阻隔防爆技术在石化中的应用.doc

阻隔防爆技术在石化中的应用 阻隔防爆技术在石化中的应用调研报告中国安全生产科学研究院中国石化青岛安全工程研究院二七年六月目 录1阻隔防爆技术简介1 1.1阻隔防爆技术发展历程11.1.1国外阻隔防爆技术发展21.1.2国内阻隔防爆技术发展3 1.2阻隔防爆技术的机理41.2.1金属填料防爆技术41.2.2非金属填料防爆技术5 1.3阻隔防爆材料的特点71.3.1填充材料的结构特征71.3.2填充材料的性能92国内外现有阻隔防爆技术及标准11 2.1国内外现有阻隔防爆技术及其应用范围112.1.1国外现有阻隔防爆技术及其应用范围112.1.2 国内han阻隔防爆技术及其应用范围18 2.2国内外现有阻隔防爆技术标准和规范192.2.1 阻隔防爆材料标准192.2.2 其他防爆系统标准232.2.3防爆标准对阻隔防爆要求的对比263阻隔防爆技术在国内外石化领域的应用28 3.1阻隔防爆技术在国外石化领域的应用283.1 .1exess阻隔防爆产品283.1.2 explosafe阻隔防爆产品29 3.2阻隔防爆技术在国内外石化领域应用的对比304总结32附件一:国内外现有与防爆技术相关的标准和规范34附件二:国内外现有防爆技术相关专利36附件三:加油站近年来发生的火灾、爆炸事故表46参考文献501阻隔防爆技术简介 阻隔防爆技术从广义上来讲,是指一种利用阻隔防爆装置将设备内发生的燃烧或爆炸火焰实施阻隔,使之无法通过管道传播到其他设备中去的一种防爆技术措施。阻隔防爆技术在矿业、化工、机械、动力等人们生产生活的各个领域得到了广泛的应用,如矿井瓦斯爆炸的预防,油气管道和油气储罐的防火防爆,粮食粉尘爆炸的预防,加热炉中可燃气体管网防爆,内燃机排气系统的防爆等。 根据阻隔防爆技术措施的作用机制不同,阻隔防爆技术可分为机械阻隔防爆和化学阻隔防爆两种,阻隔防爆装置也可分为工业阻火器、主动式隔爆装置和被动式隔爆装置等多种类型。因此从广义上讲的阻隔防爆所涉及的范围非常的广泛。 而本报告所调研的阻隔防爆技术是专指将网状或蜂窝状金属(非金属)材料填充或安装在飞机(汽车、轮船)油箱、油气储罐、运油车等装置的内部或外部,防止加油加气站、运油车、油气罐、油库等油品储运设施发生火灾爆炸等灾害的专有技术。以下均简称为阻隔防爆技术。1.1阻隔防爆技术发展历程 早在二次世界大战后,国外就开始了阻隔防爆技术的研究,主要针对的是军用飞机燃油箱防火防爆材料的研制。根据填充的材料不同,具体可分为金属填料防爆技术和非金属填料防爆技术。金属填料防爆技术是将网状或蜂窝状金属材料填充到油箱中,防止油箱发生火灾爆炸事故的一项阻隔防爆技术。非金属填料防爆技术是将网状或蜂窝状非金属材料填充到油箱中,防止油箱发生火灾爆炸事故的一项阻隔防爆技术。1.1.1国外阻隔防爆技术发展 20世纪60年代,人们发现在燃油储槽中填充网状金属材料可以有效地减少或防止爆炸事故的发生,降低了燃油储槽的火灾爆炸危险性。网状金属材料作为一种高效的防火防爆材料,最初主要是应用在军事领域。最常用的金属填料防爆材料是指网状铝合金。网状铝合金材料结构的示意图如图1-1所示。图1-1网状铝合金材料结构示意图 加拿大valcan工业包装公司经过25年的努力,研制成了用铝合金箔材制成的explosafe网状防爆材料。美国军方组织有关实验室经过4年研究和治疗鉴定,认为explosafe材料是一种先进的防爆材料。在上述试验的基础上,于1982年颁布了用于飞机燃油箱防爆的网状铝合金防护材料的美国军用规范mil-b-87162。该规范适用于美国国防系统的所有部门。explosafe防爆材料在英、法、美、德等国家获得了专利。据报道,在海湾战争中,美国使用的直升机和战斗车辆燃油箱中均使用了铝箔防爆材料。 目前国外有多家公司依然在生产金属阻隔防爆产品,包括奥地利的exess,加拿大的explosafe,美国的deto-stop,奥利地的exco,美国的firexx等,这些产品在欧美国家的军工领域应用较为广泛,主要包括战斗机、坦克和装甲车的油箱。 非金属填料防爆技术常用聚酯或聚醚作为防爆材料,其中以网状聚氨酯材料的应用最为普遍。 二十世纪60年代初,斯科特纸品公司研制的i型网状泡沫材料被美国空军所接受, i型网状泡沫材料的使用大大提高了战机的安全性能。19701972年期间,ii型网状泡沫材料被研制出来。它的密度更低但具有相同的防爆防爆能力。i型和ii型网状泡沫材料均是对油箱进行全部填充。