GB/T 37222-2018 難燃液壓液噴射燃燒持久性測定方法解讀

王繼勇

(1.煤炭科學(xué)技術(shù)研究院有限公司礦用油品分院，北京100013；2.煤炭資源高效開采與潔凈利用國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100013； 3.國家能源煤炭高效利用與節(jié)能減排技術(shù)裝備重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100013)

1 標(biāo)準(zhǔn)編制背景

2003年我國等同采用ISO 6743-4:1999標(biāo)準(zhǔn)，制定了我國液壓油的產(chǎn)品分類標(biāo)準(zhǔn)[1]，該標(biāo)準(zhǔn)GB/T 7631.2-2003《潤滑劑、工業(yè)用油和相關(guān)產(chǎn)品(L類)的分類第2部分：H組(液壓系統(tǒng))》[2]將液壓油進(jìn)行了詳細(xì)分類，難燃液壓液是其中一大類。難燃液壓液除了具備潤滑性、低溫流動性、防銹性、穩(wěn)定性等性能外，一項(xiàng)重要的性能就是難燃性，這方面的研究也比較活躍[3-6]。因難燃液壓液在難燃性方面的優(yōu)勢，使得其在鋼鐵、電力、機(jī)械、冶金、煤礦等行業(yè)獲得廣泛應(yīng)用，有效地保證了安全生產(chǎn)。

當(dāng)前，國內(nèi)有關(guān)難燃液壓液難燃性能的測試、評價方法包括NB/SH/T 0567-2016 《液體與熱表面接觸燃燒性的測定歧管引燃法》[7]和SH/T 0785-2006 《難燃液芯式燃燒持久性測定法》[8]。這兩個方法分別用于評價難燃液壓液接觸熱表面的難燃性以及難燃液壓液芯式燃燒持久性(浸過難燃液的不燃材料燃燒持久性)。相對于國外難燃液壓液難燃性能評價方法，我國還缺少噴射燃燒持久性評價方法，即液壓液在高壓泄漏時形成噴射流，遇到火焰表現(xiàn)出來的難燃性及延燃性。比如，ISO 12922:2012[9]標(biāo)準(zhǔn)明確規(guī)定了難燃液壓液的難燃性能評價方法包括熱表面法、芯式燃燒持久性法以及噴射燃燒持久性法。前面兩種方法，我國已建立或修訂了最新版本，但噴射燃燒持久性方法仍未建立國家標(biāo)準(zhǔn)方法。在實(shí)際應(yīng)用時，高壓運(yùn)行中液壓液因泄漏產(chǎn)生霧狀噴射流，遇到火焰等很可能帶來火災(zāi)事故。

國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 21449-2008《水-乙二醇型難燃液壓液》[10]產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)中也規(guī)定了進(jìn)行液壓液難燃性能測試，當(dāng)時國內(nèi)沒有相應(yīng)的技術(shù)、噴射燃燒試驗(yàn)設(shè)備以及國家標(biāo)準(zhǔn)方法，不得已規(guī)定采用ISO 15029-1：1999[11]方法進(jìn)行測試。這樣會帶來國際委托檢驗(yàn)的高成本支出，還會因國內(nèi)產(chǎn)品缺少相關(guān)難燃性認(rèn)證缺少國際競爭力。因此，盡快建立難燃液壓液噴射燃燒持久性評價方法十分迫切和必要。

難燃液壓液噴射燃燒持久性評價方法的建立，首先在我國煤炭行業(yè)得到響應(yīng)。煤炭科學(xué)技術(shù)研究院有限公司(原煤炭科學(xué)研究總院)建立國內(nèi)首套噴射燃燒試驗(yàn)裝置，并進(jìn)行檢驗(yàn)方法的研究[12-14]，研究成果形成了《煤礦井下用無水全合成液壓液產(chǎn)品技術(shù)規(guī)范》。安標(biāo)國家礦用產(chǎn)品安全標(biāo)志中心有限公司(原礦用產(chǎn)品安全標(biāo)志辦公室)接受國家應(yīng)急管理部的授權(quán)，對重要下井產(chǎn)品進(jìn)行安全標(biāo)志管理工作。對于無人值守的隔爆油冷式電動滾筒及其用液壓液進(jìn)行安標(biāo)認(rèn)證，規(guī)定該液壓液必須選用認(rèn)證合格的難燃液壓液。上述《煤礦井下用無水全合成液壓液產(chǎn)品技術(shù)規(guī)范》經(jīng)安標(biāo)國家礦用產(chǎn)品安全標(biāo)志中心有限公司備案，對難燃液壓液產(chǎn)品進(jìn)行噴射燃燒難燃性能評價。

