CN111547376A - 非金属阻隔防爆单元 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种非金属阻隔防爆单元，其由多个立方体形状的子单元体经旋转错位形成，子单元体为框架结构，经旋转错位形成的结构体呈现空间网状，该空间网状结构体内形成均匀致密的防爆孔隙。本发明的非金属阻隔防爆单元可一体成型且为具有空间网状构造的非金属阻隔防爆单元，从而克服现有的层状阻隔防爆材料存在的氧化和老化、制作过程中易损坏等问题，可最大限度地保证防爆孔隙的密度和均匀度。

Description

非金属阻隔防爆单元

技术领域

本发明涉及燃料防爆技术领域，特别涉及一种应用在燃油、燃气、汽油以及含醇燃料等存储设备中的非金属阻隔防爆单元。

背景技术

随着城市建设和工业的发展，易燃易爆危险化学品的生产和使用在工业发展和人民生活中占有越来越重要的地位。然而危险化学品在储存和运输过程中时常会发生事故，且造成的损失往往不可估量。因此，用抑制或减少危险化学品储存和运输过程燃爆现象发生的阻隔防爆材料应运而生，其中合金阻隔防爆材料应用尤为广泛。

传统的合金阻隔防爆材料大多是层状结构，这种结构的阻隔防爆材料震动易破碎，耐酸碱能力差。例如甲醇、甲醇燃料短期内不能腐蚀钢和不锈钢，但对铝，黄铜，锡，紫铜以及锌等会产生腐蚀现象。合金网状阻隔防爆材料主要成分是铝、镁等金属，虽然他们具有一定的耐腐蚀性，但存在氧化和老化问题，一旦老化就会变脆，形成碎片，受到振动时会掉落碎屑，对油品造成污染或对输油管路造成堵塞。因此，合金网状阻隔防爆材料需要定期更换，增加了成本和劳动力。另外，采用合金材料制作的层状结构阻隔防爆材料，其工艺也较为复杂，例如铝合金阻隔防爆材料，采用铝合金箔经切缝、拉网制成网状阻隔防爆材料，然后对网状的材料进行卷绕，最后进行填充成型，制作过程复杂且制作过程中铝箔的网格会有破损，增加了腐蚀速率。

现有技术中还包括球形的合金阻隔防爆材料，例如中国专利申请CN110817167A。该申请公开了一种多球体阻隔防爆材料，包括外球体，在外球体的内部活动设置有两个内球体，在外球体的内部还设置有圆形中隔板，两个内球体分别位于中隔板两侧的外球体内部，外球体和内球体上分别均匀分布有多个防爆孔，中隔板上也设置有多个防爆孔。但该结构并非一体成型，靠榫卯结构进行连接，增加了不稳定性，同时防爆孔的密度和均匀度都无法保证。

综上，现有的层状阻隔防爆材料存在氧化和老化的问题，且在制作过程中材料容易被破坏；而使用球状阻隔防爆材料在防爆孔的密度和均匀度方面无法达到最优防爆效果。

因此，为了避免对油品造成污染或对输油管路造成堵塞，做好阻隔防爆的工作，亟需一种便于大批量生产、能一体成型且具有空间网状构造的非金属阻隔防爆单元来解决上述问题。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能一体成型且具有空间网状构造的非金属阻隔防爆单元，从而克服现有的层状阻隔防爆材料存在的氧化和老化、制作过程中易损坏等问题，可最大限度地保证防爆孔隙的密度和均匀度。

为实现上述目的，本发明提供了一种非金属阻隔防爆单元，其由多个立方体形状的子单元体经旋转错位形成，子单元体为框架结构，经旋转错位形成的结构体呈现空间网状，该空间网状结构体内形成均匀致密的防爆孔隙。

进一步，上述技术方案中，子单元体的棱边可采用圆柱体结构；子单元体的六个面上可设有十字垂直交叉的圆柱体加强结构；六个面中任意相对两个面之间可设有垂直相交的圆柱体加强结构。优选地，棱边长30mm；圆柱体的直径为2mm。

进一步，上述技术方案中，多个子单元体包括：第一子单元体，设其中心为三维坐标轴原点；第二子单元体，其结构与第一子单元体相同；其中心与第一子单元体的原点重合；第二子单元体的空间位置相对于第一子单元体沿三维坐标轴分别偏离120度；第三子单元体，其结构与第一子单元体相同；其中心与第一子单元体的原点重合；第三子单元体的空间位置相对于第一子单元体沿三维坐标轴分别偏离240度。

