Зміна об’єму газоподібних тіл чи форми пластичних матеріалів вимагає витрат механічної енергії, при цьому виділяється тепло, що нагріває речовину, а також конструктивні елементи компресорів і пресів. Процеси стиснення газів і пресування пластичних мас широко використовуються в народному господарстві. Компресорами створюють тиск, необхідний для транспортування газів по трубопроводах і для здійснення виробничих процесів. Багато виробничих операцій можуть протікати тільки при підвищеному і високому тиску газу (гідрогенізація жирів вимагає тиску водню 4 - 5 атм., наповнення балонів ацетиленом проводиться при тиску 25 - 30 атм., виробництво етилового спирту з етилену вимагає тиску 100 атм., синтез аміаку протікає при тиску азотно-водневої суміші до 300 атм., одержання поліетилену високого тиску – при тиску до 1500 атм. і т.д.).
Майже на усіх виробничих підприємствах є повітряні компресори для одержання стиснутого повітря (для передавлювання, перемішування, розпилення або пневматичного транспортування речовин, приведення в дію гальмових чи транспортуючих пристроїв і т.д.).
Практика експлуатації компресорів показала, що при несправностях і порушенні нормального режиму роботи можуть виникати спалахи, пожежі і вибухи не тільки при стисненні горючих газів, але і при стисненні повітря. Реальний процес стиснення газу, при якому одночасно зі зміною його об’єму і тиску змінюється температура і частина тепла передається в навколишнє середовище, є політропічним.
Однак з невеликим допущенням можна вважати, що процес стиснення газів компресорами є не політропічним, а адіабатичним. Оскільки при адіабатичному стисненні відсутні тепловтрати, то температура стискуваного газу наприкінці стиснення максимальна. Робота, затрачувана при адіабатичному стисненні газу, визначається за наступним рівнянням:
(6.37)
де А - робота, затрачувана на стиснення газу, кГм;
р1 і р2 - початковий і кінцевий тиск газу, кГ/м2;
V1 - початковий об’єм газу, м3;
k - показник адіабати.
Підвищення температури газу при адіабатичному стисненні: дорівнює:
(6.38)
де Т1 і Т2 - температура газу до і після стиснення, °К.
При політропічному стисненні газу формули (6.37) і (6.38) залишаються такими само, тільки замість показника адіабати k буде показник політропи n, причому n = (0,7
0,9)k.
Якщо тиск газу треба підвищити більш ніж у 4 - 5 разів, він стискується не відразу, а ступінчасто. Для поступового стиснення, газу використовують багатоступінчасті компресори з міжступінчатими водяними холодильниками (рис. 6.28). Це дозволяє знизити температурний режим роботи компресора і здійснити охолодження газу після кожного ступеня стиснення.
Рисунок 6.28 - Схема триступінчастого компресора
I, II, III - циліндри відповідних ступенів стиснення газу; 1 - багатоступінчастий компресор; 2 - колектор газу низького тиску; 3 - привід компресора; 4, 5, 6 - міжступінчаті холодильники газу; 7, 8, 9 - мастилозбірники; 10 - колектор стиснутого газу
За нормального режиму роботи компресора і доброго стану холодильників температура газу в циліндрах не повинна перевищувати 140 - 160 °С. Збільшення тиску в циліндрах компресора понад установленого чи недостатнє охолодження газу перед надходженням на наступний ступінь, стиск може викликати підвищення температури. Тиск може підвищитися, якщо з якої-небудь причини зменшилася витрата газу, а продуктивність компресора не змінилася, якщо збільшилося число ходів поршня або газ надходить з великим початковим тиском. Інтенсивність охолодження газу зменшується за недостатньої подачі холодної води в холодильники, відсутності контролю за її температурою чи в результаті сильного забруднення відкладеннями теплообмінної поверхні холодильників.
Висока температура в компресорах, що нагнітають горючі гази, приводить до більш інтенсивного випаровування мастила і погіршення якості змащення, що викликає забруднення конденсатом і продуктами розкладання мастила поверхні холодильників, знижує ступінь охолодження і тим самим сприяє ще більш сильному нагріванню газу. Усе це може викликати й утворення підвищених тисків, і механічні ушкодження компресора, у результаті чого горючий газ вийде в приміщення компресорної станції. Ушкодження газових компресорів нерідко відбувається при влученні в циліндри якої-небудь рідини. Оскільки рідини практично не стискуються, то влучення їх у циліндри приводить до утворення великих тисків і пошкодження компресора. Рідина (наприклад, конденсат) іноді попадає в циліндри компресора разом з газом, що надходить до нього. Потоком газу в циліндри може бути видавлене мастило з міжступінчатих мастилозбірників, а за несправності теплообмінної поверхні міжступінчатих холодильників може потрапити вода.
У компресори пальний газ звичайно надходить без наявності в ньому вільного кисню, тому вибухонебезпечні суміші утворюються тільки в результаті підсмоктування повітря через нещільності у всмоктувальній лінії компресора, якщо вона знаходиться під розрідженням. Тому ймовірніше всього вибух і пожежа можуть відбутися в приміщенні компресорної станції внаслідок витоку горючого газу через нещільності сальників, фланцевих з'єднань або при аваріях.
