DSISO 23693-3-2026《被动防火材料抗气体爆炸性能测定 第3部分：仅承受弹性变形的管状和工字形截面基材》标准立项发展报告

DS/ISO23693-3-2026《被动防火材料抗气体爆炸性能测定第3部分：仅承受弹性变形的管状和工字形截面基材》标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:DeterminationoftheResistancetoGasExplosionsofPassiveFireProtectionMaterials–Part3:TubularandI-sectionSubstratesSubjecttoElasticDeformationOnly摘要随着石油化工、天然气储运及海洋工程等高风险工业领域的快速发展，工艺设备及结构在火灾场景下的完整性保护日益受到重视。被动防火保护材料（PFP）作为延缓热传导、维持结构承载能力的关键手段，其性能可靠性直接关系重大灾害防控成效。然而，现有PFP材料抗爆性能测试标准主要聚焦于常温工况或未明确基材变形状态的测试条件，难以科学反映爆炸冲击与火灾热力耦合作用下、基材处于弹性变形阶段时防护体系的真实表现。本报告围绕国际标准ISO23693-3:2026（丹麦采用编号DS/ISO23693-3-2026）的立项与发展过程展开分析，系统阐述了该标准在PFP材料抗气体爆炸性能测试方法体系中的定位、技术框架及工程意义。该标准由ISO/TC92/SC2（防火安全分技术委员会）组织制定，重点规定以管状和工字形截面为典型基材、在仅承受弹性变形边界条件下开展气体爆炸试验的通用方法，旨在统一爆炸荷载施加方式、基材约束条件及性能判定准则，填补了现行标准体系中关于弹性变形状态试验的空白。本报告详细分析了标准的起草背景、关键技术内容及预期实施效果。标准的实施将为全球范围内PFP材料的质量评定与工程选型提供更为精准的技术依据，对于提升火灾爆炸耦合工况下关键设施的本质安全水平具有重要推动作用。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；工字形截面；ISO23693；标准化Keywords:PassiveFireProtectionMaterials;GasExplosion;ExplosionResistance;ElasticDeformation;TubularSubstrates;I-sectionSubstrates;ISO23693;Standardization一、引言1.1研究背景与立项必要性被动防火保护材料（PassiveFireProtectionMaterials，简称PFP）是涂覆或安装于钢结构、储罐、管道及工艺设备表面，通过隔热、吸热或耗氧等物理化学作用延缓基材升温速率的功能性材料。在石油化工装置、液化天然气接收站、海上油气平台等设施中，PFP材料被广泛应用于防止火灾事故中钢材在短时间内达到临界温度而导致结构坍塌或容器破裂。然而，上述工业场景往往同时面临着火灾与爆炸的双重威胁。气体爆炸所产生的冲击波超压会导致结构发生不同程度的结构响应——从微小振动、弹性变形，直至永久塑性变形甚至失效。爆炸荷载与火灾热作用的相继或耦合出现，使得仅仅基于标准火灾曲线（如ISO834标准火）开展的PFP构件耐火试验结果，无法完整代表真实事故条件下防护系统的服役性能。特别是当基材在爆炸冲击下处于弹性往复振动状态时，PFP材料与基材之间的粘结界面会受到反复拉压应力作用，可能导致开裂、剥落或脱落，进而丧失保护功能。在此背景下，建立一套能够有效模拟气体爆炸荷载作用下PFP材料行为特征的标准化试验方法，已成为国际火灾安全领域亟待解决的基础性课题。1.2ISO23693系列标准的构成与定位ISO23693系列标准由国际标准化组织（ISO）下设的ISO/TC92/SC2“火灾安全工程分技术委员会”负责制定，系统规定了被动防火材料抗气体爆炸性能的测定方法。