一种以水雾为载体的烃类爆炸抑制剂的制作方法

本发明涉及消防用抑制剂，特别是涉及一种以水雾为载体的烃类爆炸抑制剂。

背景技术：

天然气、液化石油气等气态烃类在发生异常泄漏的情况下，容易与空气预混并发生爆炸。目前消防部门处理气体泄漏的方式，是往气体泄漏区域喷射水雾。而产生水雾的方式，一般是使用高压方式产生，这种方式产生的水雾相对于超声波产生的水雾，水雾流量大，容易熄灭潜在的引火源从而避免爆炸发生；但是这种方式产生的水雾粒径相对较粗。粗粒径的水雾容易对已经泄漏的可燃气体进行搅拌，使其与空气预混，并且，水雾会增加爆炸云团的湍流程度。因此，一旦水雾没有能熄灭潜在的引火源而引发爆炸，同时由于水雾的作用，气体爆炸压力反而会有上升现象。这对消防营救行为极为不利。

目前多用超细水雾及含添加剂超细水雾来抑制气体爆炸。这类水雾产生方式一般是采用超声波振动水产生，水雾粒径约为10μm左右。这种水雾产生量一般较小，粒径小、容易飘动。而消防营救过程中，为了达到远射程、大水量（降温、熄灭潜在引火源等）等目的，一般使用由压力产生的水雾。这种水雾一般比较粗，一般多在200μm以上。但是这种粒径的水雾会对爆炸气体进行预混，并且一旦发生爆炸时会增大爆炸湍流，从而引发爆炸压力上升，这对消防应急人员极为不利，有待于改进。

技术实现要素：

鉴于现有技术存在的问题，本发明研发一种以水雾为载体的烃类爆炸抑制剂。

本发明在多次试验的基础上，研发出一系列以水雾为载体的烃类爆炸抑制剂。该抑制剂适用于降低气态烃类的最大爆炸压力，在爆炸一旦形成时，能削弱爆炸压力，从而降低爆炸对周边人员及财物的伤害。这种抑制剂的机理是：由于爆炸反应属于自由基反应，当水雾在爆炸火焰当中时，水溶性爆炸抑制剂能吸附爆炸产生的自由基，导致自由基链式反应部分中断，从而切断部分爆炸反应；同时，高压溶于水中的二氧化碳会在水雾喷出喷嘴后失去外界附加压力，并且在爆炸高温中快速逸出，达到降温和惰化爆炸环境的目的。这些机理协同作用，达到降低爆炸压力的目的。

本发明采取的技术方案是：一种以水雾为载体的烃类爆炸抑制剂，其特征在于，该抑制剂由以下各组分组成：

（1）、碘化钾、溴化钾、碘化钠、溴化钠、尿素中的任意一种或多种的混合物：占抑制剂溶液质量百分比为20%-35%；

（2）、乙二胺四乙酸：占抑制剂溶液质量百分比为0.1%-0.5%；

（3）、碳酸氢钠：占抑制剂溶液质量百分比为0.5%-1.0%；

（4）、其余部分为水；

（5）、在抑制剂溶液中充入二氧化碳，压力为0.7MPa-1.0MPa。

各组分在可溶性爆炸抑制剂中的作用机理简述如下：

组分（1）为主抑爆药剂，为中断爆炸链式反应自由基的主要成分；组分（2）目的是除去水中的钙镁离子，减缓水雾设备长期使用时形成水垢堵塞喷嘴的情况；组分（3）为PH调节剂，将水调节至中性到弱碱性，防止水的酸性导致组分（1）的分解；组分（4）为水，作为溶剂溶解各组分；组分（5）的目的有两个：第一是辅助抑爆药剂，起到协同抑爆作用,理由是CO2（二氧化碳）在压力作用下会溶于水中形成H2CO3（碳酸）及CO2水溶液，该溶液会从喷嘴喷出，随着水雾飞至爆炸气体区域，由于外加压力消失，以及爆炸过程中高温的影响，CO2会从水中逸出，降低爆炸性气体中的氧气含量对爆炸空间形成快速惰化，试验证明，组分（1）和组分（5）的协同抑爆作用显著，抑爆效果远远大于单独使用组分（1）或组分（5）的抑爆效果。第二，压缩存储的CO2作为压力来源，提供喷射水雾的动力。

本发明产生的有益效果是：成功研制出适用于降低气态烃类的最大爆炸压力的可溶性爆炸抑制剂，从而在爆炸一旦形成时，能削弱爆炸压力，从而降低爆炸对周边人员及财物的伤害。

附图说明

图1是本发明采用的测试设备示意图：

图2是10%甲烷-空气混合物无抑制爆炸超压曲线图；

图3是10%甲烷-空气混合物在单纯水雾作用下爆炸超压曲线图；

图4是本发明采用配方1的爆炸超压曲线图；

图5是本发明采用配方6的爆炸超压曲线图；

图6是本发明采用对比用配方7的爆炸超压曲线图；

图7是本发明采用对比用配方8的爆炸超压曲线图。

具体实施方式

（1）配制主抑爆药剂：先按照比例计算，准备好水，然后往水中加入EDTA（乙二胺四乙酸）0.1%-0.5%搅拌3min后，再加入 NaHCO3（碳酸氢钠）0.5%-1.0%搅拌3min，再加入KI（碘化钾）、KBr（溴化钾）、NaI（碘化钠）、NaBr（溴化钠）、尿素任意一种或者是两种以上混合物20%-35%配制成抑制剂溶液。

