【补短板大家谈】研发建设第二代抑爆铝箔项目(下)

2016年05月03日 9:23 3151次浏览 来源:   分类: 铝加工   作者:

导读: 将抑爆3003合金箔制的网或球装填于储存易燃易爆气体、液体容器中,可以有效地防止着火爆炸,即使在发生火灾的情况下,也可以抑制爆炸,将损失降到最低,为救火势赢得宝贵时间。当油箱发出破损时,无需放空油,即可带油、气电焊、气焊直接修补。

    影响抑爆材料的因素
    影响抑爆材料的因素有:原材料性能、结构尺寸设计、安装与设计等。
    原材料
    和铜、镍、不锈钢相比,铝的密度小、热传导性好、比热容大、价格较低、可回收性强,因此铝成为首选材料。不过,由于铝合金会被油品腐蚀,阻碍了它们的推广应用,例如运、储航空汽油、煤油的槽、罐就不敢采用3003-H18箔抑爆材料,也就是说不可用第一代防火抑爆材料,因此研发新的防爆材料,即第二代防火抑爆箔成了当务之急,中国有关单位科学家在这方面取得了可喜的成就,研制成功性能优秀的第二代防火抑爆铝合金箔,居国际领先水平。
    结构尺寸设计
    网状铝合金防火抑爆产品的抑爆性能与其比表面积、密度、单位体积网眼数及其尺寸有关。在生产制造过程中,拉伸比越小,抑爆产品的密度越大,比表面积就越大,网眼数量就越多,网眼尺寸也越小。当箔条尺寸一定时,抑爆产品拉伸比非常显著地影响火焰传播速度,而且拉伸比约为2.5时,火焰传播速度最小。因此,在抑爆产品制造过程中可以通过控制拉伸比来控制产品抑爆效果。此外,铝箔厚度也对产品抑爆性能有一定影响:在同等拉伸比下,铝箔越厚,抑爆性能越好一些。在设计中应综合考虑上述因素的影响和材料品质。目前国际上用的铝箔厚度约为0.05mm,有采用更薄一些的趋势,特别是在球形抑爆产品中。
    结构尺寸
    国内外试验表明,抑爆产品方向性对其抑爆性能无影响;抑爆压力随容器留空率的增大而上升,随网状铝合金抑爆材料密度增大而下降,而且对每一种留空率都有一个相对较佳的抑爆材料密度值。
    运转因素
    在网状铝合金抑爆产品工作过程中,可能会发生压缩变形,产生空腔,进而影响其抑爆性能。试验表明,垂直方向变形最小,产生的弹性变形均小于5%,而能承受的载荷却远大于使用时的承载力;其他两个方向的材料在长时间或是受力的情况下可能产生永久变形,但在正常的工作载荷条件下,变形不会超过5%。
    成形加工和飞行振动对抑爆铝箔力学性能的影响
    新世纪以来,网状抑爆铝箔在飞机油箱中获得了应用,科学家的模拟飞行振动实验对抑爆铝箔的断裂特性没有影响。振动试样与原始试样的抗拉强度Rm=58.8N/mm2~205.8Nmm2,分散厉害,这是因为防爆网在成形加工时被冲击、切削、拉弯成网状,各部位受力变形程度不均匀,造成厚度不均匀,从而使其力学性能不均匀。同时加工过程铝箔发生了不同的冷作硬化,使平均抗拉强度显著增加,这说明加工硬化对防爆铝箔的抗拉强度有显著影响,但是模拟振动实验没有降低铝箔网材料的力学性能。
    抑爆铝箔应用
    将抑爆3003合金箔制的网或球装填于储存易燃易爆气体、液体容器中,可以有效地防止着火爆炸,即使在发生火灾的情况下,也可以抑制爆炸,将损失降到最低,为救火势赢得宝贵时间。当油箱发出破损时,无需放空油,即可带油、气电焊、气焊直接修补。
    这种铝箔抑爆产品在国外工商业汽油容器已得到广泛应用,公共汽车、卡车、防弹高级轿车、运油车、特种警车、消防车、运钞车等的油箱和直升机的外油箱中都装有铝箔抑爆网或球。抑爆材料可应用于汽油、酒精、稀料、丙酮、乙醚、煤气、乙炔、液化石油气、液化天然气等易燃易爆产品的储存容器,以防意外事故时发生爆炸。国内军用车辆油箱正在试用。随着人们对安全问题的日益重视,抑爆产品将在油料、易燃易爆化工产品的储运容器中得到广泛应用。
    海湾战争期间美国直升机和战车的油箱内均装有3003合金箔抑爆网。2005年4月,国家安监局批准了《汽车加油(气)站、轻质燃油和液化石油气汽车罐车用阻隔抑爆储罐技术要求(AQ3001-2005)》为强制性安全生产行业标准,将进一步推动阻隔抑爆技术的发展和抑爆材料的研发。
    飞机和直升机油箱中装填抑爆材料后,即使遭到射击也不会发生爆炸。铝合金抑爆材料在水面舰艇上也得到应用,美国拉莫公司(RAMO)生产的轻型攻击型巡逻舰462L油箱中装有铝箔抑爆产品后,遭受300发电光弹与穿甲燃烧弹的射击试验没有发生爆炸。
