CN105699236A - 一种火场环境中液体可燃物的检测方法 - Google Patents

一种火场环境中液体可燃物的检测方法 Download PDF

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Abstract

一种火场环境中液体可燃物的检测方法，其选用火灾现场的金属材料，经精确称重后放入实验容器中，通过对其中金属材料受火灾影响后的增重检测，以确定是否该火灾是由液体可燃物引起的。本发明采用火场环境中液体可燃物的检测装置对火场环境气氛进行实时监测，所得数据可靠有效。与目前所使用的火场可燃液体残留物分析技术相比，本发明所述技术内容易于实现，对样品要求不高，尤其是在水泡等可燃液体残留物分析技术难以使用的现场中，更为有效，可广泛使用于火灾现场的助燃剂认定，制造过程简单，成本低廉，推广前景广阔。

Description

一种火场环境中液体可燃物的检测方法
技术领域
本发明属于一种检测方法，具体涉及一种火场环境中液体可燃物的检测方法。
背景技术
现有技术中，对于火场物证的检测，目前国内外采用的主要方法是从火场残留物中检测是否存在未燃烧或过火程度较轻的易燃液体。并以此为基础，采用多种分析手段进行分析。但是，现有大多数鉴定方法的使用前提是火灾扑救及时、火场燃烧不严重，而且要求所提取的样品要非常纯净，不能受到污染，否则不容易检测出火场中残存的易燃液体成分。但火灾现场复杂，大部分为变动现场，现场助燃剂易挥发并受外来污染，给火场中助燃剂的检验与认定带来困难。因此，寻找一种方便有效的检测方法，以提高火场环境中助燃剂的检测效率和准确性，有着重要的实际意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种检测效果良好，操作较为简便的火场环境中液体可燃物的检测方法。本发明使用一种特殊金属材料加工的样品为观察对象，利用不同环境气氛与金属氧化膜生长热力学/动力学之间的定性-定量关系，以及金属材料的高温氧化动力学、氧化膜结构及合金体系扩散特征的影响机理，在系统分析相关材料和表面氧化物的性质基础上，通过不同金属材料在多氧化剂环境中的氧化行为的差异，指示高温气氛中燃料油的存在。解决了检验火场环境中是否有助燃剂的难题。
本发明一种火场环境中液体可燃物的检测方法，其特征在于：选用火灾现场的金属材料，经精确称重后放入实验容器中，通过对其中金属材料受火灾影响后的增重检测，以确定是否该火灾是由液体可燃物引起的。
所述火场环境中液体可燃物的检测方法，其特征在于：
所述火场环境中液体可燃物的检测方法具体为重量法，即：使金属材料经高温和腐蚀介质作用后，比较腐蚀前后材料的重量变化从而确定腐蚀速度，以确定是否存在可燃物；
如果测试得知腐蚀后材料的增重率数值为同等测试温度和时间条件下空气中增重率数值的2倍或以上(因为剥落而使得增重不明显的情况也考虑在内，此情况视为增重量很小，对应的：实测样品的增重率相对于同等条件下空气中增重率的比值很大)；则判断火场环境中存在液体可燃物。
所述金属材料具体为下述三者之一或其组合：Cu、Fe、Al；所述作用于金属材料的高温为250-1050℃。
所述火场环境中液体可燃物的检测方法满足下述要求之一或其组合：
其一，当所述金属材料具体为Cu，所述作用于金属材料的高温为900±50℃；若测试得知腐蚀后材料的增重率数值为同等测试温度和时间条件下空气中增重率数值的3倍或以上；则判断火场环境中可能存在的液体可燃物为汽油；若测试得知腐蚀后材料的增重率数值为同等测试温度和时间条件下空气中增重率数值的2-3倍，则判断火场环境中可能存在的液体可燃物为乙醇或/和煤油；
其二，当所述金属材料具体为Fe，所述作用于金属材料的高温为600-900℃；若测试得知腐蚀后材料的增重率数值为同等测试温度和时间条件下空气中增重率数值的7倍或以上；则判断火场环境中可能存在的液体可燃物为汽油；若测试得知腐蚀后材料的增重率数值为同等测试温度和时间条件下空气中增重率数值的2-6倍，则判断火场环境中可能存在的液体可燃物为乙醇或/和煤油；
其三，当所述金属材料具体为Al，所述作用于金属材料的高温为550-750℃；若测试得知腐蚀后材料的增重率数值为同等测试温度和时间条件下空气中增重率数值的3倍或以上；则判断火场环境中可能存在的液体可燃物为汽油；若测试得知腐蚀后材料的增重率数值为同等测试温度和时间条件下空气中增重率数值的2-3倍，则判断火场环境中可能存在的液体可燃物为乙醇或/和煤油。
