ISO 22899-32025 被动防火材料抗喷射火性能的测定 第3部分扩展试验要求标准立项发展报告

被动防火材料抗喷射火性能的测定第3部分：扩展试验要求StandardizationDevelopmentReport:DeterminationoftheResistancetoJetFiresofPassiveFireProtectionMaterials—Part3:ExtendedTestRequirements摘要随着石油化工、液化天然气储运及海上油气开采等高风险工业领域的快速发展，喷射火事故已成为威胁设施安全与人员生命的重大风险源之一。被动防火材料作为保障钢结构等关键构件在火灾环境下维持结构完整性的核心防护手段，其抗喷射火性能的可靠评价直接关系到工程安全设计的科学性与有效性。国际标准化组织（ISO）于2025年1月23日正式发布ISO22899-3:2025《被动防火材料抗喷射火性能的测定第3部分：扩展试验要求》，该标准在ISO22899-1:2007确立的基础试验方法之上，针对复杂工程场景中高温、高压、高剪切力及长时间热暴露等严苛条件，系统规定了扩展试验的试验装置、测试程序、数据采集与性能判定准则。本报告全面梳理了该标准的立项背景、编制历程、核心技术内容及其与相关标准体系的衔接关系，深入分析了标准的主要技术特点与创新突破，并介绍了标准起草工作中主要参与单位的贡献。该标准的实施将显著提升被动防火材料抗喷射火性能评价的准确性与适用性，为全球高风险工业设施的消防安全设计与被动防火产品的工程应用提供重要的技术支撑与规范指导。关键词：被动防火材料；喷射火；扩展试验；标准制定；ISO22899；耐火性能；火灾安全工程Keywords:PassiveFireProtectionMaterials;JetFire;ExtendedTest;Standardization;ISO22899;FireResistance;FireSafetyEngineering1引言1.1研究背景喷射火（JetFire）是指pressurized可燃气体或液体从破口处持续泄漏并被点燃后形成的湍流扩散火焰，其典型特征包括极高的热流密度（可达300–500kW/m²）、强烈的火焰冲击力、高速气流携带的颗粒侵蚀作用以及局部高温（火焰温度通常可达900–1200°C）。在石油天然气开采、炼油化工、液化天然气储运以及海上平台等工业设施中，喷射火被视为最严峻的事故场景之一。历史上多起重特大工业火灾事故，如1988年英国北海PiperAlpha平台事故、2010年墨西哥湾深水地平线事故等，均与喷射火的发生及其对结构设施的毁灭性破坏密切相关。被动防火材料（PassiveFireProtectionMaterials,PFP）作为不依赖外部能源和主动触发机制、通过材料自身物理化学特性实现隔热防火功能的工程材料，广泛应用于钢结构承重构件的防火保护。常见的被动防火材料包括厚涂型防火涂料、膨胀型防火涂料、防火板、防火毡及水泥基防火砂浆等。在喷射火场景下，被动防火材料需要在极短的时间内承受远超标准火灾曲线的热冲击，同时抵御火焰的机械冲刷和侵蚀作用，其性能评价对保障工程安全至关重要。1.2标准体系演进ISO22899系列标准的制定工作始于21世纪初。随着国际石油和天然气工业对喷射火防护需求的日益迫切，国际标准化组织火灾试验技术委员会（ISO/TC92/SC2）着手制定专门针对被动防火材料抗喷射火性能的试验方法标准。2007年，该系列标准的第1部分ISO22899-1:2007《被动防火材料抗喷射火性能的测定第1部分：一般要求》正式发布，确立了一种基于丙烷燃料的喷射火试验方法，规定了试验装置的基本配置、火焰特性、试样制备和性能评定准则。