[发明专利]一种气液两相抑爆剂抑制受限空间油气爆炸的方法

说明书

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