所述火场环境中液体可燃物的检测方法，其特征在于：
选定金属材料，然后经特定的热处理方法制得粗坯，之后通过特殊的热处理和机加工工艺使之满足特定的形状并具有合适的表面光洁度，经精确称重后放入特殊容器中，当有火灾发生时通过对其中金属材料的增重率检测，即能确定该火灾是否是由液体可燃物引起的；具体说明如下：
①所述特定的金属材料具体为满足下述成分和含量要要求的合金：Cu：70-75％,Ni：20-25％,Al：1-5％,Fe：1-3％,Co<1％；
②上述的经特定的热处理方法制得粗坯的具体要求是：合金采用中频感应电炉熔炼，炉衬采用酸性炉衬，熔炼时使用玻璃覆盖；之后再铸造浇注温度1450～1480℃下铸造成型获得粗坯；
③之后粗坯还要求经过下述热处理过程：升温到800±10℃后保温1小时，然后升温到1000±10℃后保温1小时，之后随炉冷却；然后进行机械加工的粗加工操作；
④之后进行下述热处理过程：升温到700±10℃后保温1小时，然后降温到600±10℃后保温1小时，之后随炉冷却；然后进行机械加工的精加工操作；精加工后获得的金属试样为圆片型结构件，其直径为30-80mm,厚度3-5mm，中间钻孔尺寸为Φ5mm，表面光洁度要求为R1.6；
⑤将经过上述过程得到的精加工后的金属试样放入装置容器中，该容器至少具有两个相邻且相互独立的空间，其中一空间与外界气氛相连通，另一空间充满空气并与外界隔离；
所述装置容器本身的材质为镍基高温合金，装置容器形状为长方体或者圆柱体，其中每一空间体积不小于0.03m3，要求其能够抵受不低于2吨的撞击力,在1100℃高温下5小时不会受损，在不低于3Mpa的静水压力下不产生渗漏；
⑥装置容器的安装应满足：至墙壁、梁边的水平距离不应小于1米；装置周围0.5米内不应有遮挡物；至建筑物送风口边的水平距离不应小于1米；该装置设置在建筑物宽度小于3米的内走道顶棚上时应居中布置；该装置之间的安装间距不应超过10米，装置距端缝的距离不应大于装置安装间距的一半；装置要求优先水平安装，当必须倾斜安装时，倾斜角度不大于45度。
所述火场环境中液体可燃物的检测方法，其特征在于：所述火场环境中液体可燃物的检测方法，是在增重检测的基础上辅以金属材料表面氧化物的检测，根据金属材料表面氧化物的形态、晶体结构判断是否存在液体可燃物；
所依据的原理是：火场高温环境中由于燃料气氛的加入其在金属材料表面形成的氧化物存在特异性，其与在空气气氛中形成在金属材料表面的氧化物不同；从而影响了高温下金属材料表面氧化物形成的条件；意即：有液体可燃物存在时和无液体可燃物存在时表面氧化物的形态与晶体结构与单纯空气中的氧化有较大区别。
所述火场环境中液体可燃物的检测方法中，金属材料表面氧化物使用X射线衍射(XRD)分析检出，从而利用金属材料表面氧化物的形态或/和晶体结构的不同判断火场中燃料气氛是否存在。
本发明所述技术方案内容的相关说明：
所述火场环境中液体可燃物的检测方法，选用火灾现场的金属材料，经精确称重后放入实验容器中，通过对其中金属材料受火灾影响后的增重检测，以确定是否该火灾是由液体可燃物引起的。
所述火场环境中液体可燃物的检测方法具体为重量法，即：使金属材料在一定的条件下(一定温度、压力、介质浓度等)经腐蚀介质一定时间的作用后，比较腐蚀前后材料的重量变化从而确定腐蚀速度的一种方法。对于均匀腐蚀，根据腐蚀产物容易除去或完全牢固地附着在试样表面的情况，可分别采用单位时间、单位面积金属腐蚀后的重量损失或重量增加来表示腐蚀速度。重量法是一种经典的试验方法，试验结果真实可靠，被广泛应用。
对于一表面状态及成份确定的合金，在某一温度下空气中的氧化速度是确定的，其增重率也随之确定。如其在某一温度下的增重率有显著增加，而其它条件(如合金成分，环境温度)并无变化，可推测这是由于氧化气氛中存在腐蚀性气氛。腐蚀性气氛的加入提高了该合金的氧化速度，从而使增重率提高。不同腐蚀性气氛的加入对增重率的影响也不相同，可以通过实验来确定某一特定合金在空气及腐蚀性气氛中的增重率。通过比较同一温度下，不同气氛中该合金的增重率的不同来推测环境中是否具有腐蚀性气氛。实验证明在同一温度下，液体可燃物气氛的加入明显提高了该合金的增重率，在液体可燃物气氛中增重率为空气中氧化的2倍左右。
当铜合金在具有液体可燃物环境中氧化时，环境中的腐蚀性气氛使合金表面有深绿色的铜绿生成，即有碱式碳酸铜(Cu2(OH)2CO3)生成；而在空气中氧化时合金表面只生成黑色的氧化铜(CuO)及鲜红色的氧化亚(Cu2O)。
