淺談礦用柴油機(jī)防爆排氣系統(tǒng)的改造

高建鋒

摘 要：在礦井作業(yè)中，防爆柴油機(jī)是最關(guān)鍵的牽引動(dòng)力設(shè)備。而要想保證防爆柴油機(jī)的高效運(yùn)行，提升防爆柴油機(jī)的技術(shù)水平，就必須要對(duì)防爆排氣系統(tǒng)進(jìn)行改造。基于此，本文重點(diǎn)以濕式防爆排氣系統(tǒng)為例，對(duì)礦用柴油機(jī)防爆排氣系統(tǒng)的改造進(jìn)行了詳細(xì)的分析，以供參考。

關(guān)鍵詞：礦用柴油機(jī)；防爆；排氣系統(tǒng)；改造

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，柴油機(jī)在采掘業(yè)動(dòng)力機(jī)械中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。其中柴油機(jī)的使用環(huán)境為具有粉塵和氣體存在的爆炸性環(huán)境。而柴油機(jī)的使用，首要條件就是保證其運(yùn)行的安全性。國(guó)家MT990-2006《礦用防爆柴油機(jī)通用技術(shù)條件》中明確規(guī)定“防爆柴油機(jī)任一部位表面溫度不得超過(guò)150℃，廢氣排出口溫度不得超過(guò)70℃，任何通氣部位不得有明火噴出”。也就是說(shuō)，必須要對(duì)防爆柴油機(jī)排氣系統(tǒng)進(jìn)行改造，確保降溫與阻焰效果，消除一切可能引起爆炸的因素。

一、防爆排氣系統(tǒng)類型

現(xiàn)階段，我國(guó)的防爆排氣系統(tǒng)主要涉及兩種類型：第一種是干式防爆排氣系統(tǒng)，第二種是濕式防爆排氣系統(tǒng)。其中，早期的干式防爆排氣系統(tǒng)主要是在井下礦用動(dòng)力機(jī)械上使用，但是干式防爆排氣系統(tǒng)缺乏尾氣凈化功能，所以其應(yīng)用優(yōu)勢(shì)非常不明顯，后期已經(jīng)逐漸淘汰出市場(chǎng)，被濕式防爆排氣系統(tǒng)所替代。但是隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，我國(guó)對(duì)干式防爆排氣系統(tǒng)進(jìn)行了技術(shù)升級(jí)與創(chuàng)新，通過(guò)增加專門的尾氣凈化裝置，使其也具備了一定的尾氣凈化功能。所以，具備了尾氣凈化功能的干式防爆排氣系統(tǒng)在我國(guó)的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛。

（一）干式防爆排氣系統(tǒng)

對(duì)于干式防爆排氣系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，其排氣系統(tǒng)主要為干式排氣裝置，主要有以下幾部分組成：第一水夾層排氣歧管、第二雙層水冷式排氣波紋管、第三廢氣熱交換器、第四阻火器、第五火星捕捉器、第六排氣尾管等。其中，廢氣和冷卻水不會(huì)接觸，水冷式排氣歧管、水冷式排氣波紋管水套夾層、以及發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻水路之間長(zhǎng)期保持連通狀態(tài)，這樣可以保障排氣降溫的效果。雙層水冷式排氣波紋管的主要作用就是實(shí)現(xiàn)零部件的便捷式組裝，并實(shí)現(xiàn)排氣的冷卻以及隔爆。廢氣熱交換器中包含很多散熱片以及水夾層，經(jīng)過(guò)廢氣熱交換器的排氣都會(huì)被冷卻，并將溫度控制在一個(gè)合理范圍內(nèi)。阻火器，又被人們稱為防爆柵欄，主要作用就是對(duì)火焰進(jìn)行阻熄、對(duì)熱粒子進(jìn)行快速降溫。火星捕捉器的主要作用就是捕捉排氣中的火焰，并對(duì)排氣壓力波動(dòng)進(jìn)行平衡控制，最大限度的降低排氣噪音的影響。排氣尾管的主要作用就是進(jìn)行尾氣的分散與排除。由此可見，這種類型的防爆排氣系統(tǒng)無(wú)法有效除去尾氣中的固體微粒以及一氧化碳等有害物質(zhì)，井下作業(yè)環(huán)境得不到明顯的改善。

