新型HNA阻隔防爆技術在橇裝式加油裝置中的應用

曹建鷗（廣東豐大機械科技有限公司）

引言

HAN阻隔防爆技術可有效地防止燃油、危險化學品、可燃氣體等儲罐容器因鉆孔、碰撞、敲擊、誤操作、靜電、焊接、點火、槍擊等引發的爆炸事故的發生，對儲罐或容器在發生火災情況下防止火焰快速擴散，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]；大幅度降低燃油類液體在橇裝式加油裝置儲油罐內運輸中的浪涌強度，提高燃油運輸車輛的穩定和安全，阻止儲油罐內的溫度升高，防止儲油罐內靜電摩擦和意外著火引起的油氣爆炸。

HAN技術在歐美也得到廣泛應用，主要用于各種車輛、運輸裝備、各種飛機、快艇、摩托車等油箱防護；工業方面有運油車、儲油罐、液化氣儲罐等大型儲罐類的安全防護；航空運輸規定易燃易爆液體必須使用HAN技術的防爆容器盛裝方可運輸。

2005年4月13日國家安全生產監督管理總局依據該項技術制定和頒布了兩項安全生產行業標準：AQ 3001—2005《汽車加油（氣）站、輕質燃油和液化石油氣汽車罐車用阻隔防爆儲罐技術要求》和AQ 3002—2005《阻隔防爆橇裝式汽車加油（氣）裝置技術要求》。

2005年6月29日國家安全生產監督管理總局在京召開HAN阻隔防爆技術推廣演示會，并被修訂到國家標準GB 50156—2002（2006版）《汽車加油加氣站設計與施工規范》中。其中規定：現有周邊安全距離不符合《汽車加油加氣站設計與施工規范》標準的加油（氣）站的儲罐必須實施阻隔防爆技術改造并需驗收合格，加油（氣）站的安全距離按《汽車加油加氣站設計與施工規范》標準的規定進行核定[2]。

新型HAN阻隔防爆技術的優點：安全防爆、防止事故、環保節能、保護水資源、運營成本低、阻止浪涌、防靜電積聚、滅火簡單、快捷高效、容量損失小、應用廣泛[3]。著重介紹了鋁合金材料新型HAN阻隔防爆技術在橇裝式汽車加油裝置中的應用。

1 HAN阻隔防爆技術原理、分類和適用范圍

在儲罐容器內填充滿阻隔防爆材料蜂窩網狀結構，可阻隔火焰在儲油容器內迅速傳播與抑制能量的瞬間釋放，避免發生爆炸。蜂窩網狀結構利用其材料的熱傳導效應，破壞燃燒介質的爆炸基本條件，對火焰形成物理阻力，從而防止爆炸，保證易燃易爆氣態、液態危險化學品、可燃油類儲運安全[4]（圖1）。此技術對于提高橇裝加油(氣)站地面儲油罐安全性，提高汽車加油(氣)站罐體和運輸儲罐安全性，保證公共、人身及財產安全具有重要意義。

圖1 阻隔防爆技術原理

HAN阻隔防爆技術針對不同的化學介質選擇不同材質的阻隔防爆材料。根據金屬材料性質分為鈦合金、銅合金、鋁合金等；根據應用情況可分為設備類：HAN技術橇裝式加油裝置（圖2）、便攜式儲罐、集裝罐、運油車、地理式儲油罐、液化氣儲罐等；工程類：HAN防護技術對油氣儲罐安全改造的施工，對大型儲油罐防爆防護的設計和施工，對液化氣儲罐預防蒸汽爆炸事故的設計施工[5]。

圖2 HNA技術橇裝式加油裝置

該技術的適用范圍包括：

◇市區不符合《汽車加油加氣站設計與施工規范》中有關周邊安全防護距離要求的加油（氣）站地埋儲油罐[6]；

◇工業中不符合國家標準要求的易燃易爆氣庫、油庫區儲罐；

◇輕質燃油、易燃易爆氣態、液態危險化學品和液化石油氣油罐、氣罐、槽罐車用儲罐容器；

◇公路邊、機場、駕校、物流城、客運站、碼頭、工業園區、施工工地、煤礦、停車場、偏遠地區等采用橇裝式汽車加油（氣）裝置；

◇陸運、航空、航海等領域；

◇易燃易爆氣態、液態危險化學品運輸管道；

◇軍用飛機、坦克、軍艦和艦船等的燃料系統。

2 鋁合金阻隔防爆材料的檢驗和試驗

鋁合金阻隔防爆材料的加工工藝：HAN阻隔防爆技術應用合金鋁箔經過機械加工制成一種帶狀蜂窩網狀結構材料（圖3），將整形收卷后的鋁箔放料拉網擴展為鋁箔網狀材料，再將其卷制成型為鋁合金蜂窩網狀阻隔防爆材料。