Незважаючи на те, що повітряні компресори стискують і подають у трубопроводи не горючий газ, а повітря, у практиці мають місце їхні вибухи з наступними пожежами. Вибухи в повітряних компресорах відбуваються в результаті утворення вибухонебезпечних концентрацій парів і продуктів розкладання мастила з повітрям за одночасної наявності осередків самозаймання відкладень на поверхнях труб. Утворення ж парів мастила і продуктів його розкладання викликано високою температурою, причина якої — адіабатичне стиснення повітря.
Під впливом порівняно високої температури (150°С) частина мастила випаровується, розкладається й окислюється киснем стискуваного повітря. Випаровуванню й окислюванню сприяє також розвита поверхня масляної плівки і суспензії. Подальше підвищення температури в компресорі різко збільшує інтенсивність процесу окислювання.
Дослідженнями встановлено, що в межі температур 150 °С на кожні наступні 10 °С підвищення температури процес окислювання прискорюється в 2 - 3 рази. Тепло, що при цьому виділяється, сприяє ще більш інтенсивному випаровуванню, розкладанню й окислюванню мастила. Продукти розкладання, окислювання і випари мастила виносяться повітрям з компресора, і частина з них відкладається на поверхні труб у виді масляного нагару. Таким чином, більш сприятливі для вибуху умови утворюються в нагнітальному повітропроводі, тому що процес окислювання мастила продовжується й у шарі, що відклався на стінках труб. У результаті окислювання температура відкладень поступово підвищується. Це приводить не тільки до додаткового виділення в стиснуте повітря парів мастила і продуктів його окислювання з утворенням вибухонебезпечних концентрацій, але й до утворення осередків самозаймання відкладень на трубах, тобто до вибуху. Самими небезпечними є ділянки трубопроводу від компресора до повітрозбірника і сам повітрозбірник. Вибухи найчастіше відбуваються при роботі компресорів на підвищених тисках.
При експлуатації компресорів для стиснення горючих газів і повітря уважно стежать за технічним станом і режимом їхньої роботи. Для контролю за тиском газу у всмоктувальній лінії і на виході зі ступенів стиснення встановлюють манометри, що автоматично попереджають про підвищення тиску понад установлену величину. При подальшому зростанні тиску в нагнітальній лінії чи падінні тиску у всмоктувальній лінії компресор автоматично зупиняється.
Крім манометрів чи регуляторів тиску газу, на нагнітальних лініях установлюють запобіжні клапани. Запобіжними клапанами захищають також повітрозбірники і колектори газу.
При роботі компресорів ведуть контроль за температурою газу й охолоджуючої води, не допускаючи перевищення її понад установлену норму.
При підвищенні температури газу понад норму чи припиненні подачі води в міжступінчаті холодильники компресори автоматично зупиняються. Для більш ефективного охолодження деякі повітряні компресори обладнують пристосуванням, що дозволяє впорскувати розпилену воду безпосередньо в робочі циліндри. Випаровування води значно знижує температуру повітря в циліндрах. При цьому зменшується потужність, затрачувана на стиснення газу, збільшується продуктивність компресора, зменшуються витрати на охолодження. Разом з тим, щоб уникнути ушкоджень від гідравлічних ударів не можна подавати воду слабко розпиленою і перевищувати норму її подачі.
Важливо установити і витримувати правильні норми витрати мастила. У практиці спостерігалися випадки, коли зниження витрати мастила в 2 рази, не відбиваючись на стані устаткування, давало зменшення відкладень у трубах у 20 - 30 разів. Для очищення стиснутого повітря і горючого газу від мастила після кожного ступеня стиснення встановлюють мастиловідокремлювачі. Мастиловідокремлювач повинен регулярно звільнятися від мастила, що нагромадилося в ньому. Нагнітальні труби компресорів варто систематично очищати від нагару і масляного конденсату.
Якщо у повітропроводах виявлені вогнища самозаймання мастила, то необхідно негайно вжити заходів до охолодження труби, зниження тиску в нагнітальному повітропроводі і після цього зупинити компресори.
У початковій стадії процес самозаймання можна “погасити”, створюючи умови для більш інтенсивного охолодження труб (наприклад, шляхом підвищення швидкості руху повітря чи охолодженням поверхні труб водою).
При підвищенні температури чи припиненні подачі мастила до підшипників компресор повинен автоматично зупинятися. Мастило, використовуване для охолодження і змащення підшипників компресора, пропускають через сепаратори. У сепараторах відокремлюється горючий газ, що потрапив у мастило. Щоб у самому сепараторі не утворилася вибухонебезпечна суміш, до нього підводять інертний газ.
Газові колектори і повітрозбірники розміщають поза приміщенням компресорної станції. Від сальників компресорів влаштовують місцеві відсоси горючих газів, що виділяються.
Кількаразові випадки вибухів спостерігалися при роботі кисневих компресорів. При цьому основна причина вибуху полягала в порушенні встановленої системи змащення, тобто коли застосовували не дистильовану воду, а мастило чи мильну емульсію зі значним вмістом у ній жирів. Змащення кисневих компресорів повинні робитися тільки дистильованою водою з додаванням не більше 10% гліцерину.
.
| « 6.2.8 Загоряння волокнистих матеріалів при намоту-ванні їх на вали | 6.3 Теплові прояви хімічних реакцій » |