然而，随着工程实践的深入和技术研究的推进，ISO/TC92/SC2认识到基础试验方法存在若干局限性：其一，基础试验的火灾场景相对简化，未能充分覆盖实际工业事故中可能出现的极端条件（如超高温、超长时间暴露、多喷嘴布置等）；其二，实际工程中喷射火可能伴随多种失效模式，基础方法对材料在复杂载荷耦合作用下的性能表现评价不足；其三，不同产品类型和应用场景对扩展性能验证提出了差异化需求。基于上述背景，ISO/TC92/SC2于2018年正式启动第3部分的编制工作，旨在建立一套更加严格和全面的扩展试验要求体系。1.3标准基本信息ISO22899-3:2025《被动防火材料抗喷射火性能的测定第3部分：扩展试验要求》于2025年1月23日由国际标准化组织正式发布，标准状态为现行有效。该标准归属于建筑材料和构件的阻燃性分类体系（ICS分类号：13.220.50），采用英文作为官方语言版本。标准的发布标志着国际标准化组织在被动防火材料抗喷射火性能评价领域形成了"基础方法+扩展要求"的完整标准框架。1.4目的与意义本标准的制定旨在解决以下核心问题：一是为需要在超出基础试验条件范围之外进行性能验证的被动防火材料提供统一的扩展试验技术规范；二是建立更加贴近实际事故场景的试验条件设定方法，提高试验结果与工程实际的相关性；三是完善被动防火材料在不同工业应用场景下的性能评价体系，为工程设计、产品认证和市场监管提供权威依据。2标准主要内容2.1范围与适用领域ISO22899-3:2025明确规定其适用于在ISO22899-1规定的基础试验之外，需要进行扩展试验的被动防火材料产品。扩展试验并非对所有被动防火材料的强制性要求，而是针对以下情况的技术补充：一是材料拟应用于遭受极端喷射火风险的关键设施或结构部位；二是材料生产企业需要通过更加严苛的试验来证明产品在特殊工况下的性能裕度；三是对已通过基础试验的产品需要进行更高等级性能区分和评价的情形。从适用产品类型来看，本标准的适用范围覆盖了用于钢结构、储罐、管道、阀门及工艺设备等工业设施防火保护的各类被动防火材料，包括但不限于膨胀型防火涂料、非膨胀型厚涂防火涂料、防火板、防火毡、防火包裹系统等。在应用场景方面，标准主要面向以下高风险工业领域：（1）石油天然气开采与加工设施（包括陆上及海上设施）；（2）液化天然气（LNG）液化、储存与再气化设施；（3）炼油与石化工厂；（4）化学品储运设施。对于上述领域中涉及喷射火风险评价和防火设计的关键环节，本标准的扩展试验要求为相关方提供了科学的验证手段。值得注意的是，标准明确排除了以下范围：（1）主动防火系统（如自动灭火系统）的性能要求；（2）防火材料在标准火灾曲线（如ISO834标准火灾）下的性能评价（该部分由其他标准如ISO834、EN13381系列等覆盖）；（3）防火材料的长期耐久性、老化性能及环境适应性评价。2.2规范性引用文件本标准在技术内容上与其他国际标准形成了紧密的引用关系，主要规范性引用文件包括：-ISO22899-1:2007（或最新版本）：作为本系列标准的基础文件，规定了喷射火试验的基本方法、试验装置和性能评定原则。本标准的扩展试验在多个技术环节以ISO22899-1的规定为基础。-ISO834-1:1999：火灾试验—建筑构件—第1部分：一般要求。用于规定耐火试验的通用条件和温度-时间曲线。-ISO13943:2017：消防安全—词汇。为标准的术语定义提供基础。-ISO5725-1:1994（或最新版本）：测量方法与结果的准确度（真实度与精密度）—第1部分：一般原则与定义。用于规范的试验数据统计分析。-ISO/IEC17025:2017：检测和校准实验室能力的通用要求。对执行本标准的试验实验室的能力条件提出了要求。上述引用文件共同构成了本标准实施的技术基础，确保了标准体系的协调一致性和技术方法的可追溯性。2.3术语和定义标准在第3章对下列关键术语进行了明确定义，以确保标准实施的一致性和技术交流的准确性：-喷射火（JetFire）：pressurized可燃流体从破裂或破损的工艺设备中持续泄漏并被点燃后形成的、具有显著动量效应的湍流扩散火焰。