（二）濕式防爆排氣系統(tǒng)

與干式防爆排氣系統(tǒng)相比，濕式防爆排氣系統(tǒng)不僅有防爆功能，還有尾氣凈化功能，所以其應(yīng)用范圍更為廣泛。而且有廢氣處理箱的設(shè)計(jì)，可以將流經(jīng)此處的廢氣進(jìn)行冷卻、洗浴以及降溫，除去多余的火焰和火星，同時(shí)再通過(guò)水將NOx、HC以及固體微粒等有害物質(zhì)吸收，實(shí)現(xiàn)尾氣的凈化。

二、礦用柴油機(jī)防爆排氣系統(tǒng)的改造

接下來(lái)，本文將以柴油機(jī)濕式防爆排氣系統(tǒng)為例，從水夾層排氣管、廢氣處理箱以及阻火器三方面的改造來(lái)分析礦用柴油機(jī)防爆排氣系統(tǒng)的改造。

（一）水夾層排氣管的改造

防爆柴油機(jī)排氣管的表面溫度應(yīng)當(dāng)始終保持在150℃以下，所以要將冷卻水夾層設(shè)計(jì)到排氣歧管和排氣管外。而水夾層又分為外管和內(nèi)管兩部分，內(nèi)管充滿了柴油機(jī)排出來(lái)的廢氣，內(nèi)外管之間存在一個(gè)封閉腔，其中填充著冷卻水。而夾層內(nèi)的水又與柴油機(jī)冷卻系統(tǒng)連接，所以會(huì)使用閉式強(qiáng)制冷卻，必須要對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的水循環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行改造。在柴油機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，冷卻水會(huì)通過(guò)外管壁上的入口直接到達(dá)封閉腔，然后逆流向另一端出口，通過(guò)內(nèi)管關(guān)閉的熱傳遞來(lái)實(shí)現(xiàn)廢氣的冷卻。為了保證冷卻效果，可以盡可能多的散熱片設(shè)計(jì)到內(nèi)管外側(cè)管壁上，通過(guò)增大散熱面積來(lái)保證冷卻效果。

在對(duì)水夾套排氣管進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候，要盡可能使用大圓弧過(guò)度，減少排氣阻力，盡量不要出現(xiàn)急轉(zhuǎn)彎。同時(shí)注意保持所有管道通路具有相同的管徑。如果管道通路結(jié)構(gòu)過(guò)于復(fù)雜，要優(yōu)先運(yùn)用多段管道分段連接的方式，確保制造難度在可控范圍內(nèi)，且與管道的接合面要以隔爆接合面為主。

（二）廢氣處理箱的改造

現(xiàn)階段，針對(duì)防爆柴油機(jī)的尾氣處理方式為水洗，也就是將尾氣排放到一個(gè)廢氣處理箱中，經(jīng)過(guò)箱內(nèi)一定高度的水來(lái)過(guò)濾掉其中的一些油煙、火花以及其它有害物質(zhì)等，實(shí)現(xiàn)尾氣的凈化和冷卻，之后再排放到空氣中。水洗廢氣的方式有兩種，但是不噴水的方式更受業(yè)內(nèi)人士認(rèn)可。即把水夾層套管裝置作為排氣管，套管內(nèi)管中流通廢氣，外管內(nèi)流通冷卻水，水夾層套管與廢氣處理箱連接，進(jìn)而將排氣管和廢氣處理箱的外殼溫度控制在150℃以下。廢氣處理箱內(nèi)儲(chǔ)存了水，廢氣通過(guò)水夾層套管就可以到達(dá)廢氣處理箱，但是箱內(nèi)還設(shè)計(jì)了兩個(gè)擋板，發(fā)揮阻隔作用。之后再經(jīng)過(guò)排氣防爆柵欄，然后再由排氣防爆柵欄直接排出箱外，這樣排氣溫度就會(huì)控制到70℃以下。這種水洗廢氣的方式有著非常好的散熱效果，且結(jié)構(gòu)也相對(duì)簡(jiǎn)單。