随后,泡沫生产企业研制了iii型网状泡沫材料,成功地实现了燃油箱部分填充设计。由于早期的网状泡沫材料都是聚醚型的,在高温和高湿条件下极易发生水解。1974年,网状泡沫材料的研究有了巨大的突破,型和v型聚酯型泡沫材料的研制成功从根本上解决了水解问题。1978年,型和v型聚酯型网状泡沫材料已应用于军机系统。二十世纪80年代中期到末期,两种具有导电特性的网状泡沫材料被研制成功。1986至1990年期间,美国空军使用了这种导电的网状泡沫材料。1987年,美国空军开始为其新型战机研发和评估耐高温泡沫材料。1990年,这种材料已经被研制出来,并提供给美国怀特i中自特森空军基地进行试验。目前研制生产网状聚氨酷泡沫材料的公司主要有美国的foamex和crestfoam公司,全俄航空材料研究院,比利时prb公司的racticel分部,日本的mitsui化学工业公司,bridge slance公司等。 1968年,美国空军制定了飞机燃油箱及干舱填充用的网状泡沫材料的军用规范mil-b-83054,后来又对其进行了多次修订,并于l992年制定了军用规范mil-f-87260。 随着石油化工行业的发展,这些金属和非金属阻隔防爆材料也逐渐在向汽车、航空、航海、运输、石油、化工等领域拓展。应用对象主要包括汽车油箱,轮船油箱,加油站地下储罐,运油槽车等装置。1.1.2国内阻隔防爆技术发展 我国对金属防爆材料的研究比国外起步要晚。原兵器工业部第52所曾开发研制了网状铝合金防爆材料,获得了多项专利权,并于1992年通过了部级鉴定。据文献报道,52所研制的网状铝合金防爆材料在装甲运油车、城市流动加油车和油槽车等设施上进行了应用。20世纪80年代,上海华篷防爆科技有限公司和汕头华安防爆科技有限公司经过多年努力,共同研发了金属阻隔防爆材料,目前正在国内外危险化学品储运领域进行推广应用。该技术具有自主知识产权的专有技术,先后申请了16项发明专利,17项实用新型专利、21项外观设计专利和3个商标。奥德科技香港有限公司与奥利地exco gesmbh合作,在中国推广其explo control阻隔防爆系统。 在我国,北京航空材料研究院曾开展了网状聚氨酪泡沫材料的研制工作。目前,汕头华安防爆科技有限公司也正在推广其聚脂、聚醚等非金属阻隔防爆材料。1.2阻隔防爆技术的机理1.2.1金属填料防爆技术 金属填料防爆技术阻隔防爆的机理可分为物理机理和化学机理两部分,物理机理包括火焰受阻效应和热传导效应,而化学机理也包括器壁效应和降温效应。 (1)物理机理 1)火焰受阻效应: 火焰传播与流体流动很相似,影响火焰传速度的因素是传播的阻力,防爆材料孔隙决定了阻力。孔隙大则传播速度快、孔隙小则传播速度慢,孔隙小到一定极限可停止火焰传播,这种火焰流受材料孔隙阻碍的效应叫材料的阻隔。 2)热传导效应: 爆炸火焰在传播过程中、伴随着热量被比表面面积很大的金属材料快速吸收和散失,火焰传播强度减低、所为能量递减,直至熄灭。 (2)化学机理 1)器壁效应: 混合爆炸是自由基连锁反应、反应速度受单位容积内自由基数量限制而自由基可被器壁表面杂质和器壁的材料吸附,这种“器壁吸附”减少了单位容积内自由基的数量,表面积越大被“吸附”的机会就越多,因此单位容积内,自由基数量就越少。参与燃烧反应的自由基数量被减少,抑制了燃烧爆炸反应速度、直至反应中断。 2)降温效应: 燃烧产生的热量可进一步提高反应温度、加快反应速度,直至爆炸产生。而金属阻隔防爆材料优良导热性起到了散失热量、降低温度的效果,这种“降温效应”抑制了温度的上升和反应速度的加快,进而抑制了爆炸的产生。1.2.2非金属填料防爆技术 当火焰从燃烧区域传播过一个缝隙或小孔时火焰会减弱,甚至有时会自动熄灭。实验表明,当封闭容器的尺寸为1/10英寸(0.254cm)时,在一个大气压下,容器中的碳氢混合物的火焰会自动熄灭。于是,在此基础上发明了在燃油箱中充填开口网状聚氨酯泡沫的技术。实践证明开口网状聚氨酯泡沫的开孔越小,机械阻碍能量传播的作用越大,防爆效果越好。 非金属填料防爆技术所用的填充材料一般为网状泡沫材料,其防火防爆机理如下: (1)通过吸收燃烧过程中放出的热量和热传递来转移能量,起到钝化燃烧反应中的自由基的作用,使反应速度降低。 剧烈的燃烧一般都是自加速反应,即化学反应中产生的热量除了各种损耗外仍有余量给自身提供,从而使反应能不断加速达到不可抑制的程度,直至爆炸。若在燃烧区域内,反应放出的能量能迅速有效地被吸收和消耗掉,反应速率就会逐渐降低,反应不断减弱。 