CN105536173A - 一种气液两相抑爆剂抑制受限空间油气爆炸的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种气液两相抑爆剂抑制受限空间油气爆炸的方法，其特征在于，包括以下步骤：1)在液态纯水中添加组分，制备出水基液态抑爆剂；2)将惰性气体和所述步骤1)中制备的水基液态抑爆剂，分别贮存，并与一个或多个气液两相喷头连接；3)在受限空间内使用火焰探测器，探测潜在爆源处的燃烧或爆炸信号；4)对所述步骤3)中探测到的燃烧或爆炸信号进行分析、判断；5)若所述步骤4)得到的分析结果为产生燃烧或爆炸，启动两相喷头，水基液态抑爆剂和惰性气体共同喷射在受限空间中。

Description

一种气液两相抑爆剂抑制受限空间油气爆炸的方法

技术领域

本发明涉及抑制油气爆炸领域，具体是一种采用惰性气体和改性超细水雾组成的两相抑爆剂抑制受限空间油气爆炸的方法。

背景技术

油气(包括石油、成品油、天然气等)既是重要的能源物资、化工原料，又是典型的易燃易爆物，发生在油气贮藏、运输、使用中的重大安全事故一般都常常伴随着油气爆炸。抑爆成为一种能够有效控制爆炸的方法，是防止爆炸向其他单元或场所蔓延的有效手段。由于其独特的物理化学性质，油气在其贮藏、运输、使用的过程中往往被置于受限空间中。受限空间内的油气体爆炸在初期是典型的爆燃过程，即火焰的传播速度低于压力波的传播速度。点爆后，由油气爆燃及火焰低速传播发展成为音速或超音速传播，需要一个过程。同时，爆炸初期压力及爆炸冲击波的破坏都比较弱。伴随着爆炸发展，爆炸后期对油库建筑及储油罐等各类设施、半地下油罐等将带来灾难性后果。因此，必须在爆炸初期将爆炸抑制或将爆炸火焰扑灭。

研究表明，惰性气体和超细水雾均是对可燃气体爆炸具有抑制作用的工质，然而，两者的抑爆机理和作用特征却并不相同。

惰性气体主要是通过稀释可燃气中的反应物与氧气来达到弱化或阻止燃烧的目的。采用预惰化的方式防止爆炸的发生已被证实为有效的技术手段并被广泛采用。对于抑制已经发生的爆炸而言，由于惰性气体很容易在爆炸膨胀波的推动下远离既定抑爆区域，故需要一定的初始动能才能使其与火焰接触产生直接作用。

通过一定的初始压力赋予惰性气体一定的动能，可以使其克服压力波的推力向爆炸火焰移动，并与已燃或未燃气体混合，使爆炸所需的气体浓度降低至爆炸极限范围以下，从而终止爆炸反应，但仅仅采用惰性气体抑爆机理单一，从而必须储备大量的惰性气体并采用较高的压力驱动，效率很低且高压设备本身有一定的安全隐患。

超细水雾是一种清洁、高效的爆炸控制介质，对油气的爆炸有较强的抑制作用。超细水雾加入到油气爆炸过程中，通过以下3个方面对爆炸产生抑制作用：

(1)可以使可燃混合气中的氧气被稀释，减少油气体组分与氧气接触的机会，在两者间形成屏障，将低其相互接触的几率，从而影响爆炸反应的传递；

(2)当爆炸过程产生的活性基团与细水雾碰撞时会失去活性，从而使其丧失反应活性，使得燃烧反应链中断；

(3)由于水的相变潜热很高，超细水雾受热气化可以吸收热量或受热分解，使得热量不能聚集或蔓延到四周，从而降低反应速度。

利用超细水雾抑制油气爆炸，目前有以下4方面的问题尚未妥善解决：

(1)超细水雾的抑爆效果与其粒度显著相关，粒度越小，比表面积越大，两相间的作用就越明显，抑爆效果也就更好，而水雾受到其表面张力作用，粒度一般在几十至几百微米；

(2)通常通过水雾喷头喷射的超细水雾很难在空间上形成完全阻隔爆炸火焰的抑爆带，火焰可能通过水雾区中的空隙透过抑爆区，使抑爆失败；

(3)纯水的抑爆效率比较低，特别是在用量较少时，阻断爆炸化学反应链的效果十分有限；

(4)常见的高压雾化喷头系统需要较高的工作压力才能制备出符合抑爆要求的超细水雾，使得工程工艺复杂、成本较高，且本身高压驱动源存在一定的安全隐患。

通过在液态水中添加表面活性剂，可以有效降低水的表面张力，使其更好的被分散为超细水雾，降低水雾的粒度，增强雾化效果。同时，在超细水雾中加入对爆炸反应链有化学抑制作用的物质或活性基团，可以高效地阻断爆炸链反应的传递。因此，采用改性超细水雾作为抑爆剂，其抑爆效果要优于纯水雾化产生的超细水雾。