进一步，上述技术方案中，第一、第二以及第三子单元体组成的空间网状结构体采用一体成型结构。

进一步，上述技术方案中，均匀致密的防爆孔隙为立体空间中的用于分流火焰的小型孔洞。

进一步，上述技术方案中，多个所述非金属阻隔防爆单元充填在可燃危化品存储装置中，用于阻隔火焰并防爆。

进一步，上述技术方案中，阻隔防爆单元的非金属材料的阻燃性能为V-0级；非金属材料的表面电阻率小于10¹²Ω；非金属材料在置放0.45MPa负载的热变形温度大于等于101℃。

进一步，上述技术方案中，非金属材料可采用改性的聚丙烯、尼龙、聚四氟乙烯或聚氯乙烯。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1)非金属阻隔防爆单元以惰性有机高分子材料为基体，不易被腐蚀；

2)采用一体成型的工艺，可增加阻隔防爆单元的稳定性，并可有效延长阻隔防爆单元的使用年限；

3)由于采用非金属材料，相对密度小，比表面积大，价格廉价，且不会污染燃料或油品等存储介质；

4)非金属材料刚性大，蠕变小，机械强度高，耐热性和电绝缘性好，可在较苛刻的化学、物理环境中长期使用，可替代金属作为工程结构材料使用；

5)采用三个形状结构相同的子单元体通过旋转错位的方式相互错开，可形成均匀致密的防爆孔隙，阻燃防爆效果更佳；

6)可填充于油箱油罐内，即使油箱油罐受到撞击、雷击、静电、甚至枪弹打击，均可有效防止爆炸，防止二次杀伤，可最大限度保障人员、车辆及储油设施的安全；

7)不仅可以防爆、阻燃、防腐蚀，还可以防静电、消除浪涌，有效降低油品等存储介质的氧化速度；

8)使用本发明阻隔防爆单元的存储装置内维护简便、安全，可随时清洗。

上述说明仅为本发明技术方案的概述，为了能够更清楚地了解本发明的技术手段并可依据说明书的内容予以实施，同时为了使本发明的上述和其他目的、技术特征以及优点更加易懂，以下列举一个或多个优选实施例，并配合附图详细说明如下。

附图说明

图1是本发明非金属阻隔防爆单元中第一子单元体结构示意图(其中图1-A为主视图；1-B为侧视图；1-C为俯视图)。

图2是本发明非金属阻隔防爆单元中第二子单元体与第一子单元体组合后的结构示意图(其中图2-A为主视图；2-B为侧视图；2-C为俯视图)。

图3是本发明非金属阻隔防爆单元中第三子单元体与第一子单元体组合后的结构示意图(其中图3-A为主视图；3-B为侧视图；3-C为俯视图)。

图4是本发明非金属阻隔防爆单元中第三子单元体与第一、第二子单元体组合后的成品结构示意图(其中图4-A为主视图；4-B为侧视图；4-C为俯视图)。

图5是本发明非金属阻隔防爆单元充填到可燃危化品存储装置中的使用状态示意图。

主要附图标记说明：

A-可燃危化品存储装置；

1-第一子单元体，11-棱边，12-十字交叉的圆柱体加强结构，13-相对面之间垂直相交的圆柱体加强结构，2-第二子单元体，3-第三子单元体，10-非金属阻隔防爆单元。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。

除非另有其他明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其他元件或其他组成部分。

在本文中，为了描述的方便，可以使用空间相对术语，诸如“下面”、“下方”、“下”、“上面”、“上方”、“上”等，来描述一个元件或特征与另一元件或特征在附图中的关系。应理解的是，空间相对术语旨在包含除了在图中所绘的方向之外物件在使用或操作中的不同方向。例如，如果在图中的物件被翻转，则被描述为在其他元件或特征“下方”或“下”的元件将取向在所述元件或特征的“上方”。因此，示范性术语“下方”可以包含下方和上方两个方向。物件也可以有其他取向(旋转90度或其他取向)且应对本文使用的空间相对术语作出相应的解释。

在本文中，术语“第一”、“第二”等是用以区别两个不同的元件或部位，并不是用以限定特定的位置或相对关系。换言之，在一些实施例中，术语“第一”、“第二”等也可以彼此互换。