為了更好服務(wù)于涉及難燃液壓液產(chǎn)品各行業(yè)的安全生產(chǎn)，為難燃液壓液產(chǎn)品生產(chǎn)單位和用戶提供科學(xué)、規(guī)范的噴射燃燒持久性評價方法，由煤炭科學(xué)技術(shù)研究院有限公司、中國石化潤滑油有限公司合成油脂分公司共同參與起草的噴射燃燒試驗(yàn)方法國家標(biāo)準(zhǔn)列入2011年國家標(biāo)準(zhǔn)制修訂計劃。經(jīng)過大量認(rèn)真嚴(yán)謹(jǐn)?shù)脑囼?yàn)及論證等工作，國家標(biāo)準(zhǔn)《難燃液壓液噴射燃燒持久性測定 空錐射流噴嘴試驗(yàn)法》于2018年底出版發(fā)布。

2 國內(nèi)外相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展

查閱國內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)、報告，國內(nèi)外噴射燃燒持久性測定方法大致包括以下幾項(xiàng)，見表1。

表1 國內(nèi)外噴射燃燒試驗(yàn)方法

表1中歐洲六國噴射燃燒試驗(yàn)方法的建立來自于一個世紀(jì)礦難，1956年8月8日，在比利時瑪克尼爾礦的進(jìn)風(fēng)井，因液壓系統(tǒng)的液壓油造成火災(zāi)，263名礦工喪生[17](有資料說是267名礦工，來自10個國家，包括136名意大利工人)。這次事故被稱為歐洲采礦史上一次前所未有的浩劫，其起因竟是因高壓油管破裂遇到電纜引起。之后比利時成立了礦山安全委員會，它負(fù)責(zé)監(jiān)控安全程序和制定新的法規(guī)。其中就包括由德國、法國、意大利、荷蘭、比利時、盧森堡六個國家(也是歐盟的前身)建立并實(shí)施的大陸六國噴射燃燒試驗(yàn)方法。

自從英國加入歐盟組織，英國的噴射燃燒試驗(yàn)方法也作為上世紀(jì)80年代歐盟內(nèi)可選的方法。相對于大陸六國噴射燃燒試驗(yàn)方法評價手段過于簡單，英國噴射燃燒試驗(yàn)方法可以量化評價，精確度更高。因此，國際標(biāo)準(zhǔn)化組織也在英國噴射燃燒試驗(yàn)方法的基礎(chǔ)上，建立了ISO 15029-1：1999標(biāo)準(zhǔn)，其內(nèi)容與英國標(biāo)準(zhǔn)一致。

國際標(biāo)準(zhǔn)化組織又建立了ISO/TS 15029-2:2012 《石油和相關(guān)產(chǎn)品——難燃液體噴射燃燒特性的測定 第2部分：穩(wěn)定火焰熱釋放法》。該方法需要控制點(diǎn)火源的長度、熱量和其他燃燒性能都要穩(wěn)定的情況下，在丙烷氣體不同流量下(0.13 Nm3/h、0.4 Nm3/h)，分別測量在噴射難燃液壓液和不噴射液壓液的情況下尾氣的溫度，并在此基礎(chǔ)上計算出難燃液壓液的燃燒長度指數(shù)、燃燒因子和煙密度來表征液壓液的可燃性。該檢測法試驗(yàn)裝置較復(fù)雜，試驗(yàn)管路多，控制閥門及密封等要求嚴(yán)格，目前建立的試驗(yàn)裝置不多，也沒有建立精確度。該裝置對試驗(yàn)條件的限制非常嚴(yán)格，比如燃燒室入口的溫度、風(fēng)速、壓縮空氣、丙烷氣體的流量、相對濕度等都要嚴(yán)格控制，尤其是在試驗(yàn)過程中因燃燒而帶來的溫度、風(fēng)速、濕度等變化不易控制。

我國的難燃液壓液噴射燃燒試驗(yàn)方法，最早于2009年由煤炭科學(xué)技術(shù)研究院有限公司開始研究，并參照ISO 15029-1:1999標(biāo)準(zhǔn)方法的內(nèi)容，建立了《煤礦井下用無水全合成液壓液產(chǎn)品技術(shù)規(guī)范》，對井下用難燃液壓液的噴射燃燒難燃性進(jìn)行評價。

目前ISO 15029-1：1999和ISO/TS 15029-2:2012都是現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)，可用于難燃液壓液噴射燃燒難燃性能的評價。綜合以上噴射燃燒試驗(yàn)方法的特點(diǎn)，參照ISO 15029-1：1999標(biāo)準(zhǔn)方法建立噴射燃燒持久性試驗(yàn)方法國家標(biāo)準(zhǔn)符合我國難燃液壓液發(fā)展?fàn)顩r和需求。

3 標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容解讀

本標(biāo)準(zhǔn)用于難燃液壓液難燃性能的評價，在測試國內(nèi)外大量難燃液壓液試驗(yàn)樣品的基礎(chǔ)上，參照ISO 15029-1:1999重新起草編制。本標(biāo)準(zhǔn)與ISO 15029-1:1999的一致性程度為非等效，與ISO 15029-1:1999的主要技術(shù)差異見表2。