1)由于开口网状泡沫材料具有很大的比表面积,即散热面积较大,所以对反应具有一定的冷却作用; 2)网状泡沫材料本身可以热传导的形式把热量传递到装置壁面或着火区以外; 3)泡沫材料本身的熔融也会吸收一定的热量,这样泡沫材料就可以消耗掉反应所产生的一部分热量,从而在一定程度上起到防止火焰发展和蔓延的作用。 (2)通过机械阻碍来抑制火焰的传播。 由于具有网状骨架和较小的空格单元,所以在盛装油气装置中填充开口网状泡沫材料可以显著地削弱压力波的传播。 1)这样就降低了油气和空气分子的混合速率,降低火焰传播和发展成爆炸的危险; 2)使火焰表面趋于平整,减小火焰前锋的表面积,从而起到减小火焰锋面传播速度的作用。 3)降低燃烧反应产生的压力。 压力对火焰的点燃和传播速度都有非常重要的影响。其它条件不变的情况下,压力越高,点燃混合气体所需能量和温度越低,相邻的新鲜混合气体着火越容易;压力越高,化学反应的速度越快,火焰传播速度越快;反之,压力越低,点燃混合气体所需点火温度越高,使相邻的新鲜混合气体着火越难。可见通过降低燃烧后产生的压力,就可以在一定程度上抑制火焰的发展和传播。 由于网状泡沫材料的多孔性,燃烧波在通过它的孔隙时会产生很大的压降,这样就会使邻近、远处的混合气体点燃需要一个较高的温度,增加点火难度。 (3)阻止燃油外流,避免装置外着火。 当盛装油品装置受突发外力作用(如飞机油箱遭到射击、汽车油箱遭到撞击)发生泄漏着火时,油箱中的网状泡沫在温度的作用下熔融,会集成一个较大的整体软泡沫块,同时产生大量的阻燃气体。新形成的大泡沫块在油品流的作用下会很快堵住被击穿的洞口,可减少燃油向装置外的流失。如果被击穿的洞口较小,洞口是可以被经过高温作用后的泡沫熔块给堵住的。例如,如果战机油箱遭到射击,燃油泄漏速度的降低可以使飞机能够安全返航,或者延长救生时间。 (4)对于如飞机或汽车油箱来说,泡沫材料的填充还可以防止油箱内燃油的振荡,从而降低燃油和空气的混合程度,减少在燃烧范围内的混合气体量。 飞机在飞行或汽车在运动过程中,网状泡沫材料的充填可防止燃油在油箱内的剧烈震荡,降低从通气增压口进入的空气与燃油蒸汽的混合程度,从而使燃油混合气体在油箱内产生一定的浓度梯度。这样必定有一部分燃油混合气体的浓度在燃烧上下限之外,这就增加了燃烧的难度。因为浓度梯度的方向决定了燃烧的方向和数量。因此网状泡沫材料可通过降低燃油蒸汽与空气的混合程度,减少在燃烧范围内混合气体的体积,从而减少燃油箱发生着火爆炸的危险性。1.3阻隔防爆材料的特点 金属或非金属填充材料有很多种,每种又有不同的特点,这里仅选择典型金属填充材料网状铝合金和典型非金属填充材料网状聚氨酯为代表,分别介绍两种材料的结构特征和相关应用性能。1.3.1填充材料的结构特征1.3.1.1网状铝合金填充材料的结构特征 网状铝合金防爆材料是由厚度很薄的铝箔经切缝、拉伸扩展成网状,再通过折叠或盘绕形成一个三维体块料。在第一道工序中,使用切缝机,在宽度一定的铝箔上切出许多交错排列、不连续的切缝。两切缝之间的连接筋宽度是由所使用的切刀厚度来决定的。第二道工序是将切缝箔拉制形成展开箔,见图如图1-2。通过夹住切缝箔的边缘,然后使筋带张开。铝箔网的筋带分开后,形成了不规则的六角形网眼,如图1-3所示。 由于拉伸后网眼间的连接筋产生扭转,使网眼脱离了原来的平面,从而增加了箔带的有效厚度。 图1-2 由切缝拉制成展开箔图1-3 不规则的六角形网眼1.3.1.2网状聚氨酯填充材料的结构特征 网状聚氨酷泡沫材料不同于普通的开孔泡沫材料,它采用特殊的热加工工艺,将普通开孔泡沫材料进行网化,网化后的泡沫材料去除了材料中的薄膜,仅剩下开口的网状“骨架”结构,具体的微观结构如图1-4所示。图1-4普通开口泡沫材料与网状泡沫材料 从图中可看出网状聚氨酷泡沫材料的结构是五边形十二面体,面与面的交线称为经络,经络为相邻的多面体所共有,整体为立体空间“骨架”结构。该材料具有较高的拉伸和撕裂强度,同时具有较好的柔性和可塑性。1.3.2填充材料的性能 表1-1中给出了网状铝合金填充材料和网状聚氨酯填充材料的各方面使用性能。应该说,无论是金属填充材料和非金属填充材料,都会对油箱起到良好的防爆防爆作用,在使用过程中也都不会产生电荷积聚的现象,但两者的优缺点也比较明显。 网状铝合金填充材料的优点是: 1)寿命长,维护方便; 2)与油品的兼容性好; 3)报废后无污染; 4)热传导性好; 5)体积置换率和油品滞留体积低。 缺点是相对非金属填充材料而言,填充防爆材料后的油品装置会稍重一些。 