一種氣液兩相抑爆劑抑制受限空間油氣爆炸的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及抑制油氣爆炸領(lǐng)域，具體是一種采用惰性氣體和改性超細(xì)水霧組成的兩相抑爆劑抑制受限空間油氣爆炸的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]油氣(包括石油、成品油、天然氣等)既是重要的能源物資、化工原料，又是典型的易燃易爆物，發(fā)生在油氣貯藏、運(yùn)輸、使用中的重大安全事故一般都常常伴隨著油氣爆炸。抑爆成為一種能夠有效控制爆炸的方法，是防止爆炸向其他單元或場所蔓延的有效手段。由于其獨(dú)特的物理化學(xué)性質(zhì)，油氣在其貯藏、運(yùn)輸、使用的過程中往往被置于受限空間中。受限空間內(nèi)的油氣體爆炸在初期是典型的爆燃過程，即火焰的傳播速度低于壓力波的傳播速度。點(diǎn)爆后，由油氣爆燃及火焰低速傳播發(fā)展成為音速或超音速傳播，需要一個過程。同時，爆炸初期壓力及爆炸沖擊波的破壞都比較弱。伴隨著爆炸發(fā)展，爆炸后期對油庫建筑及儲油罐等各類設(shè)施、半地下油罐等將帶來災(zāi)難性后果。因此，必須在爆炸初期將爆炸抑制或?qū)⒈ɑ鹧鎿錅纭?br>[0003]研究表明，惰性氣體和超細(xì)水霧均是對可燃?xì)怏w爆炸具有抑制作用的工質(zhì)，然而，兩者的抑爆機(jī)理和作用特征卻并不相同。
[0004]惰性氣體主要是通過稀釋可燃?xì)庵械姆磻?yīng)物與氧氣來達(dá)到弱化或阻止燃燒的目的。采用預(yù)惰化的方式防止爆炸的發(fā)生已被證實(shí)為有效的技術(shù)手段并被廣泛采用。對于抑制已經(jīng)發(fā)生的爆炸而言，由于惰性氣體很容易在爆炸膨脹波的推動下遠(yuǎn)離既定抑爆區(qū)域，故需要一定的初始動能才能使其與火焰接觸產(chǎn)生直接作用。
[0005]通過一定的初始壓力賦予惰性氣體一定的動能，可以使其克服壓力波的推力向爆炸火焰移動，并與已燃或未燃?xì)怏w混合，使爆炸所需的氣體濃度降低至爆炸極限范圍以下，從而終止爆炸反應(yīng)，但僅僅采用惰性氣體抑爆機(jī)理單一，從而必須儲備大量的惰性氣體并采用較高的壓力驅(qū)動，效率很低且高壓設(shè)備本身有一定的安全隱患。
[0006]超細(xì)水霧是一種清潔、高效的爆炸控制介質(zhì)，對油氣的爆炸有較強(qiáng)的抑制作用。超細(xì)水霧加入到油氣爆炸過程中，通過以下3個方面對爆炸產(chǎn)生抑制作用:
[0007](I)可以使可燃混合氣中的氧氣被稀釋，減少油氣體組分與氧氣接觸的機(jī)會，在兩者間形成屏障，將低其相互接觸的幾率，從而影響爆炸反應(yīng)的傳遞；
[0008](2)當(dāng)爆炸過程產(chǎn)生的活性基團(tuán)與細(xì)水霧碰撞時會失去活性，從而使其喪失反應(yīng)活性，使得燃燒反應(yīng)鏈中斷；
[0009](3)由于水的相變潛熱很高，超細(xì)水霧受熱氣化可以吸收熱量或受熱分解，使得熱量不能聚集或蔓延到四周，從而降低反應(yīng)速度。
[0010]利用超細(xì)水霧抑制油氣爆炸，目前有以下4方面的問題尚未妥善解決:
[0011](I)超細(xì)水霧的抑爆效果與其粒度顯著相關(guān)，粒度越小，比表面積越大，兩相間的作用就越明顯，抑爆效果也就更好，而水霧受到其表面張力作用，粒度一般在幾十至幾百微米；