-扩展试验（ExtendedTest）：在ISO22899-1规定的基础试验条件之外，通过提高试验严酷度、延长试验时间或改变试验布置等方式进行的补充性喷射火试验。-被动防火材料（PassiveFireProtectionMaterial）：通过材料自身的物理和化学特性，在不依赖外部触发机制的情况下，为基材提供隔热和防火保护的材料或材料系统。-临界温度（CriticalTemperature）：在规定的试验条件下，被保护基材的温度达到可能导致其承载能力显著降低或失效的温度阈值。-损伤半径（DamageRadius）：喷射火火焰直接冲击区域内，被保护基材表面发生显著物理或力学性能退化区域的等效半径。-热释放速率（HeatReleaseRate）：在规定的燃烧条件下，单位时间内材料燃烧释放的热量。-火焰冲击压力（FlameImpingementPressure）：喷射火火焰对被保护表面产生的动压作用。-性能判据（PerformanceCriterion）：用于判定被动防火材料在扩展试验条件下是否满足规定性能要求的量化指标。2.4扩展试验条件设定扩展试验的核心设计理念在于对实际喷射火事故场景中关键危险要素的系统模拟。与基础试验相比，扩展试验的主要技术差异体现在以下方面：（1）热流密度与温度水平。基础试验的典型热流密度通常设定在约250–350kW/m²范围，对应火焰温度约1100°C左右。扩展试验则允许将热流密度提升至350–500kW/m²以上，以模拟大型碳氢化合物喷射火事故中的极端热载荷。在温度方面，扩展试验增加了对火焰直接冲击区域局部高温（可达1300°C以上）的模拟要求。（2）试验时间。ISO22899-1基础试验的标准持续时间为120分钟。扩展试验则根据应用场景的风险等级和防护要求，规定了30分钟、60分钟、120分钟和240分钟等多个持续时间等级，同时也允许委托方与试验机构协商确定更长的试验时间。（3）试样布置与火焰角度。扩展试验增加了火焰冲击角度对性能影响的评价要求，包括火焰垂直冲击、倾斜冲击（30°、45°、60°）和水平冲击等多种工况。同时，对于大尺寸试样，扩展试验还要求采用多燃烧器阵列的布置方式，以模拟实际事故中大面积火焰覆盖的情况。（4）环境与边界条件。扩展试验增加了对试样初始含水率、环境风速范围以及背火面边界条件的控制要求。2.5试验装置要求在试验装置方面，标准在ISO22899-1的基础上提出了更高的技术指标和控制精度要求。核心要求如下：-燃烧器系统：试验装置应配备能够稳定产生规定热流密度的燃烧器系统，燃料推荐采用丙烷或丙烷与空气的混合气。燃烧器的喷嘴尺寸、出口流速和喷射角度应可调节，以适应不同试验条件设定。燃烧器系统应能够在不中断试验的情况下保持火焰特性稳定，其稳定性能应在试验全过程中控制在±3%以内。-燃料供应系统：燃料供应系统应确保在整个试验期间燃料流量和压力的稳定，配备高精度的质量流量控制器和快速切断阀。燃料流量测量精度要求不低于±1%读数。-热流密度测量装置：试验区域内的热流密度应采用水冷式热流传感器或Gardon式热流计进行测量和标定，测量不确定度不大于±5%。-温度测量系统：试样背火面温度、内部温度梯度和火焰温度应采用K型或S型热电偶进行测量，测量精度符合IEC60584-1相关要求。所有温度数据应由经过校准的数据采集系统连续记录。-火焰特性表征装置：应配备用于测量和记录火焰几何形状（火焰长度、宽度、高度）的高速摄像系统，以及对火焰冲击压力进行表征的压力传感系统。2.6试验程序扩展试验程序按照"初始检查→条件设定→试验执行→数据采集→结果评定"的基本流程组织实施，标准对各环节的规范性操作要求如下：（1）试验准备阶段。包括试样制备、状态调节、初始尺寸与质量测量以及试验装置的标定。试样制备应符合ISO22899-1的相关规定，厚度和基材类型的选择应反映实际工程应用情况。