而网状聚氨酯填充材料的优点是: 1)重量轻; 2)可以切割成任意形状、安装使用方便; 3)成本较低; 4)具有极强的抑制燃烧爆炸连锁反应能力和缓冲燃油冲击晃动能力。 但相对于铝合金材料,其缺点也明显:本身的体积及燃油的吸附残留要占用一部分可用的装置容量。 表1-1网状铝合金与网状聚氨酯填充材料的性能比较项目网状铝合金材料网状聚氨酯材料材料铝合金箔材pu泡沫技术条件mil-b-87162mil-f-87260防爆效果100%100%安装的可行性铝箔网形状要与油品储存装置吻合,为方便维护,需将成件与块料隔离泡沫的形状要与油品储存装置吻合,安装和取出时要有较大口盖日常维护无需更换需定期更换对环境的影响无污染报废后,污染环境与油品的兼容性与油品兼容有发生化学反应的可能工作温度允许200?以上200?以下热传导性良好差静电积聚无无单位体积重量(kg/m3)约32约24体积置换率约1.2%约2.5%油品滞留体积约0.8%约5% 2国内外现有阻隔防爆技术及标准2.1国内外现有阻隔防爆技术及其应用范围 阻隔防爆产品的应用范围主要包括军工、国防、航空、航海、汽车、石油、化工等。其中,在军工领域的应用最为广泛,随着发展阻隔防爆产品逐步在航空、航海、汽车、石油、化工领域得到了应用。2.1.1国外现有阻隔防爆技术及其应用范围 目前,国外应用的阻隔防爆产品主要有奥地利的exess 阻隔防爆产品、加拿大的explosafe阻隔防爆产品、美国的deto-stop阻隔防爆产品、奥地利的exco阻隔防爆产品等。2.1.1.1 exess阻隔防爆产品及其应用 “exess”是exess engineering公司阻隔防爆产品的品牌。exess engineering公司总部设在奥地利,在全球有多家合作伙伴,业务范围涉及军事、国防、航空、航海、汽车、运输、石油、化工等各个领域,主要包括美国的suppress x-s公司、伊朗的aes防爆系统公司、奥地利的g.i.e.p. gmbh和dr. steffan datentechnik公司,瑞士的fireex brandschutz & explosionsschutz consultant公司,挪威的gexcon as公司,德国的lutz absaug-technik gmbh公司,steig export-import-gesellschaft m.b.h.公司和ultraleicht flugzeugbau gmbh公司等,另外exess engineering公司与许多高等学校和跨国公司也有合作。 exess engineering公司的主要业务是生产和销售exess阻隔防爆产品,其在奥地利、加拿大、马来西亚、墨西哥、沙特、美国等一些国家设有生产基地。 exess阻隔防爆产品是由特殊铝合金材料制成的,其薄层网状结构具有较大的比表面积和优良的导热性能,当油品着火时,较大的比表面积和良好的导热性能使得热量迅速散失,降低火焰的传播和压力的上升速度,从而达到防爆的目的。图2-1中为exess engineering公司生产的铝合金阻隔防爆产品。图2-1 exess铝合金阻隔防爆产品 exess阻隔防爆产品的主要功能有: 1)预防由于撞击等意外原因造成的汽车油箱爆炸事故; 2)稳定油箱内燃油,提高驾驶安全; 3)降低事故发生时燃油火焰的温度; 4)通过降低爆炸上限预防可燃液体容器内爆炸的发生; 5)防止液化石油气bleve的发生; 6)减少容器内油气的挥发; 7)防止油品储运设施上电荷的积聚。 exess阻隔防爆产品在奥地利、法国、德国、尼日利亚、波兰、罗马尼亚、斯罗文尼亚和美国等地应用,主要应用在军工、国防、汽车、石油、化工行业以及政府部门的安全上。exess阻隔防爆产品的应用对象包括汽车、卡车、机车、飞机的油箱,化工精制或存储装置的浮盘式浮顶,油气产品储存罐,加油站或地下储罐的操作井,lng储罐及运油槽车等,其应用范围示意图如图2-2所示。图2-2 exess 阻隔防爆产品的应用范围示意图 exess阻隔防爆产品在军工领域应用较多,奥地利的steyr-daimler-puch公司在多功能坦克的油箱上安装了exess铝合金网,瑞士的军用车辆生产商mowag ag公司也在军用车上安装了exess产品,如图2-3所示。图2-3 exess 阻隔防爆产品在军用车辆上的应用 exess 阻隔防爆产品在各国的应用领域如表2-1所示。 