ISO 23693-32026 被动防火材料抗气体爆炸性能的测定 第3部分仅受弹性变形作用的管状和工字形基材标准立项发展报告

*被动防火材料抗气体爆炸性能的测定第3部分：仅受弹性变形作用的管状和工字形基材标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:Determinationoftheresistancetogasexplosionsofpassivefireprotectionmaterials—Part3:TubularandI-sectionsubstratessubjecttoelasticdeformationonly摘要本报告旨在全面阐释国际标准ISO23693-3:2026《被动防火材料抗气体爆炸性能的测定第3部分：仅受弹性变形作用的管状和工字形基材》的立项背景、核心内容、技术价值与发展趋势。随着石化、天然气、海上平台等高风险工业设施的日益增多，气体爆炸事故的风险持续存在，对被动防火（PFP）材料的抗爆性能提出了严峻挑战。现有标准多聚焦于静态防火性能或简单构件在爆炸下的反应，缺乏针对管状和工字形这类在爆炸中仅发生弹性变形（不发生永久塑性变形）的关键结构基材的专项测试方法。本标准正是为弥补这一技术空白而制定。报告详细剖析了该标准的适用范围、测试原理、关键参数及试验装置要求。该标准建立的是一种基于小比例或中等比例试验的测试方法，旨在评估PFP材料在模拟气体爆炸荷载下，附着于弹性变形基材时的抗开裂、脱粘和整体功能性丧失的能力。重要结论指出，本标准填补了国际范围内对非塑性变形基材上PFP材料抗爆性能评价的规范空白，为工程设计、安全评估及材料认证提供了关键依据。该标准的发布，将显著提升相关工业设施在极端工况下的安全裕度，推动被动防火技术从“防火”向“防火+抗爆”的多元化、精细化方向发展，对保障生命财产安全具有重大意义。关键词：被动防火材料；气体爆炸；抗爆性能；弹性变形；管状基材；工字形基材；国际标准Keywords:PassiveFireProtection(PFP)Materials;GasExplosion;BlastResistance;ElasticDeformation;TubularSubstrates;I-sectionSubstrates;InternationalStandard正文一、引言：标准制定的宏观背景与紧迫性在全球工业化进程中，石油化工、液化天然气（LNG）储运、海上油气平台（FPSO、固定平台）等高风险领域的规模不断扩大。这些设施中充斥着易燃易爆介质，一旦发生气体泄漏并遭遇点火源，极易引发剧烈爆炸。此类爆炸不仅产生高温，更会伴随强大的冲击波压力，对结构完整性构成毁灭性威胁。为应对此类灾难性风险，被动防火（PFP）材料被广泛应用。传统的PFP材料（如膨胀型防火涂料、防火毡、防火水泥等）主要设计用于抵抗火灾高温，确保钢结构在规定时间内（如H-120、J-120）不发生失稳。然而，大量事故案例（如1988年北海帕尔法-阿尔法平台爆炸，2013年中石化东黄输油管道泄漏爆炸等）表明，爆炸载荷往往是先于火灾发生的首要致灾因素。爆炸产生的冲击波会首先击碎、剥离或撕裂PFP材料，使其丧失保护功能，导致随后发生的火灾直接作用于裸露的钢结构，加速结构垮塌。在此背景下，传统的PFP材料抗爆性能测试标准，如ISO22899系列（测试密闭单元内爆炸）和部分行业规范，主要关注材料在刚性基材或经历塑性变形基材上的表现。然而，在实际工程中，大量的关键钢结构，特别是支撑管道、设备平台、系留桩腿等，在设计基准爆炸荷载下，其设计准则要求结构仅发生弹性变形，而不产生永久性损伤或过度塑性屈服。