基于不同標(biāo)準(zhǔn)爆炸性大氣試驗(yàn)程序?qū)Ρ确治?/h1>
2020-03-06 11:40:44劉四平李召王學(xué)科
環(huán)境技術(shù) 2020年1期
劉四平，李召，王學(xué)科
（西安西測電子技術(shù)服務(wù)有限公司，西安 710065）
引言
早在60 多年前，爆炸性大氣試驗(yàn)已在世界上開始應(yīng)用，應(yīng)用比較廣泛的有MIL-STD-810 系列，以及RTCA/DO 160 系列。2017年，中國航天科技集團(tuán)公司一院702所研制出爆炸性大氣試驗(yàn)箱，打破了國際壟斷，揭開了爆炸性大氣的神秘面紗。不管是軍用裝備還是民用設(shè)備，都存在靠近存儲燃油和使用燃油設(shè)備的維護(hù)設(shè)備。而燃油屬于易揮發(fā)易燃性，從而導(dǎo)致靠近的維護(hù)設(shè)備工作于易燃性氣體環(huán)境中。當(dāng)氣體濃度累計(jì)到一定程度，設(shè)備工作時(shí)的產(chǎn)生的熱表面、電火花甚至電弧將會點(diǎn)燃?xì)怏w，進(jìn)而引發(fā)易燃性氣體發(fā)生爆炸，給裝備及人身安全帶來不可估量的損失與破壞。
考慮到機(jī)載設(shè)備的爆炸性大氣試驗(yàn)環(huán)境適應(yīng)性考核的需求及實(shí)施，本文對GJB 150.13-1986、GJB 150.13A-2009、RTCA/DO 160G-2010（第九章）三個(gè)不同標(biāo)準(zhǔn)中的“在爆炸性大氣中工作”試驗(yàn)程序進(jìn)行了對比分析，包括設(shè)備參數(shù)要求、試驗(yàn)方法制定與實(shí)施、產(chǎn)品安裝要求等多個(gè)方面，明確了各標(biāo)準(zhǔn)對爆炸性大氣試驗(yàn)開展的不同要求。
1 試驗(yàn)程序?qū)Ρ确治?/h2>1.1 試驗(yàn)設(shè)備
在GJB 150.13-1986、GJB 150.13A-2009、RTCA/DO 160G-2010（第九章）三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)中對爆炸性大氣試驗(yàn)項(xiàng)目的試驗(yàn)設(shè)備提出了要求，其中在GJB 150.13-1986 中對爆炸性大氣試驗(yàn)設(shè)備的要求更加具體，包括設(shè)備尺寸、設(shè)備的壓力范圍、風(fēng)速以及溫度要求，而對于GJB 150A-2009、RTCA/DO 160G-2010，在標(biāo)準(zhǔn)中僅提出設(shè)備必須滿足提供/獲得、保持和監(jiān)測規(guī)定的試驗(yàn)條件，以及應(yīng)有確認(rèn)混合氣體爆炸特性的裝置。雖然GJB 150.13A-2009、RTCA/DO 160G-2010（第九章）在設(shè)備的要求描述上有些許差別，但可以看出兩者對設(shè)備的要求基本一致，對設(shè)備尺寸未做具體規(guī)定。不同標(biāo)準(zhǔn)對爆炸性大氣試驗(yàn)設(shè)備的要求具體見表1。
表1 不同標(biāo)準(zhǔn)對試驗(yàn)設(shè)備的要求
1.2 燃料混合物
對于爆炸性大氣試驗(yàn)的實(shí)施，燃料的作用不言而喻，燃料的選取以及配比直接決定了試驗(yàn)?zāi)芊癯晒﹂_展。文中將三個(gè)不同標(biāo)準(zhǔn)對試驗(yàn)所用爆炸性燃料混合物的成分及配比要求進(jìn)行對比，具體如表2。
從 表2 中 可 以 看 出，GJB 150.13-1986 與GJB 150.13A-2009 對燃料及混合氣體要求基本保持一致，GJB 150.13A-2009 在對燃料要求中，對除95 %正己烷以外的氣體成分做了規(guī)定，規(guī)定為5 %的正己烷異構(gòu)體。而對于RTCA/DO 160G-2010（第九章），其規(guī)定的燃料除正己烷外，還可以是丙烷或與其相當(dāng)?shù)娜剂希Ρ闅怏w的使用量進(jìn)行了規(guī)定。
表2 不同標(biāo)準(zhǔn)中燃料的要求
1.3 試驗(yàn)程序
1）GJB 150.13-1986 試驗(yàn)程序
GJB 150.13-1986 共包含兩個(gè)試驗(yàn)程序，本文重點(diǎn)分析程序1-確定各種類型的密封設(shè)備和非密封設(shè)備在可燃性氣體中工作而不引起爆炸的能力。具體試驗(yàn)程序?qū)嵤┤绫?。