表2 GB/T 37222-2018與ISO 15029-1:1999的主要技術(shù)差異

下面就標(biāo)準(zhǔn)的主要技術(shù)參數(shù)做一一說明。

3.1 壓力提供方式

標(biāo)準(zhǔn)ISO 15029-1:1999中，難燃液壓液噴射壓力由高壓氮?dú)馄刻峁緲?biāo)準(zhǔn)借鑒大陸六國標(biāo)準(zhǔn)中的壓力提供方式，采用液壓系統(tǒng)來提供穩(wěn)定的噴射壓力。這樣既可以為難燃液壓液噴射燃燒試驗(yàn)提供穩(wěn)定的噴射壓力，同時避免頻繁更換氮?dú)馄康确爆嵐ぷ鳌?/p>

3.2 點(diǎn)火源

本標(biāo)準(zhǔn)采用丙烷燈替代氧-乙炔氣為點(diǎn)火火源。相對于氧-乙炔氣，丙烷化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，爆炸范圍小，不易回火，安全性高，而且大量試驗(yàn)結(jié)果表明采用丙烷燈作為點(diǎn)火源，能將各類難燃液壓液很好區(qū)分。

3.3 噴嘴

本標(biāo)準(zhǔn)采用國產(chǎn)AAZ-1/4-1.5空心錐形霧化噴嘴代替Monarch公司制造的F 80°2.5PL型的噴嘴。由于AAZ-1/4-1.5國產(chǎn)空心錐形霧化噴嘴性能穩(wěn)定且易得，試驗(yàn)結(jié)果表明：該型號噴嘴對不同類型難燃液壓液具有良好區(qū)分性，能用于難燃液壓液的難燃性檢驗(yàn)。

3.4 點(diǎn)火源距離噴嘴位置

本標(biāo)準(zhǔn)明確了噴射燃燒試驗(yàn)測試中點(diǎn)火源的5個有代表性位置，分別為距離噴嘴0.2 m、0.4 m、0.6 m、0.8 m、1.0 m處。這5個位置包含噴射長度的近端和最遠(yuǎn)端，避免了試驗(yàn)條件的隨機(jī)性造成試驗(yàn)結(jié)果的誤差。

3.5 試驗(yàn)結(jié)果

標(biāo)準(zhǔn)制定過程中的試驗(yàn)樣品來自于國內(nèi)外有代表性生產(chǎn)企業(yè)和單位，試驗(yàn)結(jié)果包含了各不同液壓液類型產(chǎn)品的噴射燃燒持久性測試數(shù)據(jù)，可以明顯區(qū)分不同類型難燃液壓液產(chǎn)品的噴射燃燒難燃性能。同時，文獻(xiàn)資料ASTM STP1284：1996[18]中W.HEYN 撰寫的《噴射燃燒試驗(yàn)方法在液壓液難燃性評價中的一般觀點(diǎn)和批評性思考》文章顯示，采用英國標(biāo)準(zhǔn)(英國標(biāo)準(zhǔn)與ISO 15029-1:1999標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容一致)測試的不同類型液壓液產(chǎn)品的噴射燃燒持久性數(shù)據(jù)，也表明了不同類型難燃液壓液產(chǎn)品的噴射燃燒難燃性能的差異。現(xiàn)將不同類型難燃液壓液按本標(biāo)準(zhǔn)測試噴射燃燒持久性測試結(jié)果及ASTM STP1284中測試結(jié)果列于表3。

表3 不同類型難燃液壓液按GB/T 37222-2018的噴射燃燒持久性測試結(jié)果與ASTM STP1284測試結(jié)果對比

注：測試結(jié)果為不同類型液壓液噴射燃燒火焰持續(xù)燃燒時間。

由以上結(jié)果可以看出，采用本標(biāo)準(zhǔn)測試的不同類型難燃液壓液噴射燃燒持久性試驗(yàn)結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)資料ASTM STP1284中測試的噴射燃燒持久性試驗(yàn)結(jié)果有較好可比性。

4 標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施的展望

隨著國家對包括煤礦、非煤礦山、冶金、機(jī)械、鋼鐵、電力等行業(yè)安全形勢的日益重視，難燃液壓液噴射燃燒難燃性能顯示出了越來越重要的作用。在這樣的背景下，GB/T 37222-2018《難燃液壓液噴射燃燒持久性測定 空錐射流噴嘴試驗(yàn)法》國家標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布和實(shí)施，不僅為煤礦用難燃液壓液產(chǎn)品提供檢驗(yàn)依據(jù)和技術(shù)支持，可有效降低火災(zāi)風(fēng)險和改善煤礦安全生產(chǎn)。更重要的是為我國煤炭、冶金、鋼鐵、電力等行業(yè)的安全、健康、穩(wěn)定發(fā)展提供了技術(shù)支撐和手段。另外，本標(biāo)準(zhǔn)在難燃液壓液性能測試分析的基礎(chǔ)上，有利于提升我國難燃液壓液產(chǎn)品的整體質(zhì)量，對我國有實(shí)力的難燃液壓液產(chǎn)品的生產(chǎn)單位參與國際競爭具有重要意義。