表2-1exess 阻隔防爆产品各国应用领域表国家应用领域奥地利石化领域:esso、shell、omv汽车领域:mercedes benz wittwar法国石化领域:elf aquitaine德国海运领域:ms berlin/shipping company军工领域:battle tank manufacturers航空领域:hk-aircraft technology ag尼日利亚jennifer & bill 公司波兰p.p.h.u. igma公司罗马尼亚政府部门:ministry of internal affairs斯洛文尼亚军事领域:slovenian army美国能源领域:keyspan energy军事领域:us army2.1.1.2 explosafe阻隔防爆产品及其应用 在上世纪70年代,加拿大valcan工业包装公司成功的研制出explosafe网状铝合金防爆材料,近30年来一直处于国际被动式防爆技术的领先地位。美国军方组织有关实验室经过4年研究和治疗鉴定,认为explosafe材料是一种先进的防爆材料。explosafe阻隔防爆产品在加拿大、美国、英国、意大利等欧美国家得到了广泛应用,主要应用范围包括坦克油箱、汽车油箱、轮船油箱,以及油气储运等设备设施上(典型应用如图2-4所示)。 图2-4 explosafe阻隔防爆产品战斗机、运油车和加油站的应用 explosafe阻隔防爆产品在各国的应用领域如表2-2所示: 表2-2explosafe阻隔防爆产品各国应用领域表国家应用领域应用对象美国军工领域:军队坦克、装甲车、舰艇加拿大军工领域:海岸巡逻队军用卡车、巡逻艇、破冰船意大利军工领域:海军舰艇菲律宾军工领域:空军直升机哥伦比亚军工领域:海军巡逻艇军工领域:bell空军-直升机油箱法国石化领域:total 石油公司加油站奥地利石化领域:esso 石油公司加油站2.1.1.3 deto-stop阻隔防爆产品及其应用 deto-stop阻隔防爆产品是一种由铝合金材料制成的网状结构,如图2-5所示。deto-stop产品是由德国的texoga gmbh经过十年的努力研发的,现在这一品牌隶属于美国的deto-stop公司。deto-stop产品的在欧洲、澳大利亚、南非、加拿大、美国等很多国家都申请了专利。图2-5 deto-stop阻隔防爆产品 deto-stop阻隔防爆产品主要应用于军用车辆上,如图2-6所示。在最近12年间,德国、英国、希腊、荷兰、意大利、西班牙、瑞典、挪威、芬兰、瑞士、丹麦、加拿大等多个国家的军用车辆上使用了deto-stop阻隔防爆产品,包括1200多辆leopard坦克和800多辆cv90装甲车。 图2-6的应用 deto-stop阻隔防爆产品在各国的应用领域如表2-3所示表2-3 deto-stop阻隔防爆产品各国的应用领域表国家应用范围应用对象德国军工领域坦克、装甲车德国、荷兰、英国军工领域装甲车希腊军工领域坦克西班牙军工领域坦克瑞典军工领域装甲车挪威军工领域装甲车瑞士军工领域坦克、装甲车芬兰军工领域装甲车丹麦军工领域坦克意大利军工领域警车、海上巡逻艇英国军工领域轮式战车加拿大军工领域美洲虎坦克2.1.1.4 exco阻隔防爆产品及其应用 exco是奥地利的exco gesmbh公司生产的金属阻隔防爆产品,其应用范围主要包括飞机、汽车、摩托车等的油箱,油气储罐,运油车等(如图2-7所示)。 图2-7 exco阻隔防爆产品的应用2.1.2 国内han阻隔防爆技术及其应用范围2.1.2.1 han阻隔防爆技术介绍 han阻隔防爆技术是由上海华篷防爆科技有限公司、汕头华安防爆科技有限公司共同研发的阻隔防爆技术,此项技术是国家安全生产监管局组织试点应用并验收的安全防爆技术。han阻隔防爆技术也是通过将网状金属或非金属材料填充于油品储运装置而达到阻隔防爆效果。 han阻隔防爆产品根据材料不同可分为三类: 1)金属类阻隔防爆产品,如钛合金、铜合金、铝合金等; 2)非金属类阻隔防爆产品,如聚酯、聚醚等; 3)复合类阻隔防爆产品,如纳米技术、涂复技术等。 根据应用情况又可分为: 1)定型产品类:如han橇装式加储油装置、han便携式储罐、han集装罐、han运油车、han地理式储油罐、han液化气储罐等; 2)安全工程类:如han防护技术对空气/油汽(lpg、汽油、柴油、乙醇)混合气储罐改造的安全施工;han防护技术对大型浮顶复合防爆的设计施工;han防护技术对液化气储罐预防bleve事故的设计施工。2.1.2.2 han阻隔防爆产品的应用范围 han阻隔防爆产品的应用范围较广,特别是其军事用途更为广泛。