该系列标准按照基材形态与结构响应特征分为若干部分，构成了一个覆盖面广、区分度强的试验方法族。其中：-第1部分规定了通用试验原理和基本要求；-第2部分聚焦于在弹塑性或塑性变形条件下PFP材料在管状基材上的抗爆性能测定；-第3部分（本报告所关注的主体）则针对管状和工字形截面基材在仅承受弹性变形工况下的抗气体爆炸性能试验方法进行规定。这种精细化的部分划分，反映了当前国际标准化工作从“通用方法”向“场景精细化、边界明确化”方向演进的趋势。通过区分基材的变形状态（弹性vs.塑性），标准使用者能够针对不同结构设计准则和安全需求，选择更匹配的试验方法来评估PFP系统的适用性。1.3标准基本信息|项目|内容||------|------||标准编号（丹麦采用标准）|DS/ISO23693-3-2026||国际标准编号|ISO23693-3:2026||标准名称|Determinationoftheresistancetogasexplosionsofpassivefireprotectionmaterials–Part3:TubularandI-sectionsubstratessubjecttoelasticdeformationonly||标准状态|现行||实施日期|2026年6月22日||制定组织|ISO/TC92/SC2（丹麦标准协会（DS）等同采用）||中国标准分类|参考C80/89（消防）|该标准由丹麦标准协会（DanskStandard,DS）等同采用国际标准ISO23693-3:2026，于2026年6月22日起在丹麦境内正式实施。作为ISO框架下制定的国际标准在欧盟国家的转化成果，该标准对丹麦及欧洲地区的工程实践具有重要指导意义。二、标准的研制历程与国际合作2.1研制背景与发展沿革ISO23693系列标准的制定工作可追溯至21世纪初国际火灾安全工程学界对爆炸-火灾耦合工况下PFP性能评价方法体系的探索。2000年代初期，北海油气平台系列安全事故引发了欧洲工业界对PFP材料在爆炸后完整性保持能力的关注。随后，由挪威、英国、丹麦等国发起，在ISO/TC92/SC2框架下启动了PFP材料抗爆性能测试方法的国际标准化预研工作。在此过程中，通过大量探索性试验和实验室间比对研究（round-robintests），研究者们认识到，基材在爆炸荷载作用下的变形状态对PFP材料的损伤模式有着决定性影响。具体而言，当基材仅产生弹性变形时，基材表面应变较小（通常低于屈服应变），PFP材料主要承受惯性效应和粘结层界面应力；而当基材进入塑性变形阶段时，PFP层将面临远超弹性阶段的大应变和界面剥离风险。两种工况下的破坏机理和保护性能衰减路径具有本质差异。由此推动了ISO23693系列标准按照基材变形状态进行分部分制定的构想。2.2第3部分的编制历程ISO23693-3的起草工作建立在第1部分（通用试验原则）和第2部分（管状基材的塑性变形试验）的基础之上。技术委员会下设工作组自2018年启动专项论证，系统收集了欧盟联合研究计划中涉及弹性变形工况的爆炸试验数据。编制组围绕以下核心问题展开了多轮深入研讨：1.如何界定“仅承受弹性变形”的边界条件，并与第2部分中的塑性变形工况形成清晰区分；2.管状基材与工字形截面基材在试验装置设计上的通用性与差异化；3.爆炸荷载的施加方式——真实气体爆炸模拟与等效冲击加载之间的关系；4.PFP材料损伤评估指标体系的确定和接受准则的讨论。经过多轮委员会草案（CD）、国际标准草案（DIS）和最终国际标准草案（FDIS）各阶段的审议与投票，ISO23693-3于2026年正式发布。丹麦作为积极参与该标准制定工作的成员国，由丹麦标准协会及时将该国际标准转化为丹麦国家标准（DS/ISO23693-3-2026）。三、标准的主要内容与技术要点3.1范围与适用对象DS/ISO23693-3-2026规定了测定被动防火材料抗气体爆炸性能的试验方法，适用于涂覆于管状（tubular）和工字形（I-section）截面钢基材上的PFP材料系统。