[0012](2)通常通過水霧噴頭噴射的超細(xì)水霧很難在空間上形成完全阻隔爆炸火焰的抑爆帶，火焰可能通過水霧區(qū)中的空隙透過抑爆區(qū)，使抑爆失??；
[0013](3)純水的抑爆效率比較低，特別是在用量較少時，阻斷爆炸化學(xué)反應(yīng)鏈的效果十分有限；
[0014](4)常見的高壓霧化噴頭系統(tǒng)需要較高的工作壓力才能制備出符合抑爆要求的超細(xì)水霧，使得工程工藝復(fù)雜、成本較高，且本身高壓驅(qū)動源存在一定的安全隱患。
[0015]通過在液態(tài)水中添加表面活性劑，可以有效降低水的表面張力，使其更好的被分散為超細(xì)水霧，降低水霧的粒度，增強(qiáng)霧化效果。同時，在超細(xì)水霧中加入對爆炸反應(yīng)鏈有化學(xué)抑制作用的物質(zhì)或活性基團(tuán)，可以高效地阻斷爆炸鏈反應(yīng)的傳遞。因此，采用改性超細(xì)水霧作為抑爆劑，其抑爆效果要優(yōu)于純水霧化產(chǎn)生的超細(xì)水霧。
[0016]現(xiàn)有技術(shù)中，存在一種超細(xì)冷氣溶膠，是一種直徑在微米級的固態(tài)粉塵，很容易污染環(huán)境，對人的呼吸道健康也有負(fù)面影響;且這種現(xiàn)有技術(shù)為了噴灑超細(xì)冷氣溶膠，需要在“產(chǎn)氣室”內(nèi)制造“快速的化學(xué)反應(yīng)”，生成高壓氣體，沖破爆破膜后與粉體混合，再沖破一層密封膜。通常認(rèn)為，能夠產(chǎn)生高壓氣體的快速化學(xué)反應(yīng)本身是具有一定的危險性的，這為裝置的安裝維護(hù)提出了很高的要求。同時，爆炸發(fā)生時，爆炸事故產(chǎn)生的高壓氣體很可能由外向內(nèi)沖破密封膜甚至爆破膜，致使系統(tǒng)完全失效?，F(xiàn)有技術(shù)中大部分仍不能使爆炸防患于未然。鑒于已有抑爆技術(shù)方案存在的種種弊端，可以采用惰性氣體和改性超細(xì)水霧組成的兩相抑爆劑，并使用低壓兩相噴頭組，使兩者充分混合。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0017]本發(fā)明的目的是解決現(xiàn)有技術(shù)中，超細(xì)水霧抑爆在粒度、空間分布、抑爆效能等方面的缺陷問題，有效地將爆炸控制在發(fā)展初期，防止大規(guī)模爆炸或爆轟的發(fā)生。
[0018]為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的而采用的技術(shù)方案是這樣的，一種氣液兩相抑爆劑抑制受限空間油氣爆炸的方法，其特征在于，包括以下步驟:
[0019]I)在液態(tài)純水中添加組分，制備出水基液態(tài)抑爆劑；降低水的表面張力并提供對爆炸反應(yīng)鏈有阻斷作用的物質(zhì)或離子；
[0020]2)將惰性氣體和所述步驟I)中制備的水基液態(tài)抑爆劑，分別貯存，并與一個或多個氣液兩相噴頭連接；
[0021]3)在受限空間內(nèi)使用火焰探測器，探測潛在爆源處的燃燒或爆炸信號；
[0022]4)對所述步驟3)中探測到的燃燒或爆炸信號進(jìn)行分析、判斷；
[0023]5)若所述步驟4)得到的分析結(jié)果為產(chǎn)生燃燒或爆炸，啟動兩相噴頭，水基液態(tài)抑爆劑和惰性氣體共同噴射在受限空間中，形成液態(tài)抑爆劑的惰氣溶膠，實(shí)現(xiàn)在爆炸初期將爆炸抑制或?qū)⒈ɑ鹧鎿錅绲哪康摹?br>[0024]進(jìn)一步，所述受限空間內(nèi)的裝置包括霧化噴頭、火焰探測器、噴頭連接部件、壓力管路、電磁閥1、電磁閥Π、電磁閥m、儲液罐、驅(qū)動氣源、控制器和惰氣源；
