王繼勇

(1.煤炭科學(xué)技術(shù)研究院有限公司礦用油品分院，北京100013；2.煤炭資源高效開(kāi)采與潔凈利用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100013； 3.國(guó)家能源煤炭高效利用與節(jié)能減排技術(shù)裝備重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100013)

1 標(biāo)準(zhǔn)編制背景

2003年我國(guó)等同采用ISO 6743-4:1999標(biāo)準(zhǔn)，制定了我國(guó)液壓油的產(chǎn)品分類標(biāo)準(zhǔn)[1]，該標(biāo)準(zhǔn)GB/T 7631.2-2003《潤(rùn)滑劑、工業(yè)用油和相關(guān)產(chǎn)品(L類)的分類第2部分：H組(液壓系統(tǒng))》[2]將液壓油進(jìn)行了詳細(xì)分類，難燃液壓液是其中一大類。難燃液壓液除了具備潤(rùn)滑性、低溫流動(dòng)性、防銹性、穩(wěn)定性等性能外，一項(xiàng)重要的性能就是難燃性，這方面的研究也比較活躍[3-6]。因難燃液壓液在難燃性方面的優(yōu)勢(shì)，使得其在鋼鐵、電力、機(jī)械、冶金、煤礦等行業(yè)獲得廣泛應(yīng)用，有效地保證了安全生產(chǎn)。

當(dāng)前，國(guó)內(nèi)有關(guān)難燃液壓液難燃性能的測(cè)試、評(píng)價(jià)方法包括NB/SH/T 0567-2016 《液體與熱表面接觸燃燒性的測(cè)定歧管引燃法》[7]和SH/T 0785-2006 《難燃液芯式燃燒持久性測(cè)定法》[8]。這兩個(gè)方法分別用于評(píng)價(jià)難燃液壓液接觸熱表面的難燃性以及難燃液壓液芯式燃燒持久性(浸過(guò)難燃液的不燃材料燃燒持久性)。相對(duì)于國(guó)外難燃液壓液難燃性能評(píng)價(jià)方法，我國(guó)還缺少噴射燃燒持久性評(píng)價(jià)方法，即液壓液在高壓泄漏時(shí)形成噴射流，遇到火焰表現(xiàn)出來(lái)的難燃性及延燃性。比如，ISO 12922:2012[9]標(biāo)準(zhǔn)明確規(guī)定了難燃液壓液的難燃性能評(píng)價(jià)方法包括熱表面法、芯式燃燒持久性法以及噴射燃燒持久性法。前面兩種方法，我國(guó)已建立或修訂了最新版本，但噴射燃燒持久性方法仍未建立國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)方法。在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，高壓運(yùn)行中液壓液因泄漏產(chǎn)生霧狀噴射流，遇到火焰等很可能帶來(lái)火災(zāi)事故。

國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 21449-2008《水-乙二醇型難燃液壓液》[10]產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)中也規(guī)定了進(jìn)行液壓液難燃性能測(cè)試，當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)沒(méi)有相應(yīng)的技術(shù)、噴射燃燒試驗(yàn)設(shè)備以及國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)方法，不得已規(guī)定采用ISO 15029-1：1999[11]方法進(jìn)行測(cè)試。這樣會(huì)帶來(lái)國(guó)際委托檢驗(yàn)的高成本支出，還會(huì)因國(guó)內(nèi)產(chǎn)品缺少相關(guān)難燃性認(rèn)證缺少國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力。因此，盡快建立難燃液壓液噴射燃燒持久性評(píng)價(jià)方法十分迫切和必要。