2）GJB 150.13A-2009 試驗(yàn)程序
GJB 150.13A-2009 也包括兩個(gè)試驗(yàn)程序：程序1 為在爆炸性大氣中工作，程序2 為隔爆試驗(yàn)，在此重點(diǎn)講述程序1。此程序相較于GJB 150.13-1986 中的程序1，試驗(yàn)實(shí)施簡化很多，具體程序?qū)嵤┤绫?。
3）RTCA/DO 160G-2010（第九章）試驗(yàn)程序
RTCA/DO 160G-2010（第九章）共包括三個(gè)程序，其中E 類試驗(yàn)確認(rèn)產(chǎn)品在爆炸性大氣環(huán)境中工作時(shí)不會引起爆炸，其實(shí)施程序[3]具體如下：
第一步：試件應(yīng)使用制造方推薦的正常安裝方式進(jìn)行機(jī)械和電氣連接與定位，運(yùn)行試件確定其功能正常。
表3 在爆炸性大氣中工作實(shí)施程序（GJB 150.13-1986）[1]
表4 在爆炸性大氣中工作實(shí)施程序（GJB 150.13A-2009）[2]
第二步：密封試驗(yàn)箱，并將箱內(nèi)的環(huán)境溫度升至產(chǎn)品的高溫工作溫度。但在爆炸混合氣體進(jìn)入試驗(yàn)箱前，應(yīng)使試驗(yàn)箱和試驗(yàn)箱壁的溫度上升至與試驗(yàn)箱周圍空氣的差值不超過 11 ℃，以防止爆炸氣體凝露。
第三步：向試驗(yàn)箱內(nèi)注入燃料量，使試驗(yàn)大氣循環(huán)流通至少 3 min，使燃料完全汽化并均勻化。
第四步：試件的所有電接觸器都應(yīng)動作。在這一期間內(nèi)試件應(yīng)連續(xù)工作，且所有電接觸器的開合頻率應(yīng)盡量和實(shí)際使用情況相同。
第五步：如果試件工作時(shí)沒有發(fā)生爆炸，驗(yàn)證氣體樣本的爆炸性。如果混合氣體不具有爆炸性，則此試驗(yàn)無效，應(yīng)重新進(jìn)行試驗(yàn)。
3 結(jié)論
本 文 基 于GJB 150.13-1986、GJB 150.13A-2009、RTCA DO 160G-2010（第九章）對“在爆炸性大氣試驗(yàn)中工作”試驗(yàn)程序及方法進(jìn)行了對比及分析，經(jīng)對比分析，可以得出以下結(jié)論：
1）程序復(fù)雜度。在三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)中，GJB 150.13-1986執(zhí)行的“在爆炸性大氣中工作”試驗(yàn)程序最為復(fù)雜，這主要是由于在試驗(yàn)過程中試驗(yàn)高度的調(diào)整以及新試驗(yàn)高度確定與模擬，同時(shí)也大大增加了試驗(yàn)時(shí)長。GJB 150.13A-2009 中雖然也涉及高度的調(diào)整，實(shí)際上試驗(yàn)過程涉及的高度包括試驗(yàn)高度及地面高度，相較于GJB 150.13-1986 試驗(yàn)過程簡化了很多。相較于前兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，而RTCA/DO 160G-2010（第九章）不論在高度選取上還是在試驗(yàn)方法上，均簡化了很多，試驗(yàn)過程涉及的高度為地面高度。
2）試驗(yàn)高度選取。GJB 150.13-1986 與GJB 150.13A-2009 規(guī)定的試驗(yàn)高度均為試件的最高工作高度，RTCA/DO 160G-2010（第九章）規(guī)定的試驗(yàn)高度為地面高度。
3）試驗(yàn)溫度選取。三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)均推薦采用試件的最高工作環(huán)境溫度。
通 過 對GJB 150A-2009、GJB 150-1986、RTCA DO 160G-2010（第九章）中“在爆炸性大氣工作”在試驗(yàn)設(shè)備、爆炸性氣體、試驗(yàn)程序?qū)嵤⒃囼?yàn)參數(shù)選取等方面進(jìn)行了對比分析，明確了爆炸性大氣試驗(yàn)“在爆炸性大氣工作”程序的實(shí)施方法與要求，可為機(jī)載產(chǎn)品在實(shí)施爆炸性大氣試驗(yàn)時(shí)提供參考與指導(dǎo)。