增重检测：目前测定腐蚀速度的方法很多，重量法是其中之一。所谓重量法，就是使金属材料在一定的条件下(一定温度、压力、介质浓度等)经腐蚀介质一定时间的作用后，比较腐蚀前后材料的重量变化从而确定腐蚀速度的一种方法。对于均匀腐蚀，根据腐蚀产物容易除去或完全牢固地附着在试样表面的情况，可分别采用单位时间、单位面积金属腐蚀后的重量损失或重量增加来表示腐蚀速度。重量法是一种经典的试验方法，试验结果真实可靠，被广泛应用。
火灾现场的燃烧过程极其复杂，不仅与材料的热解机理、点燃特性和火蔓延特性有关，而且与室内环境包括室内的温度、热辐射强度和烟气流动等因素密切相关，相关学者一直在努力从各个方面进行研究。金属是传统材料，一般不可燃。在火灾环境中，金属材料与周围环境相互作用发生化学反应。首先发生活泼气体在金属表面的吸附，其后发生氧化物形核，晶核沿横向生长形成连续的薄氧化膜，同时氧化膜沿着垂直于表面方向增长使其厚度增加。在生长过程中，氧化物晶粒长大是由正、负离子持续不断通过已形成的氧化物的扩散提供保证的。在火场环境中，广泛存在着助燃剂的气态组分，以及燃烧过程中产生的CO2、CO、H2O、SO2、NOx(氮氧化物)、POx(磷氧化物)等，还可能有未燃烧完的微少的碳颗粒(黑烟)，在上述易燃物的高温燃烧环境下，要比在单纯的空气中氧化时的表面氧化物长大明显，氧化严重表面上形成的保护性氧化膜会很快被破坏，氧化速度明显加快(如图1所示)。
目前生活中广泛使用的材料种类很多，从材料性质可以分为四大类:金属、石材、木质和高分子类材料。金属是传统材料，一般不可燃，但在火灾环境中，金属材料与周围环境相互作用发生化学反应。首先发生活泼气体在金属表面的吸附，其后发生氧化物形核，晶核沿横向生长形成连续的薄氧化膜，同时氧化膜沿着垂直于表面方向增长使其厚度增加。在生长过程中，氧化物晶粒长大是由正、负离子持续不断通过已形成的氧化物的扩散提供保证，在含有助燃剂的高温气氛环境中，易燃物的燃烧气氛主要成分是CO2、CO、H2O、SO2、NOx(氮氧化物)、POx(磷氧化物)等，还可能有未燃烧的微少的碳颗粒，当然还存在着未燃的气态燃料。在上述易燃物的燃烧环境中，包含多种介质，参与反应的可能是一种介质，也可以是多种，这要比单纯空气或氧气中的氧化严重得多；如果再有低熔点的燃料灰分附着在金属表面，氧化速度比单纯空气环境中的氧化严重得多；如果再有低熔点的燃料灰分附着在金属表面，材料表面形成的保护性氧化膜将很快破坏，氧化速度会明显提高。
——本发明的关键创新思想即源于此。
在火场环境气氛中，燃料(汽油、乙醇、煤油等)与空气混合时，金属材料所处的环境为高温气相燃料与燃烧产物的混合气体。在此环境中，尽管大部分燃料的燃烧产物气氛相同，但燃料种类及其在混合气体中的分压不同，可以预想材料的高温氧化行为将与空气中有显著差别，可利用其表面氧化产物与空气中氧化的不同，来确定是否有助燃剂的加入。
如通过对比火场环境中几种常见金属材料的氧化膜增重，可以认定是否在氧化环境中含有助燃剂的气体成分，从而检测火场中是否存在助燃剂的成分，并解决变动火灾现场中残留物难以检验的问题，准确确定火场中是否有助燃剂的存在。
本发明一种火场环境中液体可燃物的检测方法，首先将特定的金属材料加工为特定形状并经精确称重后放入特殊容器中，当有火灾发生时通过对其中金属材料的增重，以确定是否该火灾是由助燃剂的参与。
按照前述的要求加工试样并制成装置容器，并按装后在煤油，汽油及乙醇等液体可燃物气氛的高温环境中，经过20至100分钟的实验，取出样品中，并分别对样品进行称重，可见样品增重反应明显。
本发明的优点：采用火场环境中液体可燃物的检测装置对火场环境气氛进行实时监测，所得数据可靠有效。与目前所使用的火场可燃液体残留物分析技术相比，本技术易于实现，可操作性强，对样品要求不高，尤其是在水泡等可燃液体残留物分析技术难以使用的现场中，更为有效。本发明可广泛使用于火灾现场的助燃剂认定，制造过程简单，成本低廉，推广前景广阔。本发明具有可预期的较为巨大的经济价值和社会价值。
附图说明
下面结合附图及实施方式对本发明作进一步详细的说明：
图1为合金在空气气氛中400℃氧化30分钟的表面形貌；
图2为实施例2对应的铜的增重率曲线；
图3为实施例2对应的铜在汽油中氧化20分钟的表面氧化物形貌；
图4为实施例3对应的铜的增重率曲线；
图5为实施例4对应的铜的增重率曲线；
图6为实施例5对应的铜的增重率曲线；
图7为实施例6对应的铜的增重率曲线；
图8为实施例6对应的铜在煤油中氧化20分钟的表面氧化物形貌；
图9为实施例7对应的铜在空气、煤油中的增重率曲线；
