新型HNA阻隔防爆技術(shù)在橇裝式加油裝置中的應(yīng)用

作者：曹建鷗

引言

HAN阻隔防爆技術(shù)可非常有效防止燃油、危險(xiǎn)化學(xué)品、可燃?xì)怏w等儲罐容器因鉆孔、碰撞、敲擊、誤操作、靜電、焊接、點(diǎn)火、槍擊等引發(fā)的爆炸事故的發(fā)生，非常明顯的對儲罐或容器在發(fā)生火災(zāi)情況下防止火焰快速擴(kuò)散，對提高滅火效果、抑制火焰高度效果顯著，能夠最大程度地減少熱輻射^[1]；并大幅度降低燃油類液體在橇裝式加油裝置儲油罐內(nèi)運(yùn)輸中的浪涌強(qiáng)度，明顯提高燃油運(yùn)輸車輛的穩(wěn)定和安全，阻止儲油罐內(nèi)的溫度升高，防止儲油罐內(nèi)靜電摩擦和意外著火引起的油氣爆炸。

HAN技術(shù)在歐美也得到應(yīng)用，軍用和民用主要用于各種車輛，運(yùn)輸裝備，各種飛機(jī)、快艇、摩托車等油箱防護(hù)；工業(yè)方面有運(yùn)油車、儲油罐、液化氣儲罐等大型儲罐類的安全防護(hù)；航空運(yùn)輸規(guī)定必須使用HAN技術(shù)的防爆容器盛裝易燃易爆液體方可運(yùn)輸。

2005年4月13日 國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局依據(jù)該項(xiàng)技術(shù)制定和頒布了兩項(xiàng)安全生產(chǎn)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)AQ3001-2005《汽車加油（氣）站、輕質(zhì)燃油和液化石油氣汽車罐車用阻隔防爆儲罐技術(shù)要求》（AQ3002—2005）《阻隔防爆橇裝式汽車加油（氣）裝置技術(shù)要求》。

2005年6月29日 國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局在京召開HAN阻隔防爆技術(shù)推廣演示會，并被修訂到國家標(biāo)準(zhǔn)GB50156—2002（2006版）《汽車加油加氣站設(shè)計(jì)與施工規(guī)范》中；其中規(guī)定：現(xiàn)有周邊安全距離不符合《汽車加油氣站設(shè)計(jì)與施工規(guī)范》（GB 50156）的加油（氣）站的儲罐實(shí)施阻隔防爆技術(shù)改造并驗(yàn)收合格后，加油（氣）站的安全距離按符合《汽車加油氣站設(shè)計(jì)與施工規(guī)范》（GB 50156）的規(guī)定核定^[2]。

新型HAN阻隔防爆技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)有：安全防爆、防止事故、環(huán)保節(jié)能、保護(hù)水資源、運(yùn)營成本低、阻止浪涌、防靜電積聚、滅火簡單、快捷高效、容量損失小、應(yīng)用廣泛^[3]。本文著重介紹鋁合金材料新型HAN阻隔防爆技術(shù)在橇裝式汽車加油裝置中的應(yīng)用。

1   HAN阻隔防爆技術(shù)原理、分類和適用范圍

1.1   HAN阻隔防爆技術(shù)原理

    在儲罐容器內(nèi)填充滿阻隔防爆材料蜂窩網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，可阻隔火焰在儲油容器內(nèi)迅速傳播與抑制能量的瞬間釋放，避免爆炸的發(fā)生。蜂窩網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)利用其材料的熱傳導(dǎo)效應(yīng)，破壞燃燒介質(zhì)的爆炸基本條件，對火焰形成物理阻力，從而防止爆炸，保證易燃易爆氣態(tài)、液態(tài)危險(xiǎn)化學(xué)品、可燃油類儲運(yùn)安全^[4]（圖1）。對于提高橇裝加油(氣)站地面儲油罐安全性，提高汽車加油(氣)站罐體和運(yùn)輸儲罐安全性，保證公共、人身及財(cái)產(chǎn)安全具有重要意義。