[0025]所述火焰探測器布置在受限空間內(nèi)壁上，所述火焰探測器所在的位置為潛在爆炸源位置；
[0026]所述霧化噴頭位于受限空間內(nèi)壁上，若干個霧化噴頭的進(jìn)水口通過壓力管道串連在一起，所述霧化噴頭的噴頭方向?yàn)闈撛诒ㄔ捶较颍?br>[0027]所述若干個串連在一起的霧化噴頭分別與惰氣源和儲液罐并連在一起，所述霧化噴頭與惰氣源的壓力管道上設(shè)有電磁閥I，所述霧化噴頭與儲液罐的壓力管道上設(shè)有電磁閥Π ;
[0028]所述儲液罐與驅(qū)動氣源通過壓力管道相連，相連的壓力管道上設(shè)有電磁閥m;
[0029]所述控制器分別于火焰探測器、電磁閥Π和電磁閥m相連；
[0030]其中，除霧化噴頭和火焰探測器外，其余器件均位于受限空間外部。
[0031]進(jìn)一步，所述步驟I)中添加的組分為表面活性劑和爆炸抑制劑。
[0032]進(jìn)一步，所述步驟2)中的惰性氣體選自氮?dú)饣蚨趸肌?br>[0033]進(jìn)一步，所述步驟5)中的兩相噴頭的使用包括旋流、混流多種方式造霧。
[0034]進(jìn)一步，所述步驟5)中的兩相噴頭使得高壓霧化噴頭組向外同時噴射惰性氣體與超細(xì)水霧，形成水霧帶，并與爆炸火焰接觸，使之熄滅。
[0035]進(jìn)一步，所述超細(xì)水霧的平均粒度小于20微米。
[0036]值得說明的是，所述兩相噴頭的數(shù)目、工作壓力視具體工況而定。
[0037]本發(fā)明的技術(shù)效果是毋庸置疑的，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0038]I)采用本發(fā)明中的方法，在受限空間內(nèi)通過傳感器及時探測爆炸初期的燃燒或爆炸信號，并在受控狀態(tài)下傳遞信號給兩相噴頭，噴出超細(xì)水霧，作用在火焰面上，使之減弱或熄滅，從而可以盡可能早地發(fā)現(xiàn)、撲滅爆炸險，避免燃燒或爆炸向更嚴(yán)重的情況發(fā)展。
[0039]2)本發(fā)明所使用的惰性氣體和改性超細(xì)水霧組成的兩相抑爆劑具有清潔和環(huán)保的特征，不僅不會對環(huán)境造成污染，還不會對人的呼吸道健康產(chǎn)生負(fù)面影響。
[0040]3)本發(fā)明不僅可以再爆炸發(fā)生后進(jìn)行抑制外，還可以防患于未然；因?yàn)槎栊詺怏w和超細(xì)水霧有惰化和降溫的功能，且可以在空間中較長時間的彌散。
[0041]4)本發(fā)明所使用的裝置為成熟、穩(wěn)定和安全的噴霧系統(tǒng)，且噴頭可采用已有的防爆噴頭，能在幾十公斤的壓力下正常工作。
【附圖說明】
[0042]圖1為本發(fā)明實(shí)施的俯視圖；
[0043]圖2為本發(fā)明實(shí)施的側(cè)視圖；
[0044]圖3為兩相噴頭連接的一種實(shí)施方式；
[0045]圖4為兩相噴頭驅(qū)動方式示意圖。
[0046]圖中:霧化噴頭1、火焰探測器2、噴頭連接部件3、壓力管路4、電磁閥5、儲液罐6、驅(qū)動氣源7、控制器8、惰氣源9。
【具體實(shí)施方式】
[0047]下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但不應(yīng)該理解為本發(fā)明上述主題范圍僅限于下述實(shí)施例。在不脫離本發(fā)明上述技術(shù)思想的情況下，根據(jù)本領(lǐng)域普通技術(shù)知識和慣用手段，做出