圖3 鋁合金阻隔防爆材料的加工

鋁箔原材料技術參數（表1）：鋁合金箔合金狀態為3003H18；化學成分的質量分數為硅0.4%、鐵0.4%～0.6%、銅0.05%～0.15%、錳1.05%～1.45%、鎂0.002%、釩0.003%、鋅0.1%、鈦0.1%～0.2%；鋁為余量。

表1 原材料各項技術參數

加工后的蜂窩網狀材料技術參數（表2）：網格阻隔防爆材料（圖4）大小應當均勻，不均勻性小于或等于24%；邊緣不展開寬度小于或等于11 mm；網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；成品端面不平度應小于或等于56 mm。

表2 加工后的蜂窩網狀材料各項技術參數

在92#汽油蒸汽與空氣的混合體積分數為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。試驗結果表明，混合體積分數為4.1%時為最佳混合濃度，并以此條件進行防爆性能試驗。在填充密度為30 kg/m3條件下進行防爆性能試驗的燃爆增壓曲線見圖5，各測點燃爆性能試驗增壓值見表3。

圖5 燃爆增壓曲線

圖4 網格阻隔防爆材料

表3 各測點燃爆性能試驗增壓值

3 鋁合金阻隔防爆材料在橇裝式加油裝置的儲油罐中試驗

3.1 燃燒對比試驗

在?570 mm×400 mm的容器內填充IV型鋁合金阻隔防爆材料2.55 kg，加入10 L 92#汽油；在另一個同樣規格的容器內直接加入10 L 92#汽油，分別用點火器點燃，觀察油氣燃燒情況。

裝有阻隔防爆材料的容器內油氣燃燒平穩，火焰高度約為0.2 m；未裝阻隔防爆材料的容器內油氣燃燒迅猛，火焰高度最高超過2 m（圖6）。

圖6 燃燒對比試驗

3.2 油罐帶油鉆孔、補焊試驗

在容積500 L的立式試驗罐內裝入IV型鋁合金阻隔防爆材料14 kg，再加入92#汽油200 L。試驗人員手持電鉆在罐壁上（汽油液面以上部位）鉆2個?8 mm的通孔；隨后用焊槍點燃油氣，2 min后對2個通孔進行補焊作業，用時不足1 min，補焊完畢。整個過程平穩，未發生爆炸、爆燃等異常情況（圖7）。

圖7 油罐帶油鉆孔、補焊試驗

3.3 油罐1 h燃燒試驗

在容積2 m3的鋼制臥式試驗罐內裝入IV型鋁合金阻隔防爆材料約50 kg，92#汽油1800 L，罐體裝設2個呼吸閥。試驗罐下方放置1個2500 mm×1250 mm×170 mm鋼制油槽，油槽內預先裝入足量的0#柴油，并設置一個輔助加油裝置，向油槽內加注作為燃料用的柴油。

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

圖8 油罐1 h燃燒試驗

經現場橇裝式加油裝置儲油罐的1 h燃燒試驗見證，內裝有鋁合金阻隔防爆材料儲油罐燃燒后未見泄漏、變形，各個功能均正常，符合相關標準要求，試驗合格。

4 鋁合金阻隔防爆材料在橇裝式加油裝置的儲油罐內清洗

清洗這種儲油罐主要有四種方法：

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

2）抽盡罐內余油，專業人員進入罐底進行清洗，取出部分罐內阻隔防爆材料，再用棉布和木耙反復拖刷清洗，這種方法比較費工、費時間。

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

4）超聲波清洗，用循環隔膜泵配合超聲波清洗機能達到人員不進入罐內清洗干凈的效果，可以把如同半塊磚頭大的雜物吸上來，可以通過視頻頭看到罐內的清理情況和效果。

5 結論

多年來人們對汽油、液化氣、天然氣等易燃易爆產品安全防護要求特別高，盡管采取各種措施進行預防，但由于一些不可預見的、突發性的原因，還是會有危險化學品生產和儲存場所發生事故而引發爆炸，給國家和人民財產造成了巨大損失。

鋁合金阻隔防爆材料為多邊形蜂窩狀網眼結構材料，增加了軔性和延伸性、折彎性、彈性，該鋁合金材料具有良好的抑爆性能。由于該材料疊層中的網眼組成蜂窩狀的特殊結構，把油罐、油箱、儲氣罐內腔分成無數很小的像蜂巢一樣的隔間，這些“蜂巢隔間”可以有效地抑制火焰熱輻射的傳播擴散，同時具有較好的導熱性，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后的最終溫度降低，減縮反應氣體的膨脹，不會極大提高儲罐容器的壓力值[7]。

應用新型HAN阻隔防爆技術可以抑制儲罐容器內易燃氣體的揮發，減少油品損耗，降低環境污染，阻止浪涌，防止容器內靜電，明顯減少火焰高度，阻止儲罐內明火擴散；保護易燃易爆氣態、液態危險化學品儲運容器裝置，使其在意外燃燒和遇到撞擊事故時不會發生爆炸[8]。

阻隔材料可以代替陽極保護，防止儲罐容器內部侵蝕，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污染；儲罐容器可隨時補焊及維修，清洗相對簡單，用時較短。