    加拿大防务研究委员会(Defence Research Board)在对比实验中,采用6个按1/5比例缩小的液化石油气罐,罐由6mm钢板制成,容积947L,其中4个装有网状铝箔抑爆产品,罐中装有85%液化石油气,周围用Jp-4煤油烧,达到1094℃,2个没有装抑爆产品的罐在8min内爆炸,而另4个装有抑爆铝箔的罐直至里面的液化石油气干了也没有爆炸。
    英国布尔维克斯公司(Blvex)在抑爆铝箔表面涂了一种特别的起泡涂料,当加热到120℃以上时,该涂料可形成高效的碳基隔热层,将这种称为“隔火墙”的材料包在被保护容器外面,可以直接限制进入容器热量。英国健康安全署(Health and Safety Executive)用400L的液化石油气罐做了试验:将罐暴露在输出热量为4.5MW的丙烷火焰柜中,保持25min后,用“隔火墙”包覆的容器内的最大压力为900N/mm2,液体的最高温度仅17℃,而没有涂“隔火墙”涂料的容器在加热3min后容器内部压力就高达2758N/mm2。
    市场潜力大
    宜建设第二代抑爆箔项目
    铝合金防火抑爆箔是一种市场广泛潜力巨大的材料,在油品与其他易燃易爆危险品的运输、储存、使用过程中的容器内填装这种材料可以有效地预防与抑制燃烧、爆炸,在国外已普遍采用,也在某些特殊部门有所应用,对保护生命财产安全起了很大作用。装填量占1%容器容积至2%容器容积。这种抑爆产品有网状的也有球形的,网状产品可以在中、小容器制造时预先装入,对于大型容器例如使用中的油罐可以随时装入。
    中国是一个能源生产与消费大国,易燃易爆危险品的运输、储存、使用量很大,如果每种容器都装入抑爆产品,按2015年消费的油品、石油液化气及保有的运输车辆、储罐及液化气瓶估算(装填量按1.5%容器容积)需要抑爆产品约900kt。当前,抑爆产品是用0.05mm厚的3003-H18或-H28合金箔制造的,这是常规的箔,生产工艺复杂,加工费用不高,但遗憾的是,用这种第一代抑爆铝箔制造的抑爆产品在油、液化气之类易燃易爆危险品中浸泡1a左右就会由于腐蚀不能再用,必须更换。因此,研发与生产使用寿命长不受油品、液化气等腐蚀的第二代防火抑爆材料是当务之急,是中国铝工业的短板,有待补上。
    中国研发出有知识产权的第二代防火抑爆铝合金
    通过前面的介绍我们知道,第一代防火抑爆产品是用3003-H18合金箔制造的,国内外的研究与使用证明,它的力学性能可以满足要求,但是使用寿命仅1a,远远不能满足需求,因此应寻求一种抗蚀性更高的铝合金。从常识和理论分析可知,防火抑爆铝合金必须有较高的力学性能与强的抗油品腐蚀性能,3xxx系合金对油品的抗蚀性既不足,那么1xxx、4xxx、8xxx系合金在油品与液化气中的使用期限也长不了多少,况且它们的力学强度更不足以抗衡汽车颠簸与航空器振动,2xxx及7xxx系合金虽有高的强度性能,但抗蚀性很低,因此第二代防火抑爆铝合金只能到5xxx系及6xxx合金中去找。通过多年的研发,中国某知名大学材料系的教授已研发出有全部知识产权的防火抑爆铝箔合金,实验室试验与道路实验证明它的使用期限远长于3003-H18合金箔的,属世界首创。虽然当前尚未公布其成分,但是它不是一种5xxx系合金,就是一种6xxx系合金,对广为应用的民用合金成分迟早会广为人知。
    当务之急是建一个生产能力50kt/a的第二代防火抑爆铝箔专业厂
    有了第二代防火抑箔铝合金后,下一步工作是应建一个工业化生产的铝箔厂,专业生产防火抑爆箔,可与拥有此种箔知识产权的大学合作,建一个合资企业,学校出技术出人才,投资者出资金,负责工厂管理等。建设一个生产能力50kt/a的专业生产厚0.05mm,采用专业箔材轧机轧3道就可以由0.28mm毛坯带材达到0.05mm的箔材。主要设备(不含熔铸车间的):1台1650mm4锟可逆式热轧机,2台1500mm5锟不可逆式冷轧机,6台1500mm4锟不可逆式大轧制力箔轧机,30台退火炉,纵剪机列3条,其他辅助设备等,一些自动化工艺参数控制一起还需进口,但数量不多,费用不大,据匡算,设备等固定资产投资约2.8亿元。
    还应研发瓶罐外表面隔热涂料
    将这种涂料涂于装有易燃易爆物质瓶罐表面应有很强的绝热性能,可以防止外部热量传入瓶罐内,使其内部压力不升高或升高的不多,不会爆炸。这种外部隔热涂料与内部抑爆产品相结合就能确保安全,万无一失。
   

责任编辑:王慧

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