在廢氣處理箱的上面安裝排氣防爆柵欄，統(tǒng)一柵欄的固定方式和拆卸方式，確保清洗方便。選擇加水方便的位置設(shè)計(jì)加水口，明確箱內(nèi)最高水平面，最好水平面上方還有預(yù)留出充足的空間，避免初始沖擊力過(guò)大引起跑水問(wèn)題。箱體結(jié)合的設(shè)計(jì)必須要確保工作人員可以便捷的清潔箱內(nèi)雜質(zhì)。按照國(guó)家相關(guān)規(guī)定設(shè)計(jì)各大防爆面，選擇質(zhì)量最優(yōu)的鋼材，確保廢氣處理箱的使用壽命[1]。

（三）阻火器的改造

阻火器主要安裝在廢氣處理箱后面，主要組成結(jié)構(gòu)包含兩部分：第一阻火器外殼，第二阻火器元件。阻火器的主要功能是將溫度控制到70℃以下。其熄滅火焰原理是通過(guò)器壁效應(yīng)以及傳熱作用。阻火器包含了很多細(xì)小的通道和空隙的固體材質(zhì)。當(dāng)火焰進(jìn)入阻火器之后，就會(huì)立即將能量傳遞到隔爆間隙表面，然后通過(guò)間隙的時(shí)候被分成若干細(xì)小火焰流，此時(shí)火焰溫度就會(huì)有所減小，明火逐步向高溫?zé)熿F轉(zhuǎn)變，火焰就會(huì)因?yàn)闊o(wú)法正常傳播而降低、熄滅。在柴油機(jī)防爆排氣系統(tǒng)中，水封式阻火器的應(yīng)用最為廣泛，集防爆、凈化以及阻止回火等功能于一體。

阻火器的改造需要注意安裝定位準(zhǔn)確，且清晰、檢驗(yàn)以及裝配方便。阻火器框架隔爆接合面的寬度應(yīng)當(dāng)在25mm以上，嚴(yán)禁對(duì)阻火器框架隔爆接合面實(shí)施鉆孔作業(yè)。阻火器的制作材料需要具備較高的耐高溫、磨損以及磨損等性能。阻火器柵欄板的厚度應(yīng)當(dāng)控制到1mm以上，平面度控制到0.15mm以下，氣流方向?qū)挾纫惨刂频?0mm以上，兩個(gè)相鄰的柵欄板之間的間隙需要控制在0.5mm以下。對(duì)阻火器進(jìn)行定期檢查和清晰，防止排氣不暢降低發(fā)動(dòng)機(jī)的功率，影響其使用壽命[2]。

結(jié)語(yǔ)：

綜上所述，為了保證柴油機(jī)防爆性能的充分發(fā)揮，必須要對(duì)柴油機(jī)的防爆排氣系統(tǒng)進(jìn)行改造。而在對(duì)柴油機(jī)防爆排氣系統(tǒng)進(jìn)行改造的過(guò)程中，必須要充分考慮改造的經(jīng)濟(jì)性以及動(dòng)力性。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，采礦行業(yè)對(duì)于防爆柴油機(jī)的運(yùn)行性能以及要求必將越來(lái)越高。所以，還需要繼續(xù)對(duì)礦用柴油機(jī)防爆排氣系統(tǒng)進(jìn)行研究與改造，促進(jìn)我國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1] 王銀山. 礦用柴油機(jī)防爆排氣系統(tǒng)的改造[A]. 中國(guó)高等教育學(xué)會(huì)工程熱物理專業(yè)委員會(huì).高等學(xué)校工程熱物理第二十屆全國(guó)學(xué)術(shù)會(huì)議論文集——熱流體力學(xué)專輯[C].中國(guó)高等教育學(xué)會(huì)工程熱物理專業(yè)委員會(huì)：中國(guó)高等教育學(xué)會(huì)工程熱物理專業(yè)委員會(huì)，2014：7.

[2] 王大書，王鐵.礦用柴油機(jī)進(jìn)排氣系統(tǒng)防爆前后的性能分析[J].小型內(nèi)燃機(jī)與摩托車，2013，42（01）：19-22.