适用于军用油库、军用飞机、坦克和军舰、车辆、轮船、飞机、易燃易爆的油罐、汽罐、油库、汽库,各种易燃易爆油、气管道等的防火与防爆,还可以用于空调锁、热交换器、隔垫、防火网、过滤器、阻火器及催化转换器等。图2-12 han阻隔防爆产品在液化石油气储罐上的应用 自国家安全监督总局颁布两项安全生产行业标准,即汽车加油(气)站、轻质燃油和液化石油气汽车罐车用阻隔防爆储罐技术要求(aq3001-2005)、阻隔防爆橇装式汽车加油(气)装置技术要求(aq3002-2005)以来,上海华篷防爆科技有限公司生产的阻隔防爆器材已在危险化学品的储运领域开始迅速得到推广和应用,如应用于汽车加油站地埋储油罐改造工程、应用于汽车加气站lpg储气罐改造工程、应用于汽车罐车储油罐改造工程及应用于液化石油气汽车罐车lpg储罐改造工程等。上海华篷防爆科技有限公司还利用已有专有技术,生产具有其自身特性的han阻隔防爆地埋式储油罐、han阻隔防爆运油车以及han阻隔防爆橇装式加油(气)装置。这些设备和装置已在国内得到应用,有的还已销到国外,如俄罗斯、东南亚等国家。2.2国内外现有阻隔防爆技术标准和规范 国内外有很多与防爆的相关的标准和规范,大体可分为阻隔防爆材料标准和防爆系统标准两种。2.2.1 阻隔防爆材料标准2.2.1.1美国阻隔防爆材料标准 美国在20世纪60年代首先研制成功聚氨脂泡沫塑料防爆材料,根据热传导理论及形成燃烧、爆炸的基本条件,利用容器内的阻隔防爆材料的蜂窝状结构,阻隔火焰的迅速传播与能量的瞬间释放。利用其材料的热传导效应和蜂窝状结构的对“自由基”的“墙面销毁”效应,破坏燃烧介质的爆炸条件,从而防止爆炸,保证?燃、?爆气态、液态危险化学品的储运安全。 1980年美国航空协会针对阻隔防爆材料进行了调研,并做出了报告:afwal-tl-80-2043 evaluation of explosafe explosion suppression system for aircraft fuel tank protection。随后出台了相关的标准要求,在军用和民用航空油箱中加装阻隔防爆材料具体标准有: (1)mil-b-87162 baffle materials, explosion suppression, expanded aluminum mesh, for aircraft fuel tank. 该标准规定了航空油箱中的蜂窝状金属铝材料的要求。按级别可以分为未加工和精加工(铬化处理)两类,见表2-4。表 2-4 铝合金分类类型填充标准 (1.5毫英寸)25.6kg/m3(2毫英寸)?1级30.4kg/m32级33.6kg/m3(3毫英寸)?1级40.0kg/m32级48.0kg/m3 并对铝合金材料的性能做出了规定见表2-5:表2-5 铝合金材料性能性能类型类型类型1.5毫英寸a级b级a级b级金属厚度2毫英寸2毫英寸3毫英寸4毫英寸密度范围(kg/m3)24272432323737434351网空数目(个/英寸)3.50.23.10.23.50.23.00.13.40.2层数(层/cm)5.40.22.50.165.40.165.00.25.40.2置换油量,%1.00.21.00.21.20.21.40.21.70.2杂质(mg/m3)500500500500500 (2)mil-f-87260 7 february 1992: foam material, explosion suppression, inherently electrically conductive, for aircraft fuel tank and dry bay areas. 该标准是对导电性聚酰胺防爆材料要求。将防爆材料分为两大类: 1)用在+10到160f,又可分为1级粗加工和2级精加工; 2)用在-25到160f,又可分为1级粗加工和2级精加工。 该标准规定材料性能和相关的测试方法,见表2-6。表2-6 聚氨酯材料物理性能性能要求级别1级2级密度范围(lbs/ft3)1.20-1.501.20-1.50抗张强度(psi)10.0最小值15.0最小值极限伸长量,%100最小值100最小值抗拉强度psi3.0最小值3.0最小值压缩量25%时压强psi0.35最小值0.35最小值压缩量65%时压强psi0.60最小值0.60最小值置换油量,%2.50最大值2.50最大值杂质,%3.0最大值3.0最大值2.2.1.2英国阻隔防爆材料标准 (1)bs pl 8-2005 飞行器燃料舱中用作爆炸抑制剂和挡板材料的纤维聚酰胺材料.