                                 圖1   阻隔防爆技術(shù)原理

1.2   HAN阻隔防爆技術(shù)分類

  HAN阻隔防爆技術(shù)針對不同的化學(xué)介質(zhì)選擇不同材質(zhì)的阻隔防爆材料。

HAN技術(shù)根據(jù)金屬材料性質(zhì)分為：鈦合金、銅合金、鋁合金等；

根據(jù)應(yīng)用情況可分為：①設(shè)備類：HAN技術(shù)橇裝式加油裝置、便攜式儲罐、集裝罐、運(yùn)油車、地理式儲油罐、液化氣儲罐等（圖2）；

②工程類：HAN防護(hù)技術(shù)對油氣儲罐安全改造的施工；對大型儲油罐防爆防護(hù)的設(shè)計(jì)和施工；對液化氣儲罐預(yù)防蒸汽爆炸事故的設(shè)計(jì)施工^[5]。

圖2  HNA技術(shù)橇裝式加油裝置

1.3  HAN阻隔防爆技術(shù)適用范圍

1.3.1市區(qū)不符合《汽車加油氣站設(shè)計(jì)與施工規(guī)范》周邊安全防護(hù)距離要求的加油加氣站地埋儲油罐^[6]。

1.3.2工業(yè)中不符合國家標(biāo)準(zhǔn)要求的易燃易爆氣庫、油庫區(qū)儲罐。

1.3.3輕質(zhì)燃油、易燃易爆氣態(tài)、液態(tài)危險(xiǎn)化學(xué)品和液化石油氣油罐、氣罐、槽罐車用儲罐容器。

1.3.4適用于公路邊、機(jī)場、駕校、物流城、客運(yùn)站、碼頭、工業(yè)園區(qū)、施工工地、煤礦、停車場、偏遠(yuǎn)地區(qū)等采用橇裝式汽車加油（氣）裝置。

1.3.5阻隔防爆技術(shù)可廣泛運(yùn)用于陸運(yùn)、航空、航海等領(lǐng)域；

1.3.6應(yīng)用于易燃易爆氣態(tài)、液態(tài)危險(xiǎn)化學(xué)品運(yùn)輸管道；

1.3.7軍用的飛機(jī)、坦克、軍艦和艦船等的燃料系統(tǒng)。

2 鋁合金阻隔防爆材料的檢驗(yàn)和試驗(yàn)

2.1  鋁合金阻隔防爆材料的檢驗(yàn)

2.1.1 鋁合金阻隔防爆材料的加工工藝：HAN阻隔防爆技術(shù)應(yīng)用的阻隔防爆是用合金鋁箔經(jīng)過機(jī)械的辦法加工制成的一種帶狀蜂窩網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)材料（圖3）。將整形收卷后的鋁箔放料拉網(wǎng)擴(kuò)展為鋁箔網(wǎng)狀材料，再將該鋁箔網(wǎng)狀材料卷制成型為鋁合金蜂窩網(wǎng)狀阻隔防爆材料。

                             圖3  鋁合金阻隔防爆材料的加工

2.1.2鋁箔原材料技術(shù)參數(shù)（表1）：鋁合金箔合金狀態(tài)為3003H18，化學(xué)成分重量百分比為：硅0.4％，鐵0.4％～0.6％，銅0.05％～0.15％，錳01.05％～1.45％，鎂0.002%，釩0.003%，鋅0.1％，鈦0.1％～0.2％，鋁為余量。

表1  原材料各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)

參數(shù)名稱	參數(shù)內(nèi)容
原材料類型	鋁合金帶，空白成卷，平滑，能延展
原材料厚度	0.05mm（厚度偏差：±0.005mm）
抗拉強(qiáng)度	241-265N/mm2
斷后延伸率	4%～6.5%
導(dǎo)熱系數(shù)	155-195W/m*k
原材料比重	2.67g/cm3
適用溫度范圍	-80～550℃
使用壽命	約30年