现有技术中，存在一种超细冷气溶胶，是一种直径在微米级的固态粉尘，很容易污染环境，对人的呼吸道健康也有负面影响；且这种现有技术为了喷洒超细冷气溶胶，需要在“产气室”内制造“快速的化学反应”，生成高压气体，冲破爆破膜后与粉体混合，再冲破一层密封膜。通常认为，能够产生高压气体的快速化学反应本身是具有一定的危险性的，这为装置的安装维护提出了很高的要求。同时，爆炸发生时，爆炸事故产生的高压气体很可能由外向内冲破密封膜甚至爆破膜，致使系统完全失效。现有技术中大部分仍不能使爆炸防患于未然。鉴于已有抑爆技术方案存在的种种弊端，可以采用惰性气体和改性超细水雾组成的两相抑爆剂，并使用低压两相喷头组，使两者充分混合。

发明内容

本发明的目的是解决现有技术中，超细水雾抑爆在粒度、空间分布、抑爆效能等方面的缺陷问题，有效地将爆炸控制在发展初期，防止大规模爆炸或爆轰的发生。

为实现本发明目的而采用的技术方案是这样的，一种气液两相抑爆剂抑制受限空间油气爆炸的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)在液态纯水中添加组分，制备出水基液态抑爆剂；降低水的表面张力并提供对爆炸反应链有阻断作用的物质或离子；

2)将惰性气体和所述步骤1)中制备的水基液态抑爆剂，分别贮存，并与一个或多个气液两相喷头连接；

3)在受限空间内使用火焰探测器，探测潜在爆源处的燃烧或爆炸信号；

4)对所述步骤3)中探测到的燃烧或爆炸信号进行分析、判断；

5)若所述步骤4)得到的分析结果为产生燃烧或爆炸，启动两相喷头，水基液态抑爆剂和惰性气体共同喷射在受限空间中，形成液态抑爆剂的惰气溶胶，实现在爆炸初期将爆炸抑制或将爆炸火焰扑灭的目的。

进一步，所述受限空间内的装置包括雾化喷头、火焰探测器、喷头连接部件、压力管路、电磁阀Ⅰ、电磁阀Ⅱ、电磁阀Ⅲ、储液罐、驱动气源、控制器和惰气源；

所述火焰探测器布置在受限空间内壁上，所述火焰探测器所在的位置为潜在爆炸源位置；

所述雾化喷头位于受限空间内壁上，若干个雾化喷头的进水口通过压力管道串连在一起，所述雾化喷头的喷头方向为潜在爆炸源方向；

所述若干个串连在一起的雾化喷头分别与惰气源和储液罐并连在一起，所述雾化喷头与惰气源的压力管道上设有电磁阀Ⅰ，所述雾化喷头与储液罐的压力管道上设有电磁阀Ⅱ；

所述储液罐与驱动气源通过压力管道相连，相连的压力管道上设有电磁阀Ⅲ；

所述控制器分别于火焰探测器、电磁阀Ⅱ和电磁阀Ⅲ相连；

其中，除雾化喷头和火焰探测器外，其余器件均位于受限空间外部。

进一步，所述步骤1)中添加的组分为表面活性剂和爆炸抑制剂。

进一步，所述步骤2)中的惰性气体选自氮气或二氧化碳。

进一步，所述步骤5)中的两相喷头的使用包括旋流、混流多种方式造雾。

进一步，所述步骤5)中的两相喷头使得高压雾化喷头组向外同时喷射惰性气体与超细水雾，形成水雾带，并与爆炸火焰接触，使之熄灭。

进一步，所述超细水雾的平均粒度小于20微米。

值得说明的是，所述两相喷头的数目、工作压力视具体工况而定。

本发明的技术效果是毋庸置疑的，本发明具有以下优点：

1)采用本发明中的方法，在受限空间内通过传感器及时探测爆炸初期的燃烧或爆炸信号，并在受控状态下传递信号给两相喷头，喷出超细水雾，作用在火焰面上，使之减弱或熄灭，从而可以尽可能早地发现、扑灭爆炸险，避免燃烧或爆炸向更严重的情况发展。