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引言
早在60 多年前，爆炸性大氣試驗(yàn)已在世界上開始應(yīng)用，應(yīng)用比較廣泛的有MIL-STD-810 系列，以及RTCA/DO 160 系列。2017年，中國航天科技集團(tuán)公司一院702所研制出爆炸性大氣試驗(yàn)箱，打破了國際壟斷，揭開了爆炸性大氣的神秘面紗。不管是軍用裝備還是民用設(shè)備，都存在靠近存儲燃油和使用燃油設(shè)備的維護(hù)設(shè)備。而燃油屬于易揮發(fā)易燃性，從而導(dǎo)致靠近的維護(hù)設(shè)備工作于易燃性氣體環(huán)境中。當(dāng)氣體濃度累計(jì)到一定程度，設(shè)備工作時(shí)的產(chǎn)生的熱表面、電火花甚至電弧將會點(diǎn)燃?xì)怏w，進(jìn)而引發(fā)易燃性氣體發(fā)生爆炸，給裝備及人身安全帶來不可估量的損失與破壞。
考慮到機(jī)載設(shè)備的爆炸性大氣試驗(yàn)環(huán)境適應(yīng)性考核的需求及實(shí)施，本文對GJB 150.13-1986、GJB 150.13A-2009、RTCA/DO 160G-2010（第九章）三個(gè)不同標(biāo)準(zhǔn)中的“在爆炸性大氣中工作”試驗(yàn)程序進(jìn)行了對比分析，包括設(shè)備參數(shù)要求、試驗(yàn)方法制定與實(shí)施、產(chǎn)品安裝要求等多個(gè)方面，明確了各標(biāo)準(zhǔn)對爆炸性大氣試驗(yàn)開展的不同要求。
1 試驗(yàn)程序?qū)Ρ确治?/h2>1.1 試驗(yàn)設(shè)備
在GJB 150.13-1986、GJB 150.13A-2009、RTCA/DO 160G-2010（第九章）三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)中對爆炸性大氣試驗(yàn)項(xiàng)目的試驗(yàn)設(shè)備提出了要求，其中在GJB 150.13-1986 中對爆炸性大氣試驗(yàn)設(shè)備的要求更加具體，包括設(shè)備尺寸、設(shè)備的壓力范圍、風(fēng)速以及溫度要求，而對于GJB 150A-2009、RTCA/DO 160G-2010，在標(biāo)準(zhǔn)中僅提出設(shè)備必須滿足提供/獲得、保持和監(jiān)測規(guī)定的試驗(yàn)條件，以及應(yīng)有確認(rèn)混合氣體爆炸特性的裝置。雖然GJB 150.13A-2009、RTCA/DO 160G-2010（第九章）在設(shè)備的要求描述上有些許差別，但可以看出兩者對設(shè)備的要求基本一致，對設(shè)備尺寸未做具體規(guī)定。不同標(biāo)準(zhǔn)對爆炸性大氣試驗(yàn)設(shè)備的要求具體見表1。
表1 不同標(biāo)準(zhǔn)對試驗(yàn)設(shè)備的要求
1.2 燃料混合物
對于爆炸性大氣試驗(yàn)的實(shí)施，燃料的作用不言而喻，燃料的選取以及配比直接決定了試驗(yàn)?zāi)芊癯晒﹂_展。文中將三個(gè)不同標(biāo)準(zhǔn)對試驗(yàn)所用爆炸性燃料混合物的成分及配比要求進(jìn)行對比，具體如表2。
從 表2 中 可 以 看 出，GJB 150.13-1986 與GJB 150.13A-2009 對燃料及混合氣體要求基本保持一致，GJB 150.13A-2009 在對燃料要求中，對除95 %正己烷以外的氣體成分做了規(guī)定，規(guī)定為5 %的正己烷異構(gòu)體。而對于RTCA/DO 160G-2010（第九章），其規(guī)定的燃料除正己烷外，還可以是丙烷或與其相當(dāng)?shù)娜剂希Ρ闅怏w的使用量進(jìn)行了規(guī)定。
表2 不同標(biāo)準(zhǔn)中燃料的要求
1.3 試驗(yàn)程序
1）GJB 150.13-1986 試驗(yàn)程序
GJB 150.13-1986 共包含兩個(gè)試驗(yàn)程序，本文重點(diǎn)分析程序1-確定各種類型的密封設(shè)備和非密封設(shè)備在可燃性氣體中工作而不引起爆炸的能力。具體試驗(yàn)程序?qū)嵤┤绫?。
2）GJB 150.13A-2009 試驗(yàn)程序