图10为实施例8的Cu在700℃时在空气、汽油中的增重原理简图；
图11为Cu在700℃时在空气、乙醇中的增重率曲线；
图12为Cu在700℃时在空气、煤油中的增重率曲线；
图13为Cu在600℃时在空气、汽油中的增重率曲线；
图14为Cu在600℃时在空气、乙醇中的增重率曲线；
图15为Cu在600℃时在空气、煤油中的增重率曲线；
图16为Cu在300℃时在空气、汽油中的增重率曲线；
图17为Cu在300℃时在空气、乙醇中的增重率曲线；
图18为Cu在300℃时在空气、煤油中的增重率曲线；
图19为Cu在300℃时在煤油中的氧化20分钟的形貌；
图20为Fe(具体为Q235)在400℃不同气氛中增重率曲线；
图21为Q235在600℃汽油中氧化20分钟的形貌；
图22为Q235在600℃时的不同气氛中增重率曲线；
图23为Q235在800℃时的不同气氛中增重率曲线；
图24为Q235在900℃时的乙醇中氧化20分钟的形貌；
图25为Q235在900℃时的不同气氛中的增重率曲线；
图26为Al在700℃时的空气、汽油中的增重率曲线；
图27为Al在700℃时的空气、乙醇中的增重率曲线；
图28为Al在700℃时的空气、煤油中的增重率曲线；
图29为Al在600℃时的空气、汽油中的增重率曲线；
图30为Al在600℃时的空气、乙醇中的增重率曲线；
图31为Al在600℃时的空气、煤油中的增重率曲线；
图32为Al在300℃时的空气、汽油中的增重率曲线；
图33为Al在300℃时的空气、乙醇中的增重率曲线；
图34为Al在300℃时的空气、煤油中的增重率曲线。
具体实施方式
实施例1
一种火场环境中液体可燃物的检测方法：选用火灾现场的金属材料，经精确称重后放入实验容器中，通过对其中金属材料受火灾影响后的增重检测，以确定是否该火灾是由液体可燃物引起的。
所述火场环境中液体可燃物的检测方法具体为重量法，即：使金属材料经高温和腐蚀介质作用后，比较腐蚀前后材料的重量变化从而确定腐蚀速度，以确定是否存在可燃物；如果测试得知腐蚀后材料的增重率数值为同等测试温度和时间条件下空气中增重率数值的2倍或以上(因为剥落而使得增重不明显的情况也考虑在内，此情况视为增重量很小，对应的：实测样品的增重率相对于同等条件下空气中增重率的比值很大)；则判断火场环境中存在液体可燃物。
所述金属材料具体为下述三者之一或其组合：Cu、Fe、Al；所述作用于金属材料的高温为250-1050℃。
所述火场环境中液体可燃物的检测方法满足下述要求之一或其组合：
其一，当所述金属材料具体为Cu，所述作用于金属材料的高温为900±50℃；若测试得知腐蚀后材料的增重率数值为同等测试温度和时间条件下空气中增重率数值的3倍或以上；则判断火场环境中可能存在的液体可燃物为汽油；若测试得知腐蚀后材料的增重率数值为同等测试温度和时间条件下空气中增重率数值的2-3倍，则判断火场环境中可能存在的液体可燃物为乙醇或/和煤油；
其二，当所述金属材料具体为Fe，所述作用于金属材料的高温为600-900℃；若测试得知腐蚀后材料的增重率数值为同等测试温度和时间条件下空气中增重率数值的7倍或以上；则判断火场环境中可能存在的液体可燃物为汽油；若测试得知腐蚀后材料的增重率数值为同等测试温度和时间条件下空气中增重率数值的2-6倍，则判断火场环境中可能存在的液体可燃物为乙醇或/和煤油；
其三，当所述金属材料具体为Al，所述作用于金属材料的高温为550-750℃；若测试得知腐蚀后材料的增重率数值为同等测试温度和时间条件下空气中增重率数值的3倍或以上；则判断火场环境中可能存在的液体可燃物为汽油；若测试得知腐蚀后材料的增重率数值为同等测试温度和时间条件下空气中增重率数值的2-3倍，则判断火场环境中可能存在的液体可燃物为乙醇或/和煤油。
所述火场环境中液体可燃物的检测方法中，选定金属材料，然后经特定的热处理方法制得粗坯，之后通过特殊的热处理和机加工工艺使之满足特定的形状并具有合适的表面光洁度，经精确称重后放入特殊容器中，当有火灾发生时通过对其中金属材料的增重率检测，即能确定该火灾是否是由液体可燃物引起的；具体说明如下：
①所述特定的金属材料具体为满足下述成分和含量要要求的合金：Cu：70-75％,Ni：20-25％,Al：1-5％,Fe：1-3％,Co<1％；
②上述的经特定的热处理方法制得粗坯的具体要求是：合金采用中频感应电炉熔炼，炉衬采用酸性炉衬，熔炼时使用玻璃覆盖；之后再铸造浇注温度1450～1480℃下铸造成型获得粗坯；