（2）初始条件设定与验证。在正式试验开始前，应进行不少于15分钟的预燃烧阶段，以验证火焰特性（热流密度、温度分布、火焰几何形状等）达到设定的目标条件。验证通过后方可进入正式试验阶段。（3）正式试验执行阶段。按照预定时间方案施加火焰，并按规定的采样频率连续记录试样背火面温升数据和试验过程图像。试验过程中如出现局部崩落、脱落等异常现象应单独记录。（4）试验终止条件。试验可在以下情况之一发生时提前终止：被保护基材温度达到预设的失效临界温度；材料发生贯穿性破坏或整体坍塌；达到预定的试验持续时间。（5）结果记录。应完整记录试验条件、试验数据、观察现象和异常事件，形成包含全部原始数据的试验报告。2.7性能要求与判定准则标准在性能评定方面建立了比基础试验更加全面的判定体系，主要包含以下指标：（1）温度指标。在规定试验时间内，被保护基材（通常为钢材）的平均温度不高于某一给定温度阈值（如500°C或550°C），且任意单点温度不得高于另一更高阈值（如650°C）。具体阈值根据工程设计要求确定。（2）完整性指标。在试验全过程中，试样不应出现贯穿性裂缝、开裂、崩落或局部脱落等可能导致火焰或高温气体直接接触被保护基材的现象。（3）绝热性能指标。根据试验期间基材温升数据计算的等效导热系数和等效热阻应满足相应设计要求。（4）后火灾性能。条件许可时，对经历扩展试验的试样在冷却后进行残余力学性能和附着力的测定。2.8试验报告标准对试验报告的内容和格式提出了明确规定，要求报告至少包含以下内容：（1）试验的基本信息（试验编号、标准编号、试验日期等）；（2）试样详细描述（材料类型、品牌、批次、厚度、基材规格等）；（3）试验条件完整记录（热流密度测值、火焰温度、持续时间等）；（4）全部原始试验数据（温度-时间曲线、热流密度-时间曲线等）；（5）试验过程中的观察记录和图像资料；（6）结果分析及性能评定结论；（7）与ISO22899-1基础试验结果（如已进行）的对比分析。3标准特点与技术创新3.1与ISO22899-1的技术衔接与差异化定位ISO22899-3:2025并非对ISO22899-1的替代，而是在基础试验框架之上的系统性技术扩展。二者的核心关系可概括为"基础通用+高级扩展"的层级结构。ISO22899-1面向所有被动防火材料的基本性能评价，确立了统一的试验基准；而ISO22899-3则面向需要更高性能保障的特定应用场景，在试验严酷度、条件覆盖范围和评价指标丰富性方面实现了显著升级。从差异化的技术特征来看，ISO22899-3的核心价值在于其引入了"场景导向"的试验条件设定理念，允许根据工程风险分析结果和设计需求定制试验方案。这一机制显著提升了标准在不同工业领域中的应用灵活性，避免了"一刀切"式的简单化处理。3.2针对复杂工程场景的适应性设计本标准的编制充分考虑了不同类型被动防火材料在工程应用中的差异化特性。例如，膨胀型防火涂料在高温下的膨胀发泡行为受热流密度和升温速率的影响显著，扩展试验专门设置了不同升温速率的试验条件以适应此类材料的特性评价需求。对于隔热型防火材料（如防火板、防火毡），标准则更加强调在长时间热暴露条件下的隔热稳定性评价。3.3标准体系的完整性与协调性作为ISO22899系列的第3部分，本标准与ISO22899-1共同构建了从基础到扩展的完整试验方法链条。同时，标准在技术内容上与ISO/TC92/SC2制定的一系列火灾试验方法标准（如ISO834系列、ISO1182等）保持良好的技术协调性，在术语定义、测试原理和评定方法等方面实现了体系内部的一致与贯通。4主要起草单位及贡献4.1主要起草单位概况本标准的主要起草单位之一是英国Warringtonfire（沃灵顿防火）机构。Warringtonfire是全球领先的防火安全测试与认证机构之一，隶属于国际知名的检验检测认证集团ElementMateria