными отложениями, в коммуника­циях компрессоров может находиться достаточно много масла, выносимого в виде аэрозоля из последних ступе­ней, работающих, как правило, при сравнительно низких температурах, и затем накапливающегося на стенках трубопровода в виде пленки. То есть в трубопроводах обычно существует гетерогенная система: горючая пленка – газообразный окислитель.

Процесс детонации таких систем исследовался рядом авторов. В. Е. Гор­деевым с соавторами показана воз­можность перехода медленного го­рения пленки масла в детонационное горение с увеличением скорости рас­пространения пламени до 1800-3000 м/с. При этом создается условие для распространения горения, возникше­го в одном месте, на все масло, нахо­дящееся в трубопроводе… Таким об­разом, накопление нагаромасляных отложений и замасливание коммуни­каций и воздухопроводов создает по­тенциальные возможности взрывов и загораний большой мощности.

Для предотвращения таких взры­вов и загораний необходимо: мак­симально возможно снижать темпе­ратуру сжатия, что достигается путем рационального распределения степе­ни сжатия по ступеням компрессора, не допускать работы с неисправными клапанами, повышать эффективность межступенчатого охлаждения; при­менять смазочные масла, исключаю­щие нагарообразование; предотвра­щать попадание в цилиндры масла из картера; обеспечивать надлежащую очистку от пыли компримируемого воздуха; подавать в цилиндры мини­мально необходимое количество мас­ла; систематически контролировать интенсивность нагарообразования в компрессорах и трубопроводах и сво­евременно производить их очистку…

При подборе смазочных компрес­сорных масел показатели склонно­сти к нагарообразованию являются одними из основных показателей. Наименьшее нагарообразование на­блюдалось при использовании масла П-28, изготовленного из саруханской и карачурской нефти… было также рекомендовано использовать масло К-28, изготавливающееся на Волго­градском НПЗ... Были также попытки применения в компрессорах импорт­ных масел, используемых в прокатных станах (например, «Энергол»). Оказа­лось, что при применении таких масел наблюдается сильное нагарообразо­вание. Необходимо подчеркнуть, что опыт эксплуатации свидетельствует о значительном влиянии запылен­ности воздуха на скорость образова­ния нагара. Известны неоднократные случаи, когда реконструкция воздуш­ных фильтров или обеспечение их эффектив ной работы приводили к прекращению нагарообразования в компрессорах. В тех случаях, когда не удается исключить образование на­гара, необходимо регулярно очищать от него газовый тракт компрессора и межступенчатые коммуникации, а иногда и внешние трубопроводы. Осмотр клапанных коробок воздуш­ных компрессоров должен произво­диться не реже одного раза в месяц.

Наряду с традиционными механи­ческими способами удаления нагара в последнее время все шире начина­ют применяться способы химической очистки. При этом характерно, что если раньше применялось пропа­ривание острым паром в комплекте с воздействием каустиком, что ино­гда приводило к вспышкам, проис­ходившим сразу же после очистки, то в настоящее время в газовый тракт компрессора и трубопроводы подают различные поверхностно-активные вещества, обеспечивающие весьма эффективное удаление нагаромасля­ных отложений…»

«Повышение надежности и эконо­мичности поршневых компрессоров» (выдержка. Воропай П. И. 1980)

«…Нагаромасляные отложения, образовавшиеся под влиянием тем­пературного воздействия, при опре­деленных условиях сами становятся источником повышенных температур. В поглощенном отложениями масле происходят реакции окисления. Эти реакции экзотермичны.

В процессе первичного окисления образуются неустойчивые соединения (пероксиды и гидропероксиды угле­водородов). При нагревании распад пероксидных соединений происходит по связям О-О по цепному механизму. Под воздействием тепла реакция рас­пада переходит во взрыв…

В поршневых компрессорах на­гаромасляные отложения не сгорают, их толщина прогрессивно увеличива­ется, достигая в некоторых случаях 25 мм и больше [с.305]…

Первой стадией образования нага­ра на горячих нагнетательных клапанах поршневых воздушных компрессоров является образование тонкой пленки лака. Лаки – это нагаромасляные от­ложения, образующиеся в результате окисления масла в тонком слое при высокой температуре. Чем тоньше слой масла, тем больше скорость его испарения и образования лака. При повышении температуры воздуха, обдувающего тонкий слой масла, ско­рость образования лака увеличивает­ся. Чем меньше устойчивость масла к окисляющему действию кислорода, тем интенсивнее его лакообразоваяие [с.287]…

Более тяжелые неиспарившиеся капли масла под воздействием вы­сокой температуры воздуха образуют смолистые вещества, находящиеся на лаковой пленке и на поверхностях тру­бопровода, имеющих сравнительно низкие температуры, не вызывающие образования лаковой пленки, при длительном воздействии воздуха на нагаромасляные отложения они кар­бонизируются, образуя соединения типа асфальтенов и твердых углистых отложений – карбоидов. В их состав входит свыше 55% асфальтогенных кислот – продуктов окисления масла. В состав нагаромасляных отложений входят также продукты износа дета­лей цилиндро-поршневой группы, механические примеси, находящиеся в воздухе, частички кокса [с.288]…

Анализируя причины пожаров и взрывов компрессорных установок, исследователи давно пришли к выво­ду, что наиболее опасным фактором, способствующим их возникновению, является самовоспламенение нага­ромасляных отложений. Учитывая, что саморазогрев нагаромасляных отложений способен не только вос­пламенять горючие смеси, но и фор­мировать их за счет испарения мас­ла из отложений, создавая условия перехода горения нагаромасляных отложений во взрыв смеси сжатого воздуха с парокапельной фазой сма­зочного масла, можно понять, какую опасность представляют нагаромасля­ные отложения при эксплуатации воз­душных поршневых компрессорных станций [с.32]...»

Согласно РД-15-13-2008 «Мето­дические рекомендации о порядке проведения экспертизы промышлен­ной безопасности компрессорных установок, используемых на угольных шахтах и рудниках», проверка нали­чия нагаромасляных отложений в на­гнетательных полостях компрессора и примыкающих к КУ трубопроводах является одним из этапов экспертизы компрессорной установки.