③之后粗坯还要求经过下述热处理过程：升温到800±10℃后保温1小时，然后升温到1000±10℃后保温1小时，之后随炉冷却；然后进行机械加工的粗加工操作；
④之后进行下述热处理过程：升温到700±10℃后保温1小时，然后降温到600±10℃后保温1小时，之后随炉冷却；然后进行机械加工的精加工操作；精加工后获得的金属试样为圆片型结构件，其直径为30-80mm,厚度3-5mm，中间钻孔尺寸为Φ5mm，表面光洁度要求为R1.6；
⑤将经过上述过程得到的精加工后的金属试样放入装置容器中，该容器至少具有两个相邻且相互独立的空间，其中一空间与外界气氛相连通，另一空间充满空气并与外界隔离；
所述装置容器本身的材质为镍基高温合金，装置容器形状为长方体或者圆柱体，其中每一空间体积不小于0.03m3，要求其能够抵受不低于2吨的撞击力,在1100℃高温下5小时不会受损，在不低于3Mpa的静水压力下不产生渗漏；
⑥装置容器的安装应满足：至墙壁、梁边的水平距离不应小于1米；装置周围0.5米内不应有遮挡物；至建筑物送风口边的水平距离不应小于1米；该装置设置在建筑物宽度小于3米的内走道顶棚上时应居中布置；该装置之间的安装间距不应超过10米，装置距端缝的距离不应大于装置安装间距的一半；装置要求优先水平安装，当必须倾斜安装时，倾斜角度不大于45度。
所述火场环境中液体可燃物的检测方法，还可以在增重检测的基础上辅以金属材料表面氧化物的检测，根据金属材料表面氧化物的形态、晶体结构判断是否存在液体可燃物；
所依据的原理是：火场高温环境中由于燃料气氛的加入其在金属材料表面形成的氧化物存在特异性，其与在空气气氛中形成在金属材料表面的氧化物不同；从而影响了高温下金属材料表面氧化物形成的条件；意即：有液体可燃物存在时和无液体可燃物存在时表面氧化物的形态与晶体结构与单纯空气中的氧化有较大区别。
所述火场环境中液体可燃物的检测方法中，金属材料表面氧化物使用XRD分析检出，从而利用金属材料表面氧化物的形态或/和晶体结构的不同判断火场中燃料气氛是否存在。
本实施例所述技术方案内容的相关说明：
所述火场环境中液体可燃物的检测方法，选用火灾现场的金属材料，经精确称重后放入实验容器中，通过对其中金属材料受火灾影响后的增重检测，以确定是否该火灾是由液体可燃物引起的。
所述火场环境中液体可燃物的检测方法具体为重量法，即：使金属材料在一定的条件下(一定温度、压力、介质浓度等)经腐蚀介质一定时间的作用后，比较腐蚀前后材料的重量变化从而确定腐蚀速度的一种方法。对于均匀腐蚀，根据腐蚀产物容易除去或完全牢固地附着在试样表面的情况，可分别采用单位时间、单位面积金属腐蚀后的重量损失或重量增加来表示腐蚀速度。重量法是一种经典的试验方法，试验结果真实可靠，被广泛应用。
对于一表面状态及成份确定的合金，在某一温度下空气中的氧化速度是确定的，其增重率也随之确定。如其在某一温度下的增重率有显著增加，而其它条件(如合金成分，环境温度)并无变化，可推测这是由于氧化气氛中存在腐蚀性气氛。腐蚀性气氛的加入提高了该合金的氧化速度，从而使增重率提高。不同腐蚀性气氛的加入对增重率的影响也不相同，可以通过实验来确定某一特定合金在空气及腐蚀性气氛中的增重率。通过比较同一温度下，不同气氛中该合金的增重率的不同来推测环境中是否具有腐蚀性气氛。实验证明在同一温度下，液体可燃物气氛的加入明显提高了该合金的增重率，在液体可燃物气氛中增重率为空气中氧化的2倍左右。
当铜合金在具有液体可燃物环境中氧化时，环境中的腐蚀性气氛使合金表面有深绿色的铜绿生成，即有碱式碳酸铜(Cu2(OH)2CO3)生成；而在空气中氧化时合金表面只生成黑色的氧化铜(CuO)及鲜红色的氧化亚(Cu2O)。
增重检测：目前测定腐蚀速度的方法很多，重量法是其中之一。所谓重量法，就是使金属材料在一定的条件下(一定温度、压力、介质浓度等)经腐蚀介质一定时间的作用后，比较腐蚀前后材料的重量变化从而确定腐蚀速度的一种方法。对于均匀腐蚀，根据腐蚀产物容易除去或完全牢固地附着在试样表面的情况，可分别采用单位时间、单位面积金属腐蚀后的重量损失或重量增加来表示腐蚀速度。重量法是一种经典的试验方法，试验结果真实可靠，被广泛应用。