本发明的阻隔防爆单元10由非金属材料制成并一体成型(参考图4)，该非金属阻隔防爆单元10由多个立方体形状的子单元体经旋转错位形成，旋转错位是为了形成孔隙。每个子单元体的形状结构可以相同也可以不同，本实施例中每个子单元体的结构相同且均为框架结构，经旋转错位形成的结构体呈现较为密集的空间网状，子单元体的数量可以根据孔隙的密集程度需要进行调整，为了使孔隙更为均匀且足够小，只需保证上述旋转角度均匀。该空间网状结构体内即可形成均匀致密的防爆孔隙。

本发明的非金属阻隔防爆单元10，不仅可以一体成型，减小加工难度并增加稳定性，还可以将危化品存储装置A(参见图5)，例如油气储罐空间分割成更小的空间，外观呈现小型孔隙紧密排布，布满整个储罐空间。当油气等危化品发生燃烧时，在火焰流体行径上会遇到孔隙的阻挡，导致火焰分流，在火焰冲击孔壁的过程中，火焰不断遭到削弱，从而防止了储罐的爆炸。本发明的非金属阻隔防爆单元具有非常大的比表面，剧烈燃烧乃至爆炸是一个自由基链式反应过程，阻隔防爆单元形成大量的孔壁，可以吸附自由基从而中断链式反应，外在表现就是穿过孔隙的火焰能量减小直至消失。

进一步如图1所示，每个子单元体均为立方体结构，图1为立方体的三面视图。立方体的棱边11为圆柱体结构。优选而非限制性地，本实施例的棱边长设置为30mm，圆柱体的直径设置为2mm。进一步如图1所示，子单元体的六个面上设有十字垂直交叉的圆柱体加强结构12，其与棱边11的长度和直径相同。另外，立方体六个面中任意相对两个面之间设有垂直相交的圆柱体加强结构13。这种设置方式不仅使阻隔防爆单元更加牢固稳定，同时为创造更为均匀致密的防爆孔隙提供条件。

进一步如图1-4所示，本实施例的子单元体数量为三个，具体包括：第一子单元体1、第二子单元体2以及第三子单元体3。将第一子单元体1的中心设为三维坐标轴(即X、Y、Z轴)原点。第二子单元体2的结构与第一子单元体1完全相同，第二子单元体2的中心与第一子单元体1的原点重合，第二子单元体2的空间位置相对于第一子单元体1沿三维坐标轴(即X、Y、Z轴)分别偏离120度。也即，参考图2，第二子单元体2相对于第一子单元体1，以中心为原点，沿着X,Y,Z轴方向各旋转120°，得到图2的结构(图2为三个方向的视图，图中没有第三单元体3，并非成品，仅示出第一子单元体1与第二子单元体2的相对位置)。第三子单元体3的结构与第一子单元体1完全相同，第三子单元体3的中心与第一子单元体1的原点重合，第三子单元体3的空间位置相对于第一子单元体1沿三维坐标轴(即X、Y、Z轴)分别偏离240度。也即，参考图3，第三子单元体3相对于第一子单元体1，以中心为原点，沿着X,Y,Z轴方向各旋转240°，得到图3的结构(图3为三个方向的视图，图中没有第二单元体2，并非成品，仅示出第一子单元体1与第三子单元体3的相对位置)。

本发明的非金属阻隔防爆单元10的成品参见图4，其中图4-A、图4-B、图4-C分别为非金属阻隔防爆单元10的主视图、侧视图以及俯视图。三个子单元体的相对位置如前述方式旋转错位设置，形成均匀致密的防爆孔隙。由于使用了非金属材料，第一子单元体1、第二子单元体2以及第三子单元体3组成的空间网状结构体采用注塑一体成型工艺。该均匀致密的防爆孔隙用于分流火焰并有效防止爆炸发生。

进一步如图5所示，本发明的非金属阻隔防爆单元在使用过程中，可以把若干个非金属阻隔防爆单元10充填在可燃危化品存储装置A中，用于阻隔可燃危化品存储装置A中可能产生的火焰并防爆。