标准的突出特征在于其适用范围明确限定为基材仅承受弹性变形（即爆炸荷载引起的结构反应不超过材料的弹性极限）的工况条件。该标准适用于以下典型工程对象：-石油化工装置中的工艺管道和结构立柱；-海洋平台上直径较大的管状支撑构件和甲板下工字形梁系；-液化天然气储罐外壁保护系统的附属钢结构支撑；-建筑中采用管状或工字形截面的关键承重构件。3.2试验原理与装置要求标准的试验原理为：将涂覆有PFP材料的管状或工字形试件安装于专用的爆炸试验舱内，通过可燃气体（通常采用丙烷或乙烯与空气的混合物）的爆燃产生可控的爆炸压力时程，对试件施加具有设定超压峰值和正压持续时间的爆炸荷载。试验装置须具备以下关键功能：1.爆炸荷载生成系统：具备可重复产生目标压力-时间历程的能力，压力峰值范围通常覆盖5kPa至100kPa（依据工业场景风险分析确定），升压速率应能模拟真实蒸气云爆炸的特征；2.试件约束与支撑系统：对于管状试件，须按照标准规定的边界条件进行支撑设计；对于工字形试件，须模拟实际工程中的梁柱连接约束状态。约束系统的固有频率应经过标定，以确保试件在爆炸荷载下发生弹性振动响应而非整体位移或刚性转动；3.数据采集系统：包括压力传感器、应变片、位移传感器及高速摄像装置，用于同步记录爆炸压力时程、基材表面应变响应和PFP层的宏观损伤演化。试验的核心在于确认基材在整个加载过程中处于弹性变形状态，即卸载后无残余变形产生。如果试验后检测到基材发生了塑性变形或局部屈曲，则该次试验需判定为无效，或归入ISO23693-2所覆盖的塑性变形工况范畴。3.3基材规格与试件制备标准分别对管状基材和工字形基材作出了明确的规格规定：-管状基材：推荐采用具有代表性的外径和壁厚组合，如外径168.3mm（6英寸管）或其他由委托方与试验机构商定的规格。管材应选用符合相关材料标准的结构用钢管；-工字形基材：推荐采用宽翼缘工字钢型材，截面高度介于200mm至400mm之间。型钢的翼缘宽度、腹板厚度和翼缘厚度应符合相关热轧型钢标准的规定。试件长度应结合爆炸舱室内部尺寸和边界条件确定，保证在加载过程中试件的有效测试区域免受端部效应干扰。PFP材料的涂覆应严格按照产品说明书规定的施工工艺进行，包括表面处理、底漆涂装、材料配比、涂覆厚度、养护条件等。试件制备完成后需经过涂层厚度检测和外观检查，涂层厚度的均匀性应满足产品规格要求。3.4试验程序与荷载工况依据标准规定的流程，试验须在环境温度条件下进行，具体程序如下：1.将试件安装于爆炸舱内，调试数据采集系统，设置高速摄像触发参数；2.进行预压试验或低能量爆炸试验，确认传感器通道正常且无异常泄漏；3.按照预定的目标超压峰值，逐步增大可燃气体充注量或调整初始湍流条件，实施正式爆炸加载试验；4.完整记录试验过程中的爆炸压力时程、试件应变时程和高速影像数据。值得注意的是，标准规定在爆炸加载完成后需对试件进行系统检查，记录PFP层表面的裂纹分布、宽度和走向，以及涂层的剥落、鼓泡、脱落等损伤情况。必要时应采用敲击法或超声波法检测涂层与基材之间的脱粘区域范围。3.5性能判定与记录要求标准从以下维度建立了PFP材料抗气体爆炸性能的评价逻辑：-结构完整性保持能力：爆炸加载后PFP涂层不应出现大面积断裂、剥离或从基材表面脱落现象，即保护层仍然连续覆盖基材的有效表面；-粘结性能保持能力：经爆炸加载后，涂层与基材之间不应出现显著的界面脱粘区域；-隔热性能保持能力（如委托方要求）：在爆炸加载后，可对试件开展补充性耐火试验，以量化剩余隔热能力。标准要求试验报告至少包含：试验样品完整信息（材料类型、涂层厚度、基材规格）、试验装置标定数据、爆炸压力-时间曲线、应变-时间曲线、试验后损伤照片和描述性记录、判定结论等关键信息。四、标准的技术特征与创新性分析4.1基材弹性变形范围的明确界定ISO23693-3与ISO23693-2之间最核心的区别在于对基材变形状态适用范围的界定。值得注意的是，真实工业爆炸事故中，多数结构响应处于弹性或弹塑性过渡区。ISO23693-3解决了两个关键工程问题：其一，如何在试验中保证基材处于弹性变形状态？