引言

　　隨著全球經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們對(duì)能源的需求越發(fā)強(qiáng)烈，各類礦井與石油開(kāi)采平臺(tái)每年都有新增，由此帶來(lái)了大量火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)。過(guò)去幾十年中，比較著名的火災(zāi)事故如1988年英國(guó)北海Piper Alpha海上平臺(tái)采油火災(zāi)事故造成165人死亡；2010年英國(guó)BP公司深水地平線號(hào)海上石油平臺(tái)發(fā)生爆炸事故并引發(fā)火災(zāi)造成11人死亡。由于火災(zāi)帶來(lái)的人員傷亡使得各國(guó)對(duì)能源運(yùn)輸和開(kāi)采過(guò)程中的火災(zāi)安全防護(hù)更加重視，因此全球的科研人員制定出了各類試驗(yàn)方法對(duì)不同類型的火災(zāi)防護(hù)材料和耐火構(gòu)件進(jìn)行耐火性能的測(cè)試，通過(guò)評(píng)判耐火性能評(píng)級(jí)以確保耐火性能優(yōu)異的材料和構(gòu)件得以應(yīng)用。

　　1、國(guó)外現(xiàn)有耐火試驗(yàn)方法

　　耐火性能測(cè)試的方法需要根據(jù)火災(zāi)發(fā)生的場(chǎng)景來(lái)確定，火災(zāi)場(chǎng)景的不同，耐火性能的測(cè)試方法也有所不同。民用建筑內(nèi)空間相對(duì)封閉，一旦發(fā)生火災(zāi)，火場(chǎng)內(nèi)通風(fēng)受限，因此建筑構(gòu)件耐火測(cè)試適合在有少量開(kāi)口的耐火試驗(yàn)爐內(nèi)進(jìn)行。典型的試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)為ISO 834—1999 《Fire resistance tests-Elements of building construction》。

　　石油開(kāi)采與運(yùn)輸過(guò)程中，由于設(shè)備老化或者人員操作不規(guī)范引起的油氣泄露會(huì)形成噴發(fā)式的巨大火源，這類火災(zāi)一般發(fā)生在露天環(huán)境下，且噴發(fā)時(shí)帶有高速氣流，因此石化類場(chǎng)所構(gòu)件的耐火性能適合采用耐噴射火試驗(yàn)進(jìn)行評(píng)估。典型的試驗(yàn)方法為ISO 22899—1:2008《Determination of the resistance to jet》。

　　2、國(guó)內(nèi)現(xiàn)有規(guī)范及測(cè)試方法

　　2.1、國(guó)內(nèi)現(xiàn)有石化類場(chǎng)所構(gòu)件的耐火設(shè)計(jì)規(guī)范

　　GB 50016—2014《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》第12.1.3條規(guī)定，一、二類隧道承重結(jié)構(gòu)體在RABT升溫曲線測(cè)試下耐火極限分別≥2 h和1.5 h，三類隧道承重結(jié)構(gòu)體在GB/T 9978.1—2008的標(biāo)準(zhǔn)火測(cè)試下耐火極限≥2 h。GB 50160—2008《石油化工企業(yè)設(shè)計(jì)防火標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定建筑物的構(gòu)件耐火極限應(yīng)符合現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 50016—2014 的有關(guān)規(guī)定?？梢钥闯鲇捎谖覈?guó)目前還未制定基于耐噴射火試驗(yàn)方法的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，國(guó)內(nèi)有關(guān)隧道以及石油化工場(chǎng)所的設(shè)計(jì)規(guī)范只能按照在耐火試驗(yàn)爐內(nèi)進(jìn)行的耐火性能測(cè)試方法對(duì)耐火試件進(jìn)行評(píng)級(jí)。

　　2.2、國(guó)內(nèi)現(xiàn)有耐火構(gòu)件測(cè)試方法

　　我國(guó)目前應(yīng)用比較廣泛的試驗(yàn)方法為GB/T 9978—2008《建筑構(gòu)件耐火試驗(yàn)方法》和GA 714—2007《構(gòu)件用防火保護(hù)材料快速升溫耐火試驗(yàn)方法》。

　　GB/T 9978—2008修改采用ISO 834—1999 《Fire resistance tests-Elements of building construction》，該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了各種結(jié)構(gòu)構(gòu)件在標(biāo)準(zhǔn)火試驗(yàn)條件下的耐火性能的試驗(yàn)方法。其裝置主體為一個(gè)能夠容納全尺寸試件的試驗(yàn)爐，通過(guò)天然氣或液化石油氣對(duì)爐內(nèi)均勻加熱，如圖1所示，根據(jù)不同的試件類型，一面或多面受熱和受壓。

　　圖1  燃燒試驗(yàn)爐

　　3、水耐噴射火試驗(yàn)方法

　　耐噴射火試驗(yàn)是在一面完全敞開(kāi)的火焰循環(huán)試驗(yàn)室內(nèi)測(cè)試試件保持其隔熱性的能力。ISO 22899—1:2008規(guī)定火焰噴頭以0.3 kg/s的速度將燃?xì)饪焖籴尫胖寥紵抑?，燃燒過(guò)程中產(chǎn)生一個(gè)尾部延伸的火球以產(chǎn)生巨大的熱通量。采用丙烷為燃料，從距離試樣表面1 m處快速釋放燃燒氣體，對(duì)試樣進(jìn)行耐火試驗(yàn)。