火灾现场的燃烧过程极其复杂，不仅与材料的热解机理、点燃特性和火蔓延特性有关，而且与室内环境包括室内的温度、热辐射强度和烟气流动等因素密切相关，相关学者一直在努力从各个方面进行研究。金属是传统材料，一般不可燃。在火灾环境中，金属材料与周围环境相互作用发生化学反应。首先发生活泼气体在金属表面的吸附，其后发生氧化物形核，晶核沿横向生长形成连续的薄氧化膜，同时氧化膜沿着垂直于表面方向增长使其厚度增加。在生长过程中，氧化物晶粒长大是由正、负离子持续不断通过已形成的氧化物的扩散提供保证的。在火场环境中，广泛存在着助燃剂的气态组分，以及燃烧过程中产生的CO2、CO、H2O、SO2、NOx(氮氧化物)、POx(磷氧化物)等，还可能有未燃烧完的微少的碳颗粒(黑烟)，在上述易燃物的高温燃烧环境下，要比在单纯的空气中氧化时的表面氧化物长大明显，氧化严重表面上形成的保护性氧化膜会很快被破坏，氧化速度明显加快(如图1所示)。
目前生活中广泛使用的材料种类很多，从材料性质可以分为四大类:金属、石材、木质和高分子类材料。金属是传统材料，一般不可燃，但在火灾环境中，金属材料与周围环境相互作用发生化学反应。首先发生活泼气体在金属表面的吸附，其后发生氧化物形核，晶核沿横向生长形成连续的薄氧化膜，同时氧化膜沿着垂直于表面方向增长使其厚度增加。在生长过程中，氧化物晶粒长大是由正、负离子持续不断通过已形成的氧化物的扩散提供保证，在含有助燃剂的高温气氛环境中，易燃物的燃烧气氛主要成分是CO2、CO、H2O、SO2、NOx(氮氧化物)、POx(磷氧化物)等，还可能有未燃烧的微少的碳颗粒，当然还存在着未燃的气态燃料。在上述易燃物的燃烧环境中，包含多种介质，参与反应的可能是一种介质，也可以是多种，这要比单纯空气或氧气中的氧化严重得多；如果再有低熔点的燃料灰分附着在金属表面，氧化速度比单纯空气环境中的氧化严重得多；如果再有低熔点的燃料灰分附着在金属表面，材料表面形成的保护性氧化膜将很快破坏，氧化速度会明显提高。
——本实施例的关键创新思想即源于此。
在火场环境气氛中，燃料(汽油、乙醇、煤油等)与空气混合时，金属材料所处的环境为高温气相燃料与燃烧产物的混合气体。在此环境中，尽管大部分燃料的燃烧产物气氛相同，但燃料种类及其在混合气体中的分压不同，可以预想材料的高温氧化行为将与空气中有显著差别，可利用其表面氧化产物与空气中氧化的不同，来确定是否有助燃剂的加入。
如通过对比火场环境中几种常见金属材料的氧化膜增重，可以认定是否在氧化环境中含有助燃剂的气体成分，从而检测火场中是否存在助燃剂的成分，并解决变动火灾现场中残留物难以检验的问题，准确确定火场中是否有助燃剂的存在。
本实施例一种火场环境中液体可燃物的检测方法，首先将特定的金属材料加工为特定形状并经精确称重后放入特殊容器中，当有火灾发生时通过对其中金属材料的增重，以确定是否该火灾是由助燃剂的参与。
按照前述的要求加工试样并制成装置容器，并按装后在煤油，汽油及乙醇等液体可燃物气氛的高温环境中，经过20至100分钟的实验，取出样品中，并分别对样品进行称重，可见样品增重反应明显。
本实施例的优点：采用火场环境中液体可燃物的检测装置对火场环境气氛进行实时监测，所得数据可靠有效。与目前所使用的火场可燃液体残留物分析技术相比，本技术易于实现，可操作性强，对样品要求不高，尤其是在水泡等可燃液体残留物分析技术难以使用的现场中，更为有效。本实施例可广泛使用于火灾现场的助燃剂认定，制造过程简单，成本低廉，推广前景广阔。本实施例具有可预期的较为巨大的经济价值和社会价值。
实施例2：试样尺寸为Φ30mm×3mm,样品经丙酮和酒精清洗，预先称重后放入火场环境中液体可燃物装置，并按至墙壁水平距离1米，装置周围0.5米内，没有遮挡物，至建筑物送风口边的水平1米，水平安装，在助燃剂为汽油模拟火场环境中进行实验，实验温度为900℃.得到如下结果，从氧化增重率可见，20分钟时合金的氧化增重率与空气中有明显差别，为空气中增重率的2倍以上。环境中液体可燃物存在时合金表面有深绿色的铜绿(Cu2(OH)2CO3)；而在空气中氧化时合金表面只生成黑色的氧化铜(CuO)及鲜红色的氧化亚(Cu2O)。可明显检出助燃剂的存在。参见图2、图3。
实施例3：试样尺寸为Φ30mm×3mm,样品经丙酮和酒精清洗，预先称重后放入火场环境中液体可燃物装置，并按至墙壁水平距离1米，装置周围0.5米内，没有遮挡物，至建筑物送风口边的水平1米，水平安装，在助燃剂为汽油模拟火场环境中进行实验，实验温度为1000℃.得到如下结果，，从氧化增重率可见，20分钟时合金的氧化增重率与空气中有明显差别，为空气中增重率的2倍以上。环境中液体可燃物存在时合金表面有深绿色的铜绿(Cu2(OH)2CO3)；而在空气中氧化时合金表面只生成黑色的氧化铜(CuO)及鲜红色的氧化亚(Cu2O)。可明显检出助燃剂的存在。参见图3。