2.1.3 加工后的蜂窩網(wǎng)狀材料技術(shù)參數(shù)（表2）：網(wǎng)格阻隔防爆材料大小應(yīng)當(dāng)均勻，不均勻性小于或等于24%。邊緣不展開寬度小于等于11 mm，網(wǎng)格每平方米破損不允許超過4處，且破損面積小于或等于58 mm*48 mm，成品斷面不平度應(yīng)小于或等于56 mm（圖4）。

表2  加工后的蜂窩網(wǎng)狀材料各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)

參數(shù)名稱	參數(shù)內(nèi)容
材料規(guī)格	高度：2.4mm±0.2；寬度：500mm
容量損失	≤0.8%
材料重量	30g/l±5%
材料結(jié)構(gòu)尺寸	邊長6.12-6.40mm
成品端面不平度	22mm
邊緣不展開寬度	2.9～6.5mm
燃爆增壓值	0.04MPa
置換率	0.92%
填充密度	25～35kg/m3
制造標(biāo)準(zhǔn)	AQ3001-2005

2.2  鋁合金阻隔防爆材料的防爆性能試驗(yàn)

在92#汽油蒸汽與空氣的混合體積比濃度為3.8%、3.9%、4.0%、4.1%、4.2%、4.3%、4.4%的條件下，測量油氣混合氣體的火焰燃燒速度。試驗(yàn)結(jié)果表明混合體積比濃度為4.1%時(shí)為最佳混合濃度，并以此條件進(jìn)行防爆性能試驗(yàn)。下圖為在填充密度為30 kg/m³條件下進(jìn)行防爆性能試驗(yàn)，燃爆增壓曲線（圖5）。

傳感器	1號	2號	3號	4號
壓力/kPa	51.8	39.4	32.2	20.5

3 鋁合金阻隔防爆材料在橇裝式加油裝置的儲油罐試驗(yàn)

3.1 燃燒對比試驗(yàn) 

在Φ570×400 mm的容器內(nèi)填充IV型鋁合金阻隔防爆材料2.55 kg，加入10 L 92號汽油，在另一個(gè)同樣規(guī)格的容器內(nèi)直接加入10 L 92號汽油，分別用點(diǎn)火器點(diǎn)燃，觀察油氣燃燒情況。

裝有阻隔防爆材料的容器油氣燃燒平穩(wěn)，火焰高度約為0.2 m，未裝阻隔防爆材料的容器油氣燃燒迅猛，火焰高度最高超過2 m（圖6）。                                                 3.2  油罐帶油鉆孔、補(bǔ)焊試驗(yàn)

在容積500L的立式試驗(yàn)罐內(nèi)裝入IV型鋁合金阻隔防爆材料14 kg，再加入92^#汽油200 L。試驗(yàn)人員手持手電鉆在罐壁上（汽油液面以上部位）鉆兩個(gè)Φ8 mm的通孔。隨后用焊槍點(diǎn)燃油氣；兩分鐘后對2個(gè)通孔進(jìn)行補(bǔ)焊作業(yè)，用時(shí)不足1分鐘，補(bǔ)焊完畢。整個(gè)過程平穩(wěn)，未發(fā)生爆炸、爆燃等異常情況（圖7）。

                         

3.3 油罐一小時(shí)燃燒試驗(yàn)

在容積2 m³的鋼制臥式試驗(yàn)罐內(nèi)裝入IV型鋁合金阻隔防爆材料約50 kg， 92#汽油1800 L，罐體裝設(shè)兩個(gè)呼吸閥，試驗(yàn)罐下方放置一個(gè)2500 mm*1250 mm*170 mm鋼制油槽，油槽內(nèi)預(yù)先裝入足量的0^#柴油，并設(shè)置一個(gè)輔助加油裝置，向油槽內(nèi)加注作為燃料用的柴油。

用引火棒引燃油槽內(nèi)柴油，燃燒1小時(shí)候罐體未見泄漏、變形和泄壓功能受阻（圖8）；打開儲罐檢查內(nèi)部阻隔防爆材料完好，未見損傷和異常變化。