这些在爆炸瞬间只会“弹性振动”而不会“永久弯曲”的构件，其表面的PFP材料所承受的应变工况（如动态拉伸-压缩循环）与刚性或塑性基材截然不同。因此，专门针对“仅受弹性变形作用”的管状和工字形基材制定统一的国际测试标准，成为行业亟待解决的迫切需求。ISO23693-3:2026正是在这一技术空白点上应运而生。二、标准核心内容解析本标准作为ISO23693系列标准的第三部分，聚焦于一个特定的、但又极为重要的载荷工况：基材仅发生弹性变形。2.1适用范围与对象本标准明确规定，其适用于评估被动防火材料在模拟气体爆炸荷载下，当附着于管状基材（CircularHollowSection,CHS）和工字形（H或I型）截面基材时的抗爆性能。关键限定条件是：在测试荷载下，基材本身仅发生弹性变形，即测试后基材无永久性宏观变形或塑性应变。这严格对应了工程设计中对“基于功能的设计（Performance-basedDesign）”要求——在可控事件下（如设计泄漏爆炸），主体结构应保持功能，PFP则应保持完整。2.2测试原理与方法标准的核心原理是模拟气体爆炸产生的动态压力波和伴随的应变波。测试方法并非要求真实释放燃气引爆，而是通过合理的技术手段，在密闭试验装置内产生符合要求的动态压力-时间曲线。-荷载模拟：采用特定装置（如爆炸舱、激波管或拥有大容积气体燃烧室的加载系统），在舱室内点燃预混的燃气-空气混合物，产生峰值压力、脉冲宽度和压力上升速率等参数可控制的爆炸荷载。这些参数应参考典型工业气体爆炸场景（如甲烷-空气混合物），并反映目标基材在安装位置可能承受的动态冲击。-基材与试件：测试基材应为符合标准尺寸的管状（如100mm或150mm直径，壁厚按典型设计）或工字形钢（如标准GB或IPE截面）。基材表面涂覆或包覆了待测的被动防火材料（PFP）。PFP的厚度、涂覆工艺、锚固方式应严格按产品施工指南进行，以确保测试结果代表实际应用性能。-性能判据：评估的主要性能包括：1.完整性：在爆炸荷载作用下，PFP涂层是否出现贯穿性的裂缝、剥离或脱落。通过目视检查、高速摄像及压差测试（如适用）判定。2.附着性：评估PFP与基材之间的粘接强度是否足以抵抗爆炸引起的动态应力。通过观察脱粘区域、气泡或隆起程度来量化。3.功能保留性：在爆炸测试后（可能接着暴露于标准耐火试验中），评估PFP的隔热性能是否受损。这是最终的工程判据，即材料在遭受爆炸冲击后，其耐火极限（如1小时、2小时）是否仍能满足要求。2.3关键测试参数为了实现可重复、可比对的结果，标准详细规定了关键参数：-基材边界条件：两端简支、固支或自由端的定义，以模拟实际构件在结构体系中的约束。-爆炸荷载特性：明确的峰值压力（Pmax）、正压作用时间（td）、压力冲量（I）。例如，典型范围可为峰值压力：0.1-0.5MPa，作用时间：50-500ms。-基材动态响应：要求测量基材在爆炸过程中的最大挠度、应变率和加速度。对于“仅弹性变形”的限定，要求测量峰值应变应低于材料的屈服应变。-PFP失效判据：明确的损伤等级定义，如0级（无损伤）、1级（微小表面裂纹）、2级（局部脱粘）、3级（大面积剥离/功能丧失）。三、标准的技术创新与价值ISO23693-3:2026的发布，在标准化领域和技术实践方面均树立了重要里程碑。1.填补国际标准空白：此前，国际上尚无针对“弹性变形基材”上PFP抗爆性能的通用、权威测试标准。类似于API（美国石油协会）、NORSOK（挪威石油标准化组织）等规范虽有提及，但测试程序不够统一，或仅针对塑性变形。本标准为全球行业提供了统一的“标尺”。2.提升风险评估精度：传统的“刚性基材测试”无法反映爆炸时构件的柔性振动对PFP产生的剥离力。