難燃液壓液噴射燃燒持久性評(píng)價(jià)方法的建立，首先在我國(guó)煤炭行業(yè)得到響應(yīng)。煤炭科學(xué)技術(shù)研究院有限公司(原煤炭科學(xué)研究總院)建立國(guó)內(nèi)首套噴射燃燒試驗(yàn)裝置，并進(jìn)行檢驗(yàn)方法的研究[12-14]，研究成果形成了《煤礦井下用無(wú)水全合成液壓液產(chǎn)品技術(shù)規(guī)范》。安標(biāo)國(guó)家礦用產(chǎn)品安全標(biāo)志中心有限公司(原礦用產(chǎn)品安全標(biāo)志辦公室)接受?chē)?guó)家應(yīng)急管理部的授權(quán)，對(duì)重要下井產(chǎn)品進(jìn)行安全標(biāo)志管理工作。對(duì)于無(wú)人值守的隔爆油冷式電動(dòng)滾筒及其用液壓液進(jìn)行安標(biāo)認(rèn)證，規(guī)定該液壓液必須選用認(rèn)證合格的難燃液壓液。上述《煤礦井下用無(wú)水全合成液壓液產(chǎn)品技術(shù)規(guī)范》經(jīng)安標(biāo)國(guó)家礦用產(chǎn)品安全標(biāo)志中心有限公司備案，對(duì)難燃液壓液產(chǎn)品進(jìn)行噴射燃燒難燃性能評(píng)價(jià)。

為了更好服務(wù)于涉及難燃液壓液產(chǎn)品各行業(yè)的安全生產(chǎn)，為難燃液壓液產(chǎn)品生產(chǎn)單位和用戶提供科學(xué)、規(guī)范的噴射燃燒持久性評(píng)價(jià)方法，由煤炭科學(xué)技術(shù)研究院有限公司、中國(guó)石化潤(rùn)滑油有限公司合成油脂分公司共同參與起草的噴射燃燒試驗(yàn)方法國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)列入2011年國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)制修訂計(jì)劃。經(jīng)過(guò)大量認(rèn)真嚴(yán)謹(jǐn)?shù)脑囼?yàn)及論證等工作，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《難燃液壓液噴射燃燒持久性測(cè)定 空錐射流噴嘴試驗(yàn)法》于2018年底出版發(fā)布。

2 國(guó)內(nèi)外相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展

查閱國(guó)內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)、報(bào)告，國(guó)內(nèi)外噴射燃燒持久性測(cè)定方法大致包括以下幾項(xiàng)，見(jiàn)表1。

表1 國(guó)內(nèi)外噴射燃燒試驗(yàn)方法

表1中歐洲六國(guó)噴射燃燒試驗(yàn)方法的建立來(lái)自于一個(gè)世紀(jì)礦難，1956年8月8日，在比利時(shí)瑪克尼爾礦的進(jìn)風(fēng)井，因液壓系統(tǒng)的液壓油造成火災(zāi)，263名礦工喪生[17](有資料說(shuō)是267名礦工，來(lái)自10個(gè)國(guó)家，包括136名意大利工人)。這次事故被稱為歐洲采礦史上一次前所未有的浩劫，其起因竟是因高壓油管破裂遇到電纜引起。之后比利時(shí)成立了礦山安全委員會(huì)，它負(fù)責(zé)監(jiān)控安全程序和制定新的法規(guī)。其中就包括由德國(guó)、法國(guó)、意大利、荷蘭、比利時(shí)、盧森堡六個(gè)國(guó)家(也是歐盟的前身)建立并實(shí)施的大陸六國(guó)噴射燃燒試驗(yàn)方法。

自從英國(guó)加入歐盟組織，英國(guó)的噴射燃燒試驗(yàn)方法也作為上世紀(jì)80年代歐盟內(nèi)可選的方法。相對(duì)于大陸六國(guó)噴射燃燒試驗(yàn)方法評(píng)價(jià)手段過(guò)于簡(jiǎn)單，英國(guó)噴射燃燒試驗(yàn)方法可以量化評(píng)價(jià)，精確度更高。因此，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織也在英國(guó)噴射燃燒試驗(yàn)方法的基礎(chǔ)上，建立了ISO 15029-1：1999標(biāo)準(zhǔn)，其內(nèi)容與英國(guó)標(biāo)準(zhǔn)一致。