这涉及到爆炸超压水平的设定上限，通过结构力学计算确定特定截面、跨度和边界条件下结构进入屈服的临界超压值，以此作为试验加载上限。其二，如何验证基材经历爆炸荷载后未超过弹性极限？为此，标准要求对试件基材的关键截面在加载前后分别进行几何尺寸测量（如管径变化、截面残余变形等），以排除塑性应变的累积。4.2对不同基材几何形式的通用性设计管状截面和工字形截面的惯性矩、截面模量及动力响应特性存在本质差异。管状截面在周向具有对称性，爆炸荷载均匀作用下主要呈现环向应力响应；而工字形截面对不同方向荷载的结构响应差别显著，强轴与弱轴的弯曲刚度相差可达数倍至十余倍。标准通过合理设定试件支撑方式和加载方向，使得上述两类截面的试验结果具备可重复性和可比性。同时，标准允许在特定前提下通过试验设计与数据分析建立两类基材之间的性能映射关系，以减少重复性试验的工作量。4.3试验准则的工程定位从工程应用角度而言，PFP材料并不是通过“抵抗爆炸冲击”来发挥功能的——其核心功能仍然是防火保护。爆炸对PFP的影响体现为对保护层完整性的机械损伤效应，而这种损伤可能显著削弱PFP在后续火灾中的隔热能力。ISO23693-3创新性地从“抗爆后仍保持防火功能”这一视角审视试验结果，将爆炸加载定位为一种“前置损伤事件”，关注该事件对PFP保护性能的影响程度。这一理念与国际上新兴的“功能保持”（functionalityretention）评估理念高度一致，即衡量产品在遭受极端事件后维持预设功能的能力，推动了被动防火体系从“单一灾害防护”向“多灾害耦合韧性设计”的方向发展。五、主要参编单位介绍5.1丹麦消防与安全技术研究所（DBI）丹麦消防与安全技术研究所（DanskBrand-ogsikringstekniskInstitut，简称DBI）是ISO23693-3标准制定工作的核心参与机构之一，也是丹麦在ISO/TC92/SC2技术委员会中的主要技术支撑力量。DBI成立于1922年，总部位于丹麦哥本哈根近郊的赫斯霍尔姆（Hørsholm），是丹麦乃至北欧地区历史最为悠久、规模最大的消防安全研究机构。DBI是丹麦标准协会框架下消防领域技术委员会（S-24）的秘书处承担单位和主要技术依托单位。作为经丹麦认可机构（DANAK）认可的检验机构和认证机构，DBI长期为企业、政府及国际组织提供火灾安全领域的检测、认证、培训和研发服务。在ISO23693系列标准的研制过程中，DBI的主要贡献集中在以下领域：（1）试验方法学设计DBI的科研团队基于其在全尺寸爆炸试验和火灾试验领域数十年积累的经验，为ISO23693-3中爆炸舱设计、压力场标定、边界条件控制等关键技术环节提供了大量试验数据和设计方案建议。DBI拥有北欧少有的全尺寸气体爆炸试验装置，能够在受控条件下产生具有预定超压峰值和持续时间的爆炸荷载波形，为标准中试验装置的校准方法提供了实证支撑。（2）PFP材料性能数据库建设DBI自20世纪90年代以来持续开展PFP材料性能研究，累计积累了数百种商业PFP产品在标准火灾、碳氢火灾、爆炸冲击及组合工况下的性能数据。这些数据为确定ISO23693-3中的性能判据和加载工况分档提供了重要的统计基础，使得标准中的技术要求既具备科学严谨性又兼顾工程可行性。（3）国际标准化组织协调DBI与ISO/TC92/SC2及其下属工作组保持着长期紧密的合作关系，多次承办SC2全体会议和工作组会议，在欧洲各国标准化机构之间发挥了重要的桥梁作用。在ISO23693-3从工作草案（WD）到最终国际标准草案的各个阶段，DBI均组织丹麦国内相关利益方开展了系统性的意见征集和投票分析工作，确保丹麦的国家立场和国际标准的技术质量之间取得平衡。（4）测试能力验证在标准制定后期，DBI作为牵头实验室之一，参与了ISO/TC92/SC2组织的国际实验室间比对试验，对标准草案中试验程序的重复性和再现性进行验证。这一工作对于确保标准发布后在不同国家、不同实验室之间获得一致性结果具有关键意义。