2)本发明所使用的惰性气体和改性超细水雾组成的两相抑爆剂具有清洁和环保的特征，不仅不会对环境造成污染，还不会对人的呼吸道健康产生负面影响。

3)本发明不仅可以再爆炸发生后进行抑制外，还可以防患于未然；因为惰性气体和超细水雾有惰化和降温的功能，且可以在空间中较长时间的弥散。

4)本发明所使用的装置为成熟、稳定和安全的喷雾系统，且喷头可采用已有的防爆喷头，能在几十公斤的压力下正常工作。

附图说明

图1为本发明实施的俯视图；

图2为本发明实施的侧视图；

图3为两相喷头连接的一种实施方式；

图4为两相喷头驱动方式示意图。

图中：雾化喷头1、火焰探测器2、喷头连接部件3、压力管路4、电磁阀5、储液罐6、驱动气源7、控制器8、惰气源9。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明，但不应该理解为本发明上述主题范围仅限于下述实施例。在不脱离本发明上述技术思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换和变更，均应包括在本发明的保护范围内。

实施例1

如图4所示，所述受限空间内的装置包括雾化喷头1、火焰探测器2、喷头连接部件3、压力管路4、电磁阀Ⅰ501、电磁阀Ⅱ502、电磁阀Ⅲ503、储液罐6、驱动气源7、控制器8和惰气源9。

将水、十二烷基硫酸钠(表面活性剂)、磷酸二氢铵(爆炸抑制剂)按照质量比100：0.1：10的比例混合，制备出水基液态抑爆剂，并将其装入储液罐6中；将氮气装入惰气源9中。

图1所示为本发明一种实施方式的俯视图，雾化喷头1按一定次序布置在受限空间两侧，喷口朝向潜在爆炸源方向。火焰探测探测器2布置在潜在爆炸源发生的位置。

图2所示为本发明一种实施方式的侧视图，雾化喷头1分别布置于受限空间的上方、斜上方、侧方。

如图1、图2、图4所示，在受限空间的内壁面上设置有火焰探测器2，可以是紫外/红外/可见光或其他类型火焰探测器，用于采集火焰信号。所述火焰探测器2所在的位置为潜在爆炸源位置。

所述5个雾化喷头1的进水口通过压力管道4串连在一起，所述雾化喷头1的喷头方向为潜在爆炸源方向。

所述5个串连在一起的雾化喷头1分别与惰气源9和储液罐6并连在一起，所述雾化喷头1与惰气源9的压力管道4上设有电磁阀Ⅰ501，所述雾化喷头1与储液罐6的压力管道4上设有电磁阀Ⅱ502。

所述储液罐6与驱动气源7通过压力管道4相连，相连的压力管道4上设有电磁阀Ⅲ503。所述控制器8分别于火焰探测器2、电磁阀Ⅱ502和电磁阀Ⅲ503相连。其中，除雾化喷头1和火焰探测器2外，其余器件均位于受限空间外部。

火焰探测器2采集到的信号传递给控制器8，从而判断燃烧或爆炸的发生。

若信号判断为有火焰存在，则控制器8发送指令给电磁阀Ⅲ503，使其打开。开启驱动气源7，调节压强为0.5MPa，气体经由高压管路4驱动储液罐6内的液体，进入雾化喷头1，预存在惰气源9中的氮气同时进入雾化喷头1。水溶液和惰性气体在两相喷头内混合，形成超细水雾后从喷头出口喷出，在空间中形成水雾弥散区。

多个喷头喷出的超细水雾在空间中形成水雾带，与爆炸火焰接触，吸收火焰的能量，终止油气燃烧链，使火焰熄灭，从而终止火焰面在充满油气的受限空间中继续传播，本发明可以尽可能早地发现、扑灭爆炸险，避免燃烧或爆炸向更严重的情况发展。

实施例2

所述受限空间内的装置包括雾化喷头1、火焰探测器2、喷头连接部件3、压力管路4、电磁阀Ⅰ501、电磁阀Ⅱ502、电磁阀Ⅲ503、储液罐6、驱动气源7、控制器8和惰气源9。

将水、十二烷基硫酸钠(表面活性剂)、磷酸二氢铵(爆炸抑制剂)按照质量比100：0.1：10的比例混合，制备出水基液态抑爆剂，并将其装入储液罐6中；将氮气装入惰气源9中。

图3所示为雾化喷头1连接的一种实施方式，与实施例1所示的方式不同，在此方式下，雾化喷头1通过连接部件3镶嵌于壁面上，喷头出水口位于壁面内侧，而入水口位于壁面外侧，此种连接方式适用于壁面较薄的情况。

在受限空间的内壁面上设置有火焰探测器2，可以是紫外/红外/可见光或其他类型火焰探测器，用于采集火焰信号。所述火焰探测器2所在的位置为潜在爆炸源位置。

其中，5个所述雾化喷头1通过喷头连接部件3均匀地嵌入受限空间内壁中，5个雾化喷头1的进水口通过压力管道4串连在一起，所述雾化喷头1的喷头方向为潜在爆炸源方向。

所述5个串连在一起的雾化喷头1分别与惰气源9和储液罐6并连在一起，所述雾化喷头1与惰气源9的压力管道4上设有电磁阀Ⅰ501，所述雾化喷头1与储液罐6的压力管道4上设有电磁阀Ⅱ502。