实施例4：试样尺寸为Φ40mm×4mm,样品经丙酮和酒精清洗，预先称重后放入火场环境中液体可燃物装置，并按至墙壁水平距离1米，装置周围0.5米内，没有遮挡物，至建筑物送风口边的水平1米，水平安装，在助燃剂为乙醇模拟火场环境中进行实验，实验温度为900℃.得到如下结果，从氧化增重率可见，20分钟时合金的氧化增重率与空气中有明显差别，为空气中增重率的2倍以上。环境中液体可燃物存在时合金表面有深绿色的铜绿(Cu2(OH)2CO3)；而在空气中氧化时合金表面只生成黑色的氧化铜(CuO)及鲜红色的氧化亚(Cu2O)。可明显检出助燃剂的存在。参见图4。
实施例5：试样尺寸为Φ40mm×4mm,样品经丙酮和酒精清洗，预先称重后放入火场环境中液体可燃物装置，并按至墙壁水平距离1米，装置周围0.5米内，没有遮挡物，至建筑物送风口边的水平1米，水平安装，在助燃剂为乙醇模拟火场环境中进行实验，实验温度为1000℃.得到如下结果，，从氧化增重率可见，20分钟时合金的氧化增重率与空气中有明显差别，为空气中增重率的2倍以上。环境中液体可燃物存在时合金表面有深绿色的铜绿(Cu2(OH)2CO3)；而在空气中氧化时合金表面只生成黑色的氧化铜(CuO)及鲜红色的氧化亚(Cu2O)。可明显检出助燃剂的存在。参见图6。
实施例6：试样尺寸为Φ50mm×4mm,样品经丙酮和酒精清洗，预先称重后放入火场环境中液体可燃物装置，并按至墙壁水平距离1米，装置周围0.5米内，没有遮挡物，至建筑物送风口边的水平2米，水平安装，在助燃剂为煤油模拟火场环境中进行实验，实验温度为900℃.得到如下结果，从氧化增重率可见，20分钟时合金的氧化增重率与空气中有明显差别，为空气中增重率的2倍以上。环境中液体可燃物存在时合金表面有深绿色的铜绿(Cu2(OH)2CO3)；而在空气中氧化时合金表面只生成黑色的氧化铜(CuO)及鲜红色的氧化亚(Cu2O)。可明显检出助燃剂的存在。参见图7、图8。
实施例7：试样尺寸为Φ50mm×4mm,样品经丙酮和酒精清洗，预先称重后放入火场环境中液体可燃物装置，至墙壁水平距离1米，装置周围0.5米内，没有遮挡物，至建筑物送风口边的水平2米，水平安装，在助燃剂为煤油模拟火场环境中进行实验，实验温度为1000℃,得到如下结果，从氧化增重率可见，20分钟时合金的氧化增重率与空气中有明显差别，为空气中增重率的2倍以上。环境中液体可燃物存在时合金表面有深绿色的铜绿(Cu2(OH)2CO3)；而在空气中氧化时合金表面只生成黑色的氧化铜(CuO)及鲜红色的氧化亚(Cu2O)。可明显检出助燃剂的存在。参见图9。
实施例8，Cu在700℃时在空气、汽油中的增重原理简图参见附图10。
实施例9-16，Cu在700℃、600℃、300℃时在空气、汽油、乙醇、煤油中的增重情况，参见图11-图19。
实施例17-20，Fe在400℃、600℃、800℃、900℃时在空气、汽油、乙醇、煤油中的增重情况，参见图20-图25。
实施例21-29，Al在700℃、600℃、300℃时在空气、汽油、乙醇、煤油中的增重情况，参见图26-图34。
本发明要求保护的范围并不仅限于实施例1-29，图1-34所表述的内容，其他金属、其他液体可燃物，其他温度条件下氧化增重都可能借助于增重法进行较为可靠有效的可燃物检测和判断。

Claims (9)

1.一种火场环境中液体可燃物的检测方法，其特征在于：选用火灾现场的金属材料，经精确称重后放入实验容器中，通过对其中金属材料受火灾影响后的增重检测，以确定是否该火灾是由液体可燃物引起的。
2.按权利要求1所述火场环境中液体可燃物的检测方法，其特征在于：
所述火场环境中液体可燃物的检测方法具体为重量法，即：使金属材料经高温和腐蚀介质作用后，比较腐蚀前后材料的重量变化从而确定腐蚀速度，以确定是否存在可燃物；
如果测试得知腐蚀后材料的增重率数值为同等测试温度和时间条件下空气中增重率数值的2倍或以上；则判断火场环境中存在液体可燃物。
3.按权利要求2所述火场环境中液体可燃物的检测方法，其特征在于：所述金属材料具体为下述三者之一或其组合：Cu、Fe、Al；
所述作用于金属材料的高温为250-1050℃。
4.按权利要求3所述火场环境中液体可燃物的检测方法，其特征在于：
所述火场环境中液体可燃物的检测方法满足下述要求之一或其组合：
其一，当所述金属材料具体为Cu，所述作用于金属材料的高温为900±50℃；若测试得知腐蚀后材料的增重率数值为同等测试温度和时间条件下空气中增重率数值的3倍或以上；则判断火场环境中可能存在的液体可燃物为汽油；若测试得知腐蚀后材料的增重率数值为同等测试温度和时间条件下空气中增重率数值的2-3倍，则判断火场环境中可能存在的液体可燃物为乙醇或/和煤油；