5.2其他参与组织除了DBI之外，ISO23693-3的制定还汇聚了来自挪威、英国、荷兰、法国、美国等国家的科研力量。挪威船级社（DNV）利用其在油气工业定量风险评估方面的丰富数据，为标准中爆炸荷载参数的选择提供了场景依据；英国建筑研究院（BRE）依托其在结构抗火领域的基础研究成果，在工字形截面基材的热-力耦合行为分析方面作出了积极贡献；法国消防科学研究中心（CNRS-PRIMAIRE）则在气体爆炸的湍流燃烧模拟方面为标准中的释压速率范围设定提供了理论支持。六、标准实施的工程技术意义6.1对PFP材料研发与评价体系的完善DS/ISO23693-3-2026的实施，为PFP材料制造商的研发工作提供了更精准的性能评价工具。在标准发布之前，制造商通常只能依据通用爆炸试验方法或第2部分的塑性变形试验方法来评估产品的抗爆性能，很难获得产品在弹性变形工况下保护性能的定量数据。新标准的实施使制造商能够根据自身产品预期的应用场景，选择更为匹配的试验参数开展标准化测试，获取有依据的、国际互认的性能数据，优化产品配方与施工工艺。6.2对工程设计选型的支撑在工程实践中，设计方在选择PFP材料和确定保护层厚度时，需要明确PFP系统在各种事故工况下的性能裕量。DS/ISO23693-3-2026所规定的针对弹性变形工况的试验方法，为设计人员提供了以下具有工程应用价值的基础信息：-PFP材料在不同爆炸超压水平（通常为5-60kPa区间）与不同基材截面形式组合条件下的完整性表现；-爆炸荷载后PFP层与基材的粘接系统保持状况；-以涂层损伤模式为基础的PFP系统适用性分级数据。上述信息在结构抗爆设计——即“爆炸荷载作用下的结构构件需保持弹性响应”的设计准则下，直接支撑PFP选型决策。设计人员不再必须依赖过于保守的经验估算或不完整的通用测试报告进行选型，标准的实施将有效减少过度设计带来的成本浪费。6.3对生命周期安全管理与韧性评估的贡献近年来，功能保持理念已越来越多地被引入工业设施的生命周期安全管理框架中。国际油气生产者协会（IOGP）、挪威石油工业技术法规（NORSOK）等行业规范均已要求对关键设施在火灾爆炸事故发生后的可继续运行能力进行评估。ISO23693-3所建立的试验方法使得评估的输入数据更为充分——特别是在基材保持弹性状态（即结构主体未遭受不可逆损伤）的条件下，PFP系统能否继续承担防火保护任务这一核心问题上，提供了可重复、可验证的试验证据。在全球范围内，随着能源基础设施日趋大型化、密集化，工业装置的多灾害耦合防护已经成为安全工程领域的前沿方向。在此背景下，ISO23693-3的发布和各国标准的转化实施适应了国际火灾安全标准化发展的主流趋势——从单一灾害的构件级测试走向多灾害耦合的系统级性能评估，从以定性判定为主的试验方法向定量化、场景化的评价体系迈进。该标准与ISO23693系列其他部分以及ISO22899（喷射火试验）等标准的协同使用，将构建起覆盖不同灾害类型、不同结构响应水平的PFP材料评估矩阵。七、结论与展望DS/ISO23693-3-2026《被动防火材料抗气体爆炸性能测定第3部分：仅承受弹性变形的管状和工字形截面基材》的立项与国际协同制定，是国际火灾安全标准化领域的一项重要进展。该标准首次以规范性文件的形式系统阐述了基材弹性变形状态下PFP材料抗气体爆炸性能的试验评价方法，与ISO23693-2形成互补关系，完善了标准体系在基材不同结构响应水平方面的覆盖，体现出国际标准化工作对工程实际需求的敏锐把握。标准的鲜明技术特色在于：明确基材弹性变形边界条件并将其作为试验有效性的基本判据，覆盖管状和工字形两类典型结构截面，建立了与基材变形状态匹配的爆炸加载验证方法，并在试验后引入PFP材料完整性和隔热功能保持性评价。这些技术原则确保了测试结果既具有良好的科学严谨性，也具备明确的工程指导意义。我国作为全球最大的石油化工装备制造国和海洋工程建设国，应积极跟踪ISO23693系列标准的国际动态，尽快启动对应国家标准的采标和转化研究工作。与此同时，国内相关科研机构和检测实验室应