所述储液罐6与驱动气源7通过压力管道4相连，相连的压力管道4上设有电磁阀Ⅲ503。所述控制器8分别于火焰探测器2、电磁阀Ⅱ502和电磁阀Ⅲ503相连。其中，除雾化喷头1和火焰探测器2外，其余器件均位于受限空间外部。

火焰探测器2采集到的信号传递给控制器8，从而判断燃烧或爆炸的发生。

若信号判断为有火焰存在，则控制器8发送指令给电磁阀Ⅲ503，使其打开。开启驱动气源7，调节压强为0.5MPa，气体经由高压管路4驱动储液罐6内的液体，进入雾化喷头1，预存在惰气源9中的氮气和二氧化碳同时进入雾化喷头1。水溶液和惰性气体在两相喷头内混合，形成超细水雾后从喷头出口喷出，在空间中形成水雾弥散区。

多个喷头喷出的超细水雾在空间中形成水雾带，与爆炸火焰接触，吸收火焰的能量，终止油气燃烧链，使火焰熄灭，从而终止火焰面在充满油气的受限空间中继续传播，本发明可以尽可能早地发现、扑灭爆炸险，避免燃烧或爆炸向更严重的情况发展。

Claims (7)

1.一种气液两相抑爆剂抑制受限空间油气爆炸的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)在液态纯水中添加组分，制备出水基液态抑爆剂；

2)将惰性气体和所述步骤1)中制备的水基液态抑爆剂，分别贮存，并与一个或多个气液两相喷头连接；

3)在受限空间内使用火焰探测器，探测潜在爆源处的燃烧或爆炸信号；

4)对所述步骤3)中探测到的燃烧或爆炸信号进行分析、判断；

5)若所述步骤4)得到的分析结果为产生燃烧或爆炸，启动两相喷头，水基液态抑爆剂和惰性气体共同喷射在受限空间中。

2.根据权利要求1所述的一种气液两相抑爆剂抑制受限空间油气爆炸的方法，其特征在于：所述受限空间内的装置包括雾化喷头(1)、火焰探测器(2)、喷头连接部件(3)、压力管路(4)、电磁阀Ⅰ(501)、电磁阀Ⅱ(502)、电磁阀Ⅲ(503)、储液罐(6)、驱动气源(7)、控制器(8)和惰气源(9)；

所述火焰探测器(2)布置在受限空间内壁上，所述火焰探测器(2)所在的位置为潜在爆炸源位置；

所述雾化喷头(1)位于受限空间内壁上，若干个雾化喷头(1)的进水口通过压力管道(4)串连在一起，所述雾化喷头(1)的喷头方向为潜在爆炸源方向；

所述若干个串连在一起的雾化喷头(1)分别与惰气源(9)和储液罐(6)并连在一起，所述雾化喷头(1)与惰气源(9)的压力管道(4)上设有电磁阀Ⅰ(501)，所述雾化喷头(1)与储液罐(6)的压力管道(4)上设有电磁阀Ⅱ(502)；

所述储液罐(6)与驱动气源(7)通过压力管道(4)相连，相连的压力管道(4)上设有电磁阀Ⅲ(503)；

所述控制器(8)分别于火焰探测器(2)、电磁阀Ⅱ(502)和电磁阀Ⅲ(503)相连；

其中，除雾化喷头(1)和火焰探测器(2)外，其余器件均位于受限空间外部。

3.根据权利要求1所述的一种气液两相抑爆剂抑制受限空间油气爆炸的方法，其特征在于：所述步骤1)中添加的组分为表面活性剂和爆炸抑制剂,所述表面活性剂为质量分数0.05～2.00％的十二烷基硫酸钠，爆炸抑制剂为质量分数5～15％的磷酸二氢铵。

4.根据权利要求1所述的一种气液两相抑爆剂抑制受限空间油气爆炸的方法，其特征在于：所述步骤2)中的惰性气体选自氮气或二氧化碳。

5.根据权利要求1所述的一种气液两相抑爆剂抑制受限空间油气爆炸的方法，其特征在于：所述步骤5)中的两相喷头的使用包括旋流、混流多种方式造雾。

6.根据权利要求1所述的一种气液两相抑爆剂抑制受限空间油气爆炸的方法，其特征在于：所述步骤5)中的两相喷头使得高压雾化喷头组向外同时喷射惰性气体与超细水雾，形成水雾带，并与爆炸火焰接触，使之熄灭。

7.根据权利要求1或6所述的一种气液两相抑爆剂抑制受限空间油气爆炸的方法，其特征在于：所述超细水雾的平均粒度小于20微米。