國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織又建立了ISO/TS 15029-2:2012 《石油和相關(guān)產(chǎn)品——難燃液體噴射燃燒特性的測(cè)定 第2部分：穩(wěn)定火焰熱釋放法》。該方法需要控制點(diǎn)火源的長(zhǎng)度、熱量和其他燃燒性能都要穩(wěn)定的情況下，在丙烷氣體不同流量下(0.13 Nm3/h、0.4 Nm3/h)，分別測(cè)量在噴射難燃液壓液和不噴射液壓液的情況下尾氣的溫度，并在此基礎(chǔ)上計(jì)算出難燃液壓液的燃燒長(zhǎng)度指數(shù)、燃燒因子和煙密度來(lái)表征液壓液的可燃性。該檢測(cè)法試驗(yàn)裝置較復(fù)雜，試驗(yàn)管路多，控制閥門(mén)及密封等要求嚴(yán)格，目前建立的試驗(yàn)裝置不多，也沒(méi)有建立精確度。該裝置對(duì)試驗(yàn)條件的限制非常嚴(yán)格，比如燃燒室入口的溫度、風(fēng)速、壓縮空氣、丙烷氣體的流量、相對(duì)濕度等都要嚴(yán)格控制，尤其是在試驗(yàn)過(guò)程中因燃燒而帶來(lái)的溫度、風(fēng)速、濕度等變化不易控制。

我國(guó)的難燃液壓液噴射燃燒試驗(yàn)方法，最早于2009年由煤炭科學(xué)技術(shù)研究院有限公司開(kāi)始研究，并參照ISO 15029-1:1999標(biāo)準(zhǔn)方法的內(nèi)容，建立了《煤礦井下用無(wú)水全合成液壓液產(chǎn)品技術(shù)規(guī)范》，對(duì)井下用難燃液壓液的噴射燃燒難燃性進(jìn)行評(píng)價(jià)。

目前ISO 15029-1：1999和ISO/TS 15029-2:2012都是現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)，可用于難燃液壓液噴射燃燒難燃性能的評(píng)價(jià)。綜合以上噴射燃燒試驗(yàn)方法的特點(diǎn)，參照ISO 15029-1：1999標(biāo)準(zhǔn)方法建立噴射燃燒持久性試驗(yàn)方法國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)符合我國(guó)難燃液壓液發(fā)展?fàn)顩r和需求。

3 標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容解讀

本標(biāo)準(zhǔn)用于難燃液壓液難燃性能的評(píng)價(jià)，在測(cè)試國(guó)內(nèi)外大量難燃液壓液試驗(yàn)樣品的基礎(chǔ)上，參照ISO 15029-1:1999重新起草編制。本標(biāo)準(zhǔn)與ISO 15029-1:1999的一致性程度為非等效，與ISO 15029-1:1999的主要技術(shù)差異見(jiàn)表2。

表2 GB/T 37222-2018與ISO 15029-1:1999的主要技術(shù)差異

下面就標(biāo)準(zhǔn)的主要技術(shù)參數(shù)做一一說(shuō)明。

3.1 壓力提供方式

標(biāo)準(zhǔn)ISO 15029-1:1999中，難燃液壓液噴射壓力由高壓氮?dú)馄刻峁緲?biāo)準(zhǔn)借鑒大陸六國(guó)標(biāo)準(zhǔn)中的壓力提供方式，采用液壓系統(tǒng)來(lái)提供穩(wěn)定的噴射壓力。這樣既可以為難燃液壓液噴射燃燒試驗(yàn)提供穩(wěn)定的噴射壓力，同時(shí)避免頻繁更換氮?dú)馄康确爆嵐ぷ鳌?/p>

3.2 點(diǎn)火源

本標(biāo)準(zhǔn)采用丙烷燈替代氧-乙炔氣為點(diǎn)火火源。相對(duì)于氧-乙炔氣，丙烷化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，爆炸范圍小，不易回火，安全性高，而且大量試驗(yàn)結(jié)果表明采用丙烷燈作為點(diǎn)火源，能將各類難燃液壓液很好區(qū)分。