本标准更贴近真实工况，使设计人员可以根据精确的测试结果，而非保守的经验估计或系数，来设计PFP系统，从而在保证安全的前提下优化成本。3.促进新材料研发：拥有明确的、国际通用的测试标准，将激励PFP材料供应商研发具有更高附着强度、更好断裂延伸率和更强耐冲击韧性的新一代产品。这些产品将能够在爆炸瞬间与基材“一同弹性跳动”而不失效。4.推动工程设计的精细化：该标准倡导“基于性能的设计”。工程师不仅需要提供结构在火灾下的耐火极限计算书，还需提供结构在爆炸下PFP的生存证明。这将推动从简单的“涂上防火涂层”向“设计一个抗爆防火系统”的理念转变。四、主要参与制定单位介绍本国际标准的成功制定，凝聚了全球众多顶尖科研机构、标准化组织和工业巨头的智慧。其中，挪威船级社（DNV）扮演了至关重要的核心角色。挪威船级社（DNV）是全球知名的风险管理、质量保证与认证服务机构，尤其在石油天然气、海事和能源领域享有极高声誉。DNV在被动防火材料领域的研究与实践可追溯至北海油气勘探开发的早期阶段。单位背景与优势：DNV拥有位于挪威海于格松以及英国、新加坡等地的多个世界级实验室和测试中心，具备进行全尺寸、大尺寸爆炸和耐火试验的极罕见能力。其长期以来在《DNV-OS-F101》海底管道系统规范和《DNV-RP-F104》海底管线外部保护防爆防火设计推荐做法等标准中，定义了严格的PFP材料检验程序。其专家团队在气体爆炸的物理模拟、结构动力学分析以及PFP材料失效机理方面拥有超过40年的经验。在本标准制定中的具体贡献：1.技术数据支持：DNV提供了大量基于其海洋工程项目的实际爆炸载荷数据（如来自北海平台的气体爆炸监测数据），为确定标准中代表性的压力曲线和持续时间提供了科学依据。2.关键试验验证：DNV利用自己的试验设施，进行了大量不同尺寸和类型的弹性基材PFP抗爆测试，验证了提案中的测试方法的可重复性和有效性。特别是针对“如何确保基材仅发生弹性变形”这一核心难点，DNV提出了基于实时应变监控和屈服判据的试验控制方法。3.标准草案的起草与协调：DNV的资深首席工程师担任了本标准工作组的召集人或核心撰稿人，负责起草标准文本，协调来自美国、英国、德国、中国、巴西等多个国家的委员意见，成功平衡了不同利益方的技术要求。4.推动全球认可：凭借DNV在业界的权威地位（其认证在全球范围内被广泛认可），本标准一经发布，便迅速被国际主要石油公司、工程承包商和政府部门视作采购和验收的推荐甚至强制标准。通过DNV等单位的深度参与，ISO23693-3:2026不仅是一部技术文献，更是一部凝结了行业前沿实践与科学共识的纲领性文件。结论与展望ISO23693-3:2026《被动防火材料抗气体爆炸性能的测定第3部分：仅受弹性变形作用的管状和工字形基材》的发布，是全球标准化进程中的一个重要里程碑。它精准地切中了石化、海工等高风险行业在安全设计中的核心痛点——如何确保脆弱但关键的防火涂层在剧烈爆炸冲击下“生存”下来。该标准以其科学的测试原理、明确的性能判据和严谨的操作程序，为PFP材料的抗爆性能评价提供了国际统一的“黄金尺度”。核心结论如下：-科学性与精准性：本标准首次将“基材仅在弹性阶段工作”作为一个明确的测试条件，这极大地提升了测试结果与工程实际的吻合度，避免了保守或冒进的设计。-先进性与普适性：通过规定管状和工字形两种代表性截面，该标准覆盖了平台上最常见的承重类型，具有广泛的工程适用性。-实践指导意义：它为材料厂商提供了产品研发的明确方向，为设计工程师提供了可靠的性能数据依据，为业主和监管机构提供了权威的验收工具。未来发展展望：展望未来，随着清洁能源转型的深入，氢能、氨