规范:fibrous polyamide material for use as an explosion suppressant and as a baffle material in aircraft fuel tanks ? specification 该标准关于非金属防爆材料的要求,对航空油箱的聚酰胺防爆材料做出了详细的规定。其中要求板状的聚酰胺材料应是白色的,最小聚酰胺含量99%,聚酰胺不能与油箱中其他化学物质发生反应。材料的标准尺寸为480480120mm,便于生产和使用。具体性能要求见表2-7。表2-7 材料性能要求性质要求密度,g/l8.51密度梯度(最大值)1.25纤维直径,um41.53抓样强力,n(最小值)400初始50%压缩力,n(最小值)5五次50%压缩后压缩力损失,%(最大值)4压缩形变,%(最大值)2杂质,%(最大值)0.2置换油量,%(最大值)4.5可燃性自熄 (2)?bs pl 9-2005 飞行器燃料舱中用作爆炸抑制剂和挡板材料的纤维聚酰胺材料.试验方法 :fibrous polyamide material for use as an explosion suppressant and as a baffle material in aircraft fuel tanks - test methods 该标准规定了对聚酰胺纤维材料的测试要求。大致分为物理性能和机械性能测试。物理测试包括密度、密度梯度、面密度、纤维直径、杂质、置换油量、可燃性;机械测试包括抓样强力、压缩力、压缩力损失量和压缩形变。2.2.1.3国内阻隔防爆材料标准 国内的han阻隔防爆技术能有效阻止轻质燃油和液化石油气储存容器因静电、明火、枪击、碰撞、误操作等引发爆炸事故发生;减少热辐射,降低火焰高度,提高灭火效果;降低道路运油车引起槽(罐)内的浪涌强度,提高道路运输安全性和可靠性,减少轮胎磨损,稳定槽(罐)内温度;方便对损坏储油容器补焊维修,从根本上解决了生产、储存、运输企业相关易燃易爆液态、气态化学危险品储存装置安全。为此,国家安全监管总局发布了安全生产行业标准,即汽车加油(气)站、轻质燃油和液化石油气汽车储车用阻隔防爆储罐技术要求(aq3001-2005)、阻隔防爆撬装式汽车加油(气)装置技术要求(aq3002-2005)。 1)汽车加油(气)站、轻质燃油和液化石油气汽车储车用阻隔防爆储罐技术要求(aq3001-2005) 该标准对阻隔防爆材料的外观、结构尺寸、清洗等都做了具体要求,并对阻隔防爆安装、检测等做了规范。 2)阻隔防爆撬装式汽车加油(气)装置技术要求(aq3002-2005) 该标准对加装阻隔防爆材料的阻隔防爆撬装式汽车加油(气)装置技术做了具体的规范。2.2.2 其他防爆系统标准2.2.2.1欧盟标准 欧盟成员国为了建立统一的欧洲大市场,真正实现商品、劳务、资本与人员的自由流通,做出一系列统一的规定,以消除贸易壁垒。欧共体制定一系列的统一欧洲标准。 关于防爆指令有94/9/ec和atex 1999/92/ec 指令。 (1)94/9/ec指令 1994年3月23日,欧洲委员会采用了“潜在爆炸环境用的设备及保护系统”94/9/ec 指令。这个指令覆盖了矿井及非矿井设备、机械设备及电气设备,把潜在爆炸危险环境扩展到空气中的粉尘及可燃性气体、可燃性蒸气与薄雾。该指令规定了拟用于潜在爆炸性环境的设备要应用的技术要求?基本健康与安全要求和设备在其使用范围内。 (2)atex 1999/92/ec 指令 atex 1999/92/ec 与atex 94/9/ec 指令并行,是一个涉及改进处于潜在爆炸性危险环境的工人健康和安全保护的最低要求1999/92/ec 指令。基于潜在的危险、欧洲法规的要求,atex1999/92/ec也称作atex 137 ,规定了改进处于潜在爆炸性危险环境的工人健康和安全保护的最低要求。 (3)en 14373:防爆系统(explosion suppression systems) en 14373是欧盟唯一的防爆系统标准,该标准规定防爆系统设计和应用的基本要求、评价方法及测试手段和安全操作规程。包括以下几个内容:防爆系统的基本要求;评价防爆系统的效率;评价和提出防爆系统的设计方法;防爆系统的安装方法;防爆系统的维修。同时指出该标准不使用于以下物质:易分解物质、爆炸性物质、烟火物质、自燃物质。