（2）将配制好的抑制剂溶液倒入耐压罐中，封闭罐体并从管道接入CO2气源，CO2会在高压下逐步溶入抑制剂溶液，不断补充CO2，使得压力稳定在0.7MPa-1.0MPa之间。

（3）使用时，将喷嘴对准并接近气态烃类弥散区域，开启喷射水雾阀，使得抑制剂以水雾的方式从喷嘴喷到气态烃类弥散区，从而对爆炸性气体泄漏区域进行保护。

试验举例说明：

在本发明对天然气爆炸抑制的试验过程中，使用封闭的爆炸试验箱作为爆炸空间，使用耐压罐体以及附属管道、水雾喷嘴来产生水雾，使用空压机或CO2气瓶来对耐压罐进行加压，压力采集使用高频压力传感器（采样频率20000HZ，压力范围-0.1MPa-1.5MPa）。测试设备如图1所示。

所用喷嘴在0.80MPa的压力下，粒径参数如表1所示，流量为1.31 L/min。

表1

试验1：无抑制剂爆炸

以预混的10%的甲烷/空气爆炸介质来进行测试。单纯的预混气体在无抑制的条件下爆炸，爆炸平均压力约为0.64MPa，加单纯的水雾（粒径约为200μm，未加抑制剂，喷雾压力0.80MPa）后，试验爆炸平均压力约为0.70MPa。列出两组爆炸测试的超压曲线图，如图2和图3所示。图2和图3说明，加单纯水雾后爆炸压力有上升的可能。这是因为水雾对爆炸环境的搅拌作用，以及对爆炸环境湍流的促进，导致爆炸压力上升。这对消防营救人员而言是不利因素。

所得两组平均爆炸压力作为未加抑爆药剂的基准值，用于与后续加抑制剂后的爆炸压力进行对比。

试验2：添加抑制剂后的爆炸超压

使用不同药剂配方后的平均爆炸超压如表2所示。

表2

注：(1)各配方中组分质量百分比为加二氧化碳前溶液中的质量百分比。

(2)源数据中爆炸压力单位为bar,1bar=0.1MPa,在表1中已经转化,下同。

以上配方中效果最好的为配方1，列出一组爆炸超压曲线，如图4所示。在配方1的图4试验中，将同等爆炸气体条件下的爆炸压力降低至0.40MPa。对配方1做了多组爆炸测试，平均爆炸超压为0.45MPa。相对于单纯水雾抑制，平均爆炸压力下降约35.7%。

试验3：使用抑制剂复合配方后平均爆炸超压如表3所示。

表3

注：配方中组分质量百分比为加二氧化碳前溶液中的质量百分比。

举出配方6一组爆炸超压曲线，如图5所示。配方6相对于配方1，对甲烷的抑爆能力较弱，但是仍具有一定的抑制爆炸的作用。

试验4：CO2的协同作用

以30%的碘化钾为例，在其他条件不变的条件下，对比溶解CO2后的水溶液与不含CO2水溶液的效果。同时列出单独的CO2水溶液抑爆效果作为对比。测试发现：配方1中的KI和CO2协同作用的效果要优于单纯的KI抑爆效果，也优于单纯的CO2水溶液的抑制效果。两组对比用配方的组分和平均爆炸超压如表4所示。

表4

注：（1）各配方中组分质量百分比为加二氧化碳前溶液中的质量百分比。

（2）“—”意为不含该物质。

针对对比用配方7和对比用配方8分别举出一组爆炸压力曲线，如图6 和图7所示。由表4可以看出，单纯的CO2加压溶于水中，对爆炸压力的降低效果较小；从配方1和对比用配方7的测试数据可见，使用CO2作为驱动气体具有协同抑爆作用。

本发明采用测试设备进行测试流程如下：

参照图1，将配好的药剂溶液，通过进样口1注入水罐2，用CO2气瓶3或空压机4对水罐2加压。在本测试数据中，压力加至0.80MPa。启动真空泵5对爆炸腔6抽至负压（本测试中抽至-0.025MPa），使用分压法从可燃气体瓶7中输入可燃气体（本测试中使用甲烷），使得压力值到-0.015MPa，这样，根据分压法的原理，使得进样量在爆炸极限以内（本测试中，采用当量浓度），其余负压用空气补齐。测试试验时，打开球阀8，让水雾从爆炸试验腔喷下，然后打开电火花9，让可燃气体在爆炸试验腔中爆炸，压力传感器10采集压力并传至数采系统11。