本发明阻隔防爆单元10使用的非金属材料为现有的改性材料(惰性有机高分子材料)，包括但不限于改性的聚丙烯、尼龙、聚四氟乙烯或聚氯乙烯等。

使用的非金属材料的性能要求如下：

1)该非金属材料的阻燃性能为V-0级；

2)该非金属材料的表面电阻率小于10¹²Ω；

3)该非金属材料在置放0.45MPa负载的热变形温度大于等于101℃；

4)该非金属材料不会污染危化品存储介质(例如甲醇、甲醇汽油、乙醇汽油等油品)。

本发明的空间网状非金属阻隔防爆单元以惰性有机高分子材料为基体，设计成薄柱空间网状结构，可填充或安装在车辆、飞机、舰艇油箱中或其他设施的储罐等存储装置中或运输管道中，可将相对较大的存储装置的内部空间分割形成若干个足够小的空间结构，从而达到阻隔火焰的迅速传播与能量的瞬间释放，并可利用材料本身的结构、表面和热传导效应，破坏可燃蒸汽的爆炸条件，从而防止进一步的燃烧和爆炸，以确保易燃易爆石油化工产品的储存、运输和使用安全。本发明的非金属阻隔防爆单元以惰性有机高分子材料为基体，因此不易被腐蚀。而且采用一体成型的工艺，增加了稳定性，可有效延长阻隔防爆单元的使用年限。由于采用非金属材料，相对密度小，比表面积大，价格廉价，且不会污染燃料或油品等存储介质。非金属材料刚性大，蠕变小，机械强度高，耐热性和电绝缘性好，可在较苛刻的化学、物理环境中长期使用，可替代金属作为工程结构材料使用。

本发明使用的空间网状高分子阻隔防爆单元采用改性的互穿网络共聚材料，该单元可填充于油箱油罐内，即使油箱油罐受到撞击、雷击、静电、甚至枪弹打击，均可有效防止爆炸，防止二次杀伤，可最大限度保障人员、车辆及储油设施的安全。不仅可以防爆、阻燃、防腐蚀，还可以防静电、消除浪涌，有效降低油品等存储介质的氧化速度。容器内维护简便、安全，可随时清洗。

前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。针对上述示例性实施方案所做的任何简单修改、等同变化与修饰，都应落入本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种非金属阻隔防爆单元，其特征在于，其由多个立方体形状的子单元体经旋转错位形成，所述子单元体为框架结构，经所述旋转错位形成的结构体呈现空间网状，该空间网状结构体内形成均匀致密的防爆孔隙。

2.根据权利要求1所述的非金属阻隔防爆单元，其特征在于，所述子单元体的棱边为圆柱体结构；所述子单元体的六个面上设有十字垂直交叉的圆柱体加强结构；所述六个面中任意相对两个面之间设有垂直相交的圆柱体加强结构。

3.根据权利要求2所述的非金属阻隔防爆单元，其特征在于，所述棱边长30mm；所述圆柱体的直径为2mm。

4.根据权利要求1至3中任意一项所述的非金属阻隔防爆单元，其特征在于，所述多个子单元体包括：

第一子单元体，设其中心为三维坐标轴原点；

第二子单元体，其结构与所述第一子单元体相同；其中心与所述第一子单元体的所述原点重合；所述第二子单元体的空间位置相对于所述第一子单元体沿所述三维坐标轴分别偏离120度；

第三子单元体，其结构与所述第一子单元体相同；其中心与所述第一子单元体的所述原点重合；所述第三子单元体的空间位置相对于所述第一子单元体沿所述三维坐标轴分别偏离240度。

5.根据权利要求4所述的非金属阻隔防爆单元，其特征在于，所述第一、第二以及第三子单元体组成的所述空间网状结构体采用一体成型结构。

6.根据权利要求4所述的非金属阻隔防爆单元，其特征在于，所述均匀致密的防爆孔隙为立体空间中的用于分流火焰的小型孔洞。

7.根据权利要求4所述的非金属阻隔防爆单元，其特征在于，使用过程中，多个所述非金属阻隔防爆单元充填在可燃危化品存储装置中，用于阻隔火焰并防爆。

8.根据权利要求1至3中任意一项所述的非金属阻隔防爆单元，其特征在于，所述阻隔防爆单元的非金属材料的阻燃性能为V-0级；非金属材料的表面电阻率小于10¹²Ω；非金属材料在置放0.45MPa负载的热变形温度大于等于101℃。

9.根据权利要求8所述的非金属阻隔防爆单元，其特征在于，所述非金属材料为改性的聚丙烯、尼龙、聚四氟乙烯或聚氯乙烯。

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