3.3 噴嘴

本標(biāo)準(zhǔn)采用國(guó)產(chǎn)AAZ-1/4-1.5空心錐形霧化噴嘴代替Monarch公司制造的F 80°2.5PL型的噴嘴。由于AAZ-1/4-1.5國(guó)產(chǎn)空心錐形霧化噴嘴性能穩(wěn)定且易得，試驗(yàn)結(jié)果表明：該型號(hào)噴嘴對(duì)不同類型難燃液壓液具有良好區(qū)分性，能用于難燃液壓液的難燃性檢驗(yàn)。

3.4 點(diǎn)火源距離噴嘴位置

本標(biāo)準(zhǔn)明確了噴射燃燒試驗(yàn)測(cè)試中點(diǎn)火源的5個(gè)有代表性位置，分別為距離噴嘴0.2 m、0.4 m、0.6 m、0.8 m、1.0 m處。這5個(gè)位置包含噴射長(zhǎng)度的近端和最遠(yuǎn)端，避免了試驗(yàn)條件的隨機(jī)性造成試驗(yàn)結(jié)果的誤差。

3.5 試驗(yàn)結(jié)果

標(biāo)準(zhǔn)制定過(guò)程中的試驗(yàn)樣品來(lái)自于國(guó)內(nèi)外有代表性生產(chǎn)企業(yè)和單位，試驗(yàn)結(jié)果包含了各不同液壓液類型產(chǎn)品的噴射燃燒持久性測(cè)試數(shù)據(jù)，可以明顯區(qū)分不同類型難燃液壓液產(chǎn)品的噴射燃燒難燃性能。同時(shí)，文獻(xiàn)資料ASTM STP1284：1996[18]中W.HEYN 撰寫(xiě)的《噴射燃燒試驗(yàn)方法在液壓液難燃性評(píng)價(jià)中的一般觀點(diǎn)和批評(píng)性思考》文章顯示，采用英國(guó)標(biāo)準(zhǔn)(英國(guó)標(biāo)準(zhǔn)與ISO 15029-1:1999標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容一致)測(cè)試的不同類型液壓液產(chǎn)品的噴射燃燒持久性數(shù)據(jù)，也表明了不同類型難燃液壓液產(chǎn)品的噴射燃燒難燃性能的差異?，F(xiàn)將不同類型難燃液壓液按本標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試噴射燃燒持久性測(cè)試結(jié)果及ASTM STP1284中測(cè)試結(jié)果列于表3。

表3 不同類型難燃液壓液按GB/T 37222-2018的噴射燃燒持久性測(cè)試結(jié)果與ASTM STP1284測(cè)試結(jié)果對(duì)比

注：測(cè)試結(jié)果為不同類型液壓液噴射燃燒火焰持續(xù)燃燒時(shí)間。

由以上結(jié)果可以看出，采用本標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試的不同類型難燃液壓液噴射燃燒持久性試驗(yàn)結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)資料ASTM STP1284中測(cè)試的噴射燃燒持久性試驗(yàn)結(jié)果有較好可比性。

4 標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施的展望

隨著國(guó)家對(duì)包括煤礦、非煤礦山、冶金、機(jī)械、鋼鐵、電力等行業(yè)安全形勢(shì)的日益重視，難燃液壓液噴射燃燒難燃性能顯示出了越來(lái)越重要的作用。在這樣的背景下，GB/T 37222-2018《難燃液壓液噴射燃燒持久性測(cè)定 空錐射流噴嘴試驗(yàn)法》國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布和實(shí)施，不僅為煤礦用難燃液壓液產(chǎn)品提供檢驗(yàn)依據(jù)和技術(shù)支持，可有效降低火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)和改善煤礦安全生產(chǎn)。更重要的是為我國(guó)煤炭、冶金、鋼鐵、電力等行業(yè)的安全、健康、穩(wěn)定發(fā)展提供了技術(shù)支撐和手段。另外，本標(biāo)準(zhǔn)在難燃液壓液性能測(cè)試分析的基礎(chǔ)上，有利于提升我國(guó)難燃液壓液產(chǎn)品的整體質(zhì)量，對(duì)我國(guó)有實(shí)力的難燃液壓液產(chǎn)品的生產(chǎn)單位參與國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)具有重要意義。