一种对环境友好的快速高效抑制氢气爆炸的阻爆材料

技术领域

本发明专利属于抑制爆炸的安全工程领域，具体涉及一种对环境友好的快速高效抑制氢气爆炸的阻爆材料,尤其适用于输送不稳定且具有爆炸危险性气体的工业管道的阻火阻爆，且形成的涂层有助于防止气体泄漏和氢脆等氢损伤。

背景技术：

随着清洁能源的兴起与发展，中国双碳计划的提出与大力实施，氢能一直被视作解决未来人类能源危机的终极能源。氢能相比于传统化石能源蕴藏丰富、热值高，且燃烧过程中不会产生有毒有害或温室气体，真正达到无毒、零排放、零污染。但是氢气无色无味、化学性质极活泼，当空气中氢气含量在4.1％～75.9％内，遇到火花就会发生燃烧爆炸，且所需最小点火能量仅0.019mJ。

目前抑制气体在管道传输过程中爆炸的途径主要有添加惰性物质、防爆材料，防爆隔离等。由于阻爆剂便宜易获得易添加等特点被广泛使用，主要有网状聚氨酯泡沫、网状铝合金MAAS、丙烷、氩气等。其中多孔材料具有比表面积大、比强度高、质量轻、体积小、具有良好的吸波减震性等特点。多孔材料吸附在管壁上形成多孔吸波结构使横波衰减，降低火焰传播速度与温度最终导致爆轰波失效，起到阻爆效果。

海藻酸钠是一种天然无毒的环境友好的高分子材料,价格低廉，成膜性好，凝胶强度高，具有良好的生物降解性和相容性，属于可再生清洁资源。硅酸钠是一种基础无机化工原料，其水溶液价格低廉，成膜性好，产量大。铁镍合金由于其多孔隙结构在结构型和涂覆层吸波材料中应用广泛。

发明内容

本发明的目的在于提供一种对环境友好的快速高效抑制氢气爆炸的阻爆材料，不仅能够快速高效阻爆，而且本身无污染、对环境友好，具有可靠的本质安全性。此外能有效防止气体泄漏和氢脆等氢损伤的可能性。

本发明的技术方案可以通过以下技术措施来实现上述背景技术中提出的问题：

一种对环境友好的快速高效抑制氢气爆炸的阻爆材料，其特征在于所述阻爆材料由海藻酸钠和硅酸钠组成，涂抹在置于管廊中的多孔隙铁镍合金结构外侧，能够进一步抑制氢气爆炸，降低氢气泄漏以及抑制氢脆氢损伤产生的可能性。

进一步地，所述海藻酸钠为[C

进一步地，所述硅酸钠为Na

进一步地，所述抑爆对象氢气是一种密度比空气小，爆炸极限在4.0％～75.6％，泄露与空气混合后极易爆炸的清洁气体。

进一步地，所述多孔隙铁镍合金管道由FeNi5O软磁材料粉末制成：相对体积密度0.3g/cm

进一步地，所述管廊是由多个管道及其他附件组成的有限空间，氢气泄露后在有限空间内不易扩散、易堆积达到爆炸极限，遇明火、化学反应放热、撞击或摩擦火花、电击火花、静电火花等点火源时，极易发生燃爆事故。

进一步地，所述阻爆材料和水以2：100的比例充分搅拌混合成凝胶状涂抹在试验段管壁外表面，将管道垂直静止放置使凝胶在重力及摩擦力的相互作用下均匀地覆盖在管壁，厚度要求1mm-20mm。

本发明材料由海藻酸钠和硅酸钠混合而成。由于氢气密度比空气小，燃烧速度快，泄露后会快速向上方移动，与空气接触后爆炸极限宽，因此在多孔隙铁镍合金结构外侧涂抹阻爆材料有助于弥补多孔结构在空间上的缺陷，能够在氢气泄漏处直接有力地阻止其燃烧爆炸；除了进一步加强阻爆效果外，也降低了氢气泄漏的可能性。阻爆材料适用于涂抹在输送H

本发明的阻爆材料的作用机理如下：

当氢气在有限空间中发生爆炸时，由于氢气密度比空气小，燃烧速度快，泄露后会快速向上方移动，在多孔隙铁镍合金结构外侧涂抹阻爆材料有助于弥补多孔结构在空间上的缺陷，由于其具有一定的黏性可以防止氢气继续泄露，防止氢气与空气混合后形成可爆炸火焰继续在管道中运输。阻爆材料涂层在管壁处形成多孔吸波结构降低了火焰传播速度与能量释放吸收热量，破坏燃烧爆炸条件从而起到阻爆效果。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

(1)本发明使用海藻酸钠和硅酸钠作为阻爆材料，原材料便宜易获得，无污染、环境友好，使用寿命长，易更换易处理。

(2)本发明使用阻爆材料涂层在管壁处形成的多孔吸波结构由于其具有一定的黏性可以防止氢气继续泄露，防止氢气与空气混合后形成可爆炸火焰继续在管道中运输。阻爆材料涂层和多孔铁镍合金结构共同作用，降低了火焰传播速度与能量释放破坏燃烧爆炸条件，增强了阻爆效果，能够完全抑制氢气爆炸。

(3)本发明使用阻爆材料不会与氢气发生反应，有望成为缚氢剂。氢气热值高，爆炸后产生大量热量，阻爆材料所含水溶液蒸发吸热、铁镍合金吸热，阻爆材料和铁镍合金的多孔结构能够吸收爆震波波阵面的横波，发生消减氧化反应直接导致爆轰波衰减，进一步抑制爆轰效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例描述中或现有技术中所需要使用的附图作简单的介绍。

图1为本发明地下综合管廊中氢气舱局部示意图：

图2为本发明阻爆材料涂抹后多孔隙铁镍合金结构管道示意图；

图3为本发明阻爆材料涂抹后管道横截面示意图；

图4为本发明多孔隙铁镍合金管道内部结构剖面示意图；

附图标记为：1—输送管道；2—管壁；3—海藻酸钠和硅酸钠涂层；4—多孔铁镍合金结构；5—城市道路以下区域；6—地下综合管廊氢气舱。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明地一个实施例，然而，本发明实施例并不以此为限。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的一种对环境友好的快速高效抑制氢气爆炸的阻爆材料,包括海藻酸钠和硅酸钠，所述的阻爆材料各组分等比例混合后，按比例2：100加入纯净水，充分搅拌混合成凝胶状涂抹在试验段管壁外表面，涂抹完成后用软尺抹平，将管道垂直静止放置使凝胶在重力及摩擦力的相互作用下更加均匀地覆盖在管壁，厚度要求1mm-20mm。

本发明的抑制氢气爆炸的阻爆材料能够吸收氢气爆炸产生爆震波波阵面的横波，发生消减氧化反应，导致爆轰波衰减从而达到抑制氢气爆轰的效果。燃烧或爆炸被成功抑制后,阻爆材料涂层依旧存在，一旦发生二次或多次爆炸,多孔材料继续吸收氢气爆炸产生爆震波波阵面的横波，发生消减氧化反应，导致爆轰波衰减,抑制二次爆炸或多次爆炸。

阻爆材料在管壁形成涂层后由于其具有一定的黏性可以防止氢气继续泄露，防止氢气与空气混合后形成可爆炸火焰继续在管道中运输。此外可以很好地抑制气体泄漏和氢脆等氢损伤后果。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。