en 14373的主要内容包括: 1)防爆系统的基本组成 介绍hrd防爆系统的影响因素,防爆系统包括:检测:光学检测、压力检测;抑制剂:水、干粉、液体化学品;hrd-抑制器:依靠储存抑制剂高效快速的抑制爆炸;设备控制和标识 2)防爆系统设计要求 首先进行危险识别,确定危险区域,可以根据en 13673、en 14034和en 26218-3。采用最大减少压力pred,作为评价防爆系统效率的主要参数。 3)防爆系统的安全完整性 从避免系统失误、电气连接、传感器和设备检查和电源方面,评价系统的安全完整性。 4)设备的安装、维修和报废2.2.2.2美国标准 美国防爆的标准主要是:nfpa 69:防爆系统 explosion prevention systems。该标准包括10个部分,分别为概况、参考资料、定义、基本要求、控制氧化剂、控制可燃物、热粒子检测和消除系统阻燃、抑制、隔离、压力容器。具体内容如下: 1)基本要求 控制易燃物和氧化剂浓度防爆的技术手段有:灭火系统(spark extinguishing system)、阻燃(deflagration suppression)、阻隔isolation methods、抗爆(deflagration pressure containment) 2)控制氧化剂:采用通风系统来降低氧化剂的浓度达到消除爆炸隐患。 3)控制可燃物:采用通风系统、催化氧化和阻火器等方法降低可燃物质浓度,控制在最小可燃极限的25%以内。 4)热粒子检测和消除系统:采用消除火花系统来控制火花。消除系统如消防水、二氧化碳灭火器、自动应急阀等。 5)抑制系统:用在燃烧初期的防爆,规定抑制系统中抑制剂、传感器、维修等方面的设计原则。 6)阻隔:在设备、管道之间阻隔或缓和燃烧、爆燃压力等。阻隔系统主要有回转阀、阻火器、自动隔离阀系统(automatic fast-acting valve systems)、火焰检测器、化学阻隔系统和液封阻火器。 7)抗爆:在设计管道设备时,考虑爆炸可能产生的最大压力。 另外,还有一些与防爆技术相关的其它标准和规范,具体可参考附件1。2.2.3防爆标准对阻隔防爆要求的对比 目前欧美国家的相关防爆标准中只有中涉及到阻隔防爆方面,其它的防爆标准中并未对阻隔防爆技术进行要求。美国标准mil-b-87162和mil-f-87260、英国标准bs pl 8-2005和?bs pl 9-2005属于军工领域的标准,是用于飞机油箱中添加的阻隔防爆材料的。目前在石油化工领域没有相关的阻隔防爆标准。 各欧美防爆标准对阻隔防爆的要求如表2-8所示:表2-8 阻隔防爆在各欧美防爆标准中的要求对比表标准基本内容是否包含阻隔防爆应用领域nfpa 69:防爆系统通风系统、灭火系统、火焰检测器、回转阀、阻火器、自动隔离阀系统、化学阻隔系统和液封阻火器否可燃气体、蒸汽、粉尘和混合物的爆炸预防en 14373:防爆系统检测、hrd防爆系统、抑制剂、设备控制和标识否可燃气体、蒸汽、粉尘和混合物的爆炸预防mil-b-87162:用于飞机油箱抑爆的网状铝防护材料蜂窝状铝合金防爆材料是航空油箱mil-f-87260 7 february 1992:用于航空油箱抑爆的导电泡沫材料导电性聚酰胺防爆材料是航空油箱bs pl 8-2005 飞行器燃料舱中用作爆炸抑制剂和挡板材料的纤维聚酰胺材料.规范:聚酰胺防爆材料是航空油箱bs pl 9-2005 飞行器燃料舱中用作爆炸抑制剂和挡板材料的纤维聚酰胺材料.试验方法 聚酰胺防爆材料是航空油箱 3阻隔防爆技术在国内外石化领域的应用 在国外石油石化领域,应用阻隔防爆技术的公司主要有法国的total公司、奥地利的esso公司、shell公司、omv公司等,应用的主要产品为exess阻隔防爆产品和explosafe阻隔防爆产品。这里简要介绍一下两种产品在加油站的应用情况,并与国内目前在加油站应用han阻隔防爆产品进行了对比。3.1阻隔防爆技术在国外石化领域的应用3.1 .1exess阻隔防爆产品 为保证加油站的安全运行,法国total公司在3500多个加油站地下储罐的操作井里安装了exess阻隔防爆产品,如图3-1所示。奥地利的esso公司也在几个加油站的人孔室安装了exess产品,如图3-2所示。图3-1 exess阻隔防爆产品安装在操作井里(法国total公司)图3-2 exess阻隔防爆产品安装在人孔室(奥地利esso公司) 加油站人孔室安装exess产品前后的照片如图3-3所示