經(jīng)現(xiàn)場橇裝式加油裝置儲油罐的1小時(shí)燃燒試驗(yàn)見證，內(nèi)裝有鋁合金阻隔防爆材料儲油罐燃燒后未見泄露，變形，各個(gè)功能均正常，符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，試驗(yàn)合格。

4鋁合金阻隔防爆材料在橇裝式加油裝置儲油罐內(nèi)的清洗

該技術(shù)在為可清洗和維修的阻隔防爆技術(shù)。清洗這種儲油罐主要有四種方法：

1）不取出罐內(nèi)阻隔防爆材料（針對雙人孔油罐而言），利用2/3存量的罐內(nèi)油品進(jìn)行循環(huán)流動式清洗，之后一同抽出油品和雜質(zhì)。

2）是抽盡罐內(nèi)余油，專業(yè)人員進(jìn)入罐底清洗隧道，取出部分罐內(nèi)阻隔防爆材料，再用棉布和木耙反復(fù)拖刷清洗，這種方法比較費(fèi)工費(fèi)時(shí)間。

3）是打開油罐人孔蓋，用油罐車和手搖泵抽空罐內(nèi)余油和雜質(zhì)，再用該罐剛剛抽出已排空雜質(zhì)的油品卸入油罐，反復(fù)抽凈罐底余油和雜質(zhì)，最后用木桿捆上干凈抹布，擦凈罐底雜質(zhì)和污漬。

4）超聲波清洗，用循環(huán)隔膜泵配合超聲波清洗機(jī)能達(dá)到人員不進(jìn)入罐內(nèi)清洗干凈的效果，可以把半塊磚頭那么大的雜物吸上來，可以通過視頻頭看到罐內(nèi)的清理情況和效果。

5結(jié)論

多年來人們對汽油、液化氣、天然氣等易燃易爆產(chǎn)品安全防護(hù)要求特別高,盡管采取各種措施和預(yù)防,但盡由于一些不可預(yù)見的、突發(fā)性的原因，致使危險(xiǎn)化學(xué)品生產(chǎn)和儲存場所發(fā)生事故而引發(fā)爆炸，給國家和人民財(cái)產(chǎn)造成了巨大損失。

鋁合金阻隔防爆材料為多邊形蜂窩狀網(wǎng)眼結(jié)構(gòu)材料，增加軔性和延伸性、折彎性、彈性，本鋁合金材料具有良好的抑爆性能。由于本材料疊層中的網(wǎng)眼組成蜂窩狀的特殊結(jié)構(gòu)，把油罐、油箱、儲氣罐內(nèi)腔分成無數(shù)很小的像蜂巢一樣的隔間，這些“蜂巢隔間”可以有效的抑制火焰熱輻射的傳播擴(kuò)散，同時(shí)具有較好的導(dǎo)熱性，能迅速地將燃燒釋放出的絕大部分熱量吸收，使易燃油類和氣體燃燒反應(yīng)后的最終溫度降低，反應(yīng)氣體的膨脹程序?yàn)闇p縮，不會極大提高儲罐容器的壓力值^[7]。

新型HAN阻隔防爆技術(shù)的特點(diǎn)非常顯著，可以抑制儲罐容器內(nèi)易燃?xì)怏w的揮發(fā)；減少油品損耗；降低環(huán)境的污染；阻止浪涌；防止容器內(nèi)靜電；明顯減少火焰高度，阻止儲罐內(nèi)明火擴(kuò)散；保護(hù)易燃易爆氣態(tài)、液態(tài)危險(xiǎn)化學(xué)品儲運(yùn)容器裝置在意外燃燒和撞擊事故時(shí)不會發(fā)生爆炸^[8]。

阻隔材料可以代替陽極保護(hù)，防止儲罐容器內(nèi)部的侵蝕，從而延長儲罐容器的使用壽命；避免因地埋儲罐滲漏而對地下水資源的污染；儲罐容器隨補(bǔ)焊和維修方便，清洗相對簡單，時(shí)間短。

參考文獻(xiàn)：

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