引言

　　隨著全球經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們對能源的需求越發(fā)強(qiáng)烈，各類礦井與石油開采平臺每年都有新增，由此帶來了大量火災(zāi)風(fēng)險。過去幾十年中，比較著名的火災(zāi)事故如1988年英國北海Piper Alpha海上平臺采油火災(zāi)事故造成165人死亡；2010年英國BP公司深水地平線號海上石油平臺發(fā)生爆炸事故并引發(fā)火災(zāi)造成11人死亡。由于火災(zāi)帶來的人員傷亡使得各國對能源運輸和開采過程中的火災(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方法對不同類型的火災(zāi)防護(hù)材料和耐火構(gòu)件進(jìn)行耐火性能的測試，通過評判耐火性能評級以確保耐火性能優(yōu)異的材料和構(gòu)件得以應(yīng)用。

　　1、國外現(xiàn)有耐火試驗方法

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

　　石油開采與運輸過程中，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)時帶有高速氣流，因此石化類場所構(gòu)件的耐火性能適合采用耐噴射火試驗進(jìn)行評估。典型的試驗方法為ISO 22899—1:2008《Determination of the resistance to jet》。

　　2、國內(nèi)現(xiàn)有規(guī)范及測試方法

　　2.1、國內(nèi)現(xiàn)有石化類場所構(gòu)件的耐火設(shè)計規(guī)范

　　GB 50016—2014《建筑設(shè)計防火規(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)火測試下耐火極限≥2 h。GB 50160—2008《石油化工企業(yè)設(shè)計防火標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定建筑物的構(gòu)件耐火極限應(yīng)符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)GB 50016—2014 的有關(guān)規(guī)定。可以看出由于我國目前還未制定基于耐噴射火試驗方法的測試標(biāo)準(zhǔn)，國內(nèi)有關(guān)隧道以及石油化工場所的設(shè)計規(guī)范只能按照在耐火試驗爐內(nèi)進(jìn)行的耐火性能測試方法對耐火試件進(jìn)行評級。

　　2.2、國內(nèi)現(xiàn)有耐火構(gòu)件測試方法

　　我國目前應(yīng)用比較廣泛的試驗方法為GB/T 9978—2008《建筑構(gòu)件耐火試驗方法》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)火試驗條件下的耐火性能的試驗方法。其裝置主體為一個能夠容納全尺寸試件的試驗爐，通過天然氣或液化石油氣對爐內(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  燃燒試驗爐

　　3、水耐噴射火試驗方法

　　耐噴射火試驗是在一面完全敞開的火焰循環(huán)試驗室內(nèi)測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?，燃燒過程中產(chǎn)生一個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，對試樣進(jìn)行耐火試驗。

　　以ISO 22899—1:2008所敘述的耐噴射火試驗方法在測試過程中不僅會對耐火構(gòu)件的耐火性能進(jìn)行考察，并且還考察構(gòu)件在受熱過程中承受氣體物理沖擊的能力。因此該試驗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爆炸產(chǎn)生沖擊力的火災(zāi)場景。

　　4、水耐噴射火試驗方法

　　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的要求，本文考慮通過水浴汽化器加熱液體丙烷，并通過多級減壓調(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)燃燒試驗室的建立

　　循環(huán)燃燒試驗室的內(nèi)部尺寸為1500 mm×1500 mm×1500 mm，循環(huán)室的后部通過法蘭連接，由螺栓固定，并通過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)燃燒試驗室。

　　圖3  循環(huán)燃燒試驗室

　　4.3、耐噴射火試驗裝置的建立

　　根據(jù)ISO 22899—1:2008的要求，錐形聚合噴嘴的長度應(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  耐噴射火試驗裝置

　　5、耐噴射火試驗平臺建立的意義

　　我國現(xiàn)有的耐火試驗方法均以垂直式或水平式燃燒測試爐為試驗平臺，通過控制爐內(nèi)溫度以及壓力來對耐火試件進(jìn)行測試。這類試驗方法是在受限空間中以測試試件在高溫中保持其承載能力和隔熱性的時間來對試件性能進(jìn)行評價。由于國內(nèi)現(xiàn)有測試方法在通風(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為代表的試驗方法正是基于海上石油平臺火災(zāi)所開發(fā)的構(gòu)件耐火性能測試方法，并適用于陸地石油化工儲罐區(qū)域以及交通隧道。通過建立以ISO 22899—1:2008為代表的耐噴射火試驗平臺能夠更好地模擬海上石油平臺、陸地甲乙類危險品儲罐區(qū)、交通隧道等區(qū)域的火災(zāi)，能更準(zhǔn)確地評估出耐火構(gòu)件與耐火材料在石油化工類火災(zāi)中的耐火性能。通過建立該試驗平臺，將來可為制定耐噴射火耐火性能試驗方法體系做準(zhǔn)備。耐噴射火試驗方法的建立將完善我國耐火構(gòu)件測試方法的不足，作為新的耐火性能評價體系指導(dǎo)耐火材料進(jìn)行生產(chǎn)和應(yīng)用。

　　6、結(jié) 語

　　本文在ISO 22899—1:2008的基礎(chǔ)上建立了耐噴射火試驗平臺，同時，通過對石油化工類場所構(gòu)件耐火試驗方法的分析，得到以下結(jié)論：

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

　?。?）由于耐噴射火試驗方法的缺失，國內(nèi)有關(guān)石油化工場所與隧道的設(shè)計規(guī)范也只能參照現(xiàn)有試驗方法；

　?。?）耐噴射火試驗平臺的建立，能更準(zhǔn)確地評估耐火構(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試驗方法將作為新的耐火性能評價體系指導(dǎo)耐火材料進(jìn)行生產(chǎn)和應(yīng)用。