GJB 150.13A-2009 也包括兩個(gè)試驗(yàn)程序：程序1 為在爆炸性大氣中工作，程序2 為隔爆試驗(yàn)，在此重點(diǎn)講述程序1。此程序相較于GJB 150.13-1986 中的程序1，試驗(yàn)實(shí)施簡化很多，具體程序?qū)嵤┤绫?。
3）RTCA/DO 160G-2010（第九章）試驗(yàn)程序
RTCA/DO 160G-2010（第九章）共包括三個(gè)程序，其中E 類試驗(yàn)確認(rèn)產(chǎn)品在爆炸性大氣環(huán)境中工作時(shí)不會引起爆炸，其實(shí)施程序[3]具體如下：
第一步：試件應(yīng)使用制造方推薦的正常安裝方式進(jìn)行機(jī)械和電氣連接與定位，運(yùn)行試件確定其功能正常。
表3 在爆炸性大氣中工作實(shí)施程序（GJB 150.13-1986）[1]
表4 在爆炸性大氣中工作實(shí)施程序（GJB 150.13A-2009）[2]
第二步：密封試驗(yàn)箱，并將箱內(nèi)的環(huán)境溫度升至產(chǎn)品的高溫工作溫度。但在爆炸混合氣體進(jìn)入試驗(yàn)箱前，應(yīng)使試驗(yàn)箱和試驗(yàn)箱壁的溫度上升至與試驗(yàn)箱周圍空氣的差值不超過 11 ℃，以防止爆炸氣體凝露。
第三步：向試驗(yàn)箱內(nèi)注入燃料量，使試驗(yàn)大氣循環(huán)流通至少 3 min，使燃料完全汽化并均勻化。
第四步：試件的所有電接觸器都應(yīng)動作。在這一期間內(nèi)試件應(yīng)連續(xù)工作，且所有電接觸器的開合頻率應(yīng)盡量和實(shí)際使用情況相同。
第五步：如果試件工作時(shí)沒有發(fā)生爆炸，驗(yàn)證氣體樣本的爆炸性。如果混合氣體不具有爆炸性，則此試驗(yàn)無效，應(yīng)重新進(jìn)行試驗(yàn)。
3 結(jié)論
本 文 基 于GJB 150.13-1986、GJB 150.13A-2009、RTCA DO 160G-2010（第九章）對“在爆炸性大氣試驗(yàn)中工作”試驗(yàn)程序及方法進(jìn)行了對比及分析，經(jīng)對比分析，可以得出以下結(jié)論：
1）程序復(fù)雜度。在三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)中，GJB 150.13-1986執(zhí)行的“在爆炸性大氣中工作”試驗(yàn)程序最為復(fù)雜，這主要是由于在試驗(yàn)過程中試驗(yàn)高度的調(diào)整以及新試驗(yàn)高度確定與模擬，同時(shí)也大大增加了試驗(yàn)時(shí)長。GJB 150.13A-2009 中雖然也涉及高度的調(diào)整，實(shí)際上試驗(yàn)過程涉及的高度包括試驗(yàn)高度及地面高度，相較于GJB 150.13-1986 試驗(yàn)過程簡化了很多。相較于前兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，而RTCA/DO 160G-2010（第九章）不論在高度選取上還是在試驗(yàn)方法上，均簡化了很多，試驗(yàn)過程涉及的高度為地面高度。
2）試驗(yàn)高度選取。GJB 150.13-1986 與GJB 150.13A-2009 規(guī)定的試驗(yàn)高度均為試件的最高工作高度，RTCA/DO 160G-2010（第九章）規(guī)定的試驗(yàn)高度為地面高度。
3）試驗(yàn)溫度選取。三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)均推薦采用試件的最高工作環(huán)境溫度。
通 過 對GJB 150A-2009、GJB 150-1986、RTCA DO 160G-2010（第九章）中“在爆炸性大氣工作”在試驗(yàn)設(shè)備、爆炸性氣體、試驗(yàn)程序?qū)嵤⒃囼?yàn)參數(shù)選取等方面進(jìn)行了對比分析，明確了爆炸性大氣試驗(yàn)“在爆炸性大氣工作”程序的實(shí)施方法與要求，可為機(jī)載產(chǎn)品在實(shí)施爆炸性大氣試驗(yàn)時(shí)提供參考與指導(dǎo)。
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