其二，当所述金属材料具体为Fe，所述作用于金属材料的高温为600-900℃；若测试得知腐蚀后材料的增重率数值为同等测试温度和时间条件下空气中增重率数值的7倍或以上；则判断火场环境中可能存在的液体可燃物为汽油；若测试得知腐蚀后材料的增重率数值为同等测试温度和时间条件下空气中增重率数值的2-6倍，则判断火场环境中可能存在的液体可燃物为乙醇或/和煤油；
其三，当所述金属材料具体为Al，所述作用于金属材料的高温为550-750℃；若测试得知腐蚀后材料的增重率数值为同等测试温度和时间条件下空气中增重率数值的3倍或以上；则判断火场环境中可能存在的液体可燃物为汽油；若测试得知腐蚀后材料的增重率数值为同等测试温度和时间条件下空气中增重率数值的2-3倍，则判断火场环境中可能存在的液体可燃物为乙醇或/和煤油。
5.按权利要求1-4其中之一所述火场环境中液体可燃物的检测方法，其特征在于：
选定金属材料，然后经特定的热处理方法制得粗坯，之后通过特殊的热处理和机加工工艺使之满足特定的形状并具有合适的表面光洁度，经精确称重后放入特殊容器中，当有火灾发生时通过对其中金属材料的增重率检测，即能确定该火灾是否是由液体可燃物引起的；具体说明如下：
①所述特定的金属材料具体为满足下述成分和含量要要求的合金：Cu：70-75％,Ni：20-25％,Al：1-5％,Fe：1-3％,Co<1％；
②上述的经特定的热处理方法制得粗坯的具体要求是：合金采用中频感应电炉熔炼，炉衬采用酸性炉衬，熔炼时使用玻璃覆盖；之后再铸造浇注温度1450～1480℃下铸造成型获得粗坯；
③之后粗坯还要求经过下述热处理过程：升温到800±10℃后保温1小时，然后升温到1000±10℃后保温1小时，之后随炉冷却；然后进行机械加工的粗加工操作；
④之后进行下述热处理过程：升温到700±10℃后保温1小时，然后降温到600±10℃后保温1小时，之后随炉冷却；然后进行机械加工的精加工操作；精加工后获得的金属试样为圆片型结构件，其直径为30-80mm,厚度3-5mm，中间钻孔尺寸为Φ5mm，表面光洁度要求为R1.6；
⑤将经过上述过程得到的精加工后的金属试样放入装置容器中，该容器至少具有两个相邻且相互独立的空间，其中一空间与外界气氛相连通，另一空间充满空气并与外界隔离；
所述装置容器本身的材质为镍基高温合金，装置容器形状为长方体或者圆柱体，其中每一空间体积不小于0.03m3，要求其能够抵受不低于2吨的撞击力,在1100℃高温下5小时不会受损，在不低于3Mpa的静水压力下不产生渗漏；
⑥装置容器的安装应满足：至墙壁、梁边的水平距离不应小于1米；装置周围0.5米内不应有遮挡物；至建筑物送风口边的水平距离不应小于1米；该装置设置在建筑物宽度小于3米的内走道顶棚上时应居中布置；该装置之间的安装间距不应超过10米，装置距端缝的距离不应大于装置安装间距的一半；装置要求优先水平安装，当必须倾斜安装时，倾斜角度不大于45度。
6.按权利要求1-4其中之一所述火场环境中液体可燃物的检测方法，其特征在于：所述火场环境中液体可燃物的检测方法，是在增重检测的基础上辅以金属材料表面氧化物的检测，根据金属材料表面氧化物的形态、晶体结构判断是否存在液体可燃物；
所依据的原理是：火场高温环境中由于燃料气氛的加入其在金属材料表面形成的氧化物存在特异性，其与在空气气氛中形成在金属材料表面的氧化物不同；从而影响了高温下金属材料表面氧化物形成的条件。
7.按权利要求6所述火场环境中液体可燃物的检测方法，其特征在于：所述火场环境中液体可燃物的检测方法中，金属材料表面氧化物使用X射线衍射分析检出。
8.按权利要求5所述火场环境中液体可燃物的检测方法，其特征在于：所述火场环境中液体可燃物的检测方法，是在增重检测的基础上辅以金属材料表面氧化物的检测，根据金属材料表面氧化物的形态、晶体结构判断是否存在液体可燃物；
所依据的原理是：火场高温环境中由于燃料气氛的加入其在金属材料表面形成的氧化物存在特异性，其与在空气气氛中形成在金属材料表面的氧化物不同；从而影响了高温下金属材料表面氧化物形成的条件。
9.按权利要求8所述火场环境中液体可燃物的检测方法，其特征在于：所述火场环境中液体可燃物的检测方法中，金属材料表面氧化物使用X射线衍射分析检出。
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