　　以ISO 22899—1:2008所敘述的耐噴射火試驗(yàn)方法在測(cè)試過(guò)程中不僅會(huì)對(duì)耐火構(gòu)件的耐火性能進(jìn)行考察，并且還考察構(gòu)件在受熱過(guò)程中承受氣體物理沖擊的能力。因此該試驗(yàn)方法更接近石油化工區(qū)域由于油氣泄露等原因引起燃燒時(shí)爆炸產(chǎn)生沖擊力的火災(zāi)場(chǎng)景。

　　4、水耐噴射火試驗(yàn)方法

　　4.1、燃?xì)夤┙o系統(tǒng)的建立

　　根據(jù)ISO 22899—1:2008的要求，噴頭應(yīng)以0.3 kg/s的速度將丙烷燃?xì)鈬娚渲寥紵抑?。由于丙烷自然氣化的速度難以滿足試驗(yàn)的要求，本文考慮通過(guò)水浴汽化器加熱液體丙烷，并通過(guò)多級(jí)減壓調(diào)節(jié)丙烷噴射速度，以滿足燃?xì)夤┙o的要求。

　　圖2  水浴汽化器

　　4.2、循環(huán)燃燒試驗(yàn)室的建立

　　循環(huán)燃燒試驗(yàn)室的內(nèi)部尺寸為1500 mm×1500 mm×1500 mm，循環(huán)室的后部通過(guò)法蘭連接，由螺栓固定，并通過(guò)螺栓和夾具連接背面的保護(hù)室。保護(hù)室位于循環(huán)室的正背面，面積與循環(huán)室一致。由于火焰噴射至循環(huán)室表面，從而形成火球翻滾燃燒，類似于循環(huán)火，因此被稱作循環(huán)燃燒試驗(yàn)室。

　　圖3  循環(huán)燃燒試驗(yàn)室

　　4.3、耐噴射火試驗(yàn)裝置的建立

　　根據(jù)ISO 22899—1:2008的要求，錐形聚合噴嘴的長(zhǎng)度應(yīng)為（200±1）mm，入口直徑為（52±0.5）mm，出口直徑為（17.8±0.2）mm，噴嘴應(yīng)由耐熱不銹鋼制成。制作完成后的試驗(yàn)裝置能根據(jù)需要噴射0~0.4 kg/s的丙烷氣體。

　　圖4  錐形聚合噴嘴尺寸示意

　　圖5  耐噴射火試驗(yàn)裝置

　　5、耐噴射火試驗(yàn)平臺(tái)建立的意義

　　我國(guó)現(xiàn)有的耐火試驗(yàn)方法均以垂直式或水平式燃燒測(cè)試爐為試驗(yàn)平臺(tái)，通過(guò)控制爐內(nèi)溫度以及壓力來(lái)對(duì)耐火試件進(jìn)行測(cè)試。這類試驗(yàn)方法是在受限空間中以測(cè)試試件在高溫中保持其承載能力和隔熱性的時(shí)間來(lái)對(duì)試件性能進(jìn)行評(píng)價(jià)。由于國(guó)內(nèi)現(xiàn)有測(cè)試方法在通風(fēng)環(huán)境和受火方式上與石油化工類火災(zāi)工況差異巨大，因此這類測(cè)試方法更適用于民用建筑火災(zāi)。

　　以ISO 22899—1:2008為代表的試驗(yàn)方法正是基于海上石油平臺(tái)火災(zāi)所開(kāi)發(fā)的構(gòu)件耐火性能測(cè)試方法，并適用于陸地石油化工儲(chǔ)罐區(qū)域以及交通隧道。通過(guò)建立以ISO 22899—1:2008為代表的耐噴射火試驗(yàn)平臺(tái)能夠更好地模擬海上石油平臺(tái)、陸地甲乙類危險(xiǎn)品儲(chǔ)罐區(qū)、交通隧道等區(qū)域的火災(zāi)，能更準(zhǔn)確地評(píng)估出耐火構(gòu)件與耐火材料在石油化工類火災(zāi)中的耐火性能。通過(guò)建立該試驗(yàn)平臺(tái)，將來(lái)可為制定耐噴射火耐火性能試驗(yàn)方法體系做準(zhǔn)備。耐噴射火試驗(yàn)方法的建立將完善我國(guó)耐火構(gòu)件測(cè)試方法的不足，作為新的耐火性能評(píng)價(jià)體系指導(dǎo)耐火材料進(jìn)行生產(chǎn)和應(yīng)用。

　　6、結(jié) 語(yǔ)

　　本文在ISO 22899—1:2008的基礎(chǔ)上建立了耐噴射火試驗(yàn)平臺(tái)，同時(shí)，通過(guò)對(duì)石油化工類場(chǎng)所構(gòu)件耐火試驗(yàn)方法的分析，得到以下結(jié)論：

　　（1）以GB/T 9978—2008所代表的試驗(yàn)方法難以評(píng)估石油化工類火災(zāi)，應(yīng)建立以ISO 22899—1:2008為代表的耐噴射火試驗(yàn)方法；

　?。?）由于耐噴射火試驗(yàn)方法的缺失，國(guó)內(nèi)有關(guān)石油化工場(chǎng)所與隧道的設(shè)計(jì)規(guī)范也只能參照現(xiàn)有試驗(yàn)方法；

　?。?）耐噴射火試驗(yàn)平臺(tái)的建立，能更準(zhǔn)確地評(píng)估耐火構(gòu)件與耐火材料在石油化工類火災(zāi)中的耐火性能；

　　（4）ISO 22899—1:2008試驗(yàn)方法將作為新的耐火性能評(píng)價(jià)體系指導(dǎo)耐火材料進(jìn)行生產(chǎn)和應(yīng)用。