CN110455850B - 泡沫流体热稳定性测试装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种泡沫流体热稳定性测试装置及方法，主要解决现有技术中不能模拟火场高温环境进行泡沫热稳定性能测试的问题。本发明通过采用一种泡沫流体热稳定性测试装置，包括箱体模块、泡沫盛载模块、加热模块、测温模块、观测模块，其中箱体模块包括耐火材料、开启铰链、开启支撑架；泡沫盛载模块包括石英玻璃器皿、排液阀门；加热模块包括硅碳棒加热体、耐火材料、温控仪表、按钮开关、控制柜；测温模块包括热电偶、热电偶防护罩、记录仪；观测模块包括石英玻璃观察窗、石英玻璃固定法兰的技术方案较好地解决了上述问题，可用于灭火泡沫的热稳定性和抗复燃特性中。

Description

泡沫流体热稳定性测试装置及方法

技术领域

本发明涉及一种泡沫流体热稳定性测试装置及方法，属于消防安全技术领域，能够用于测试和评价灭火泡沫的热稳定性和抗复燃特性，属于消防安全技术领域。

背景技术

水成膜泡沫是当前用于灭油类火灾的主要灭火剂。泡沫覆盖在油面上，通过阻断油面与外界的氧气和热流传输实现灭火。泡沫在油面覆盖灭火与灭火后抗复燃的能力，与泡沫的热稳定性有关。在泡沫灭火剂研发阶段，需要对泡沫灭火剂发泡后的热稳定性进行测试，评估泡沫灭火剂产生泡沫的质量。当前，市场上尚没有专门针对泡沫热稳定性测试的仪器和装置。

专利CN107478671A“三相泡沫发泡倍数和油面稳定性测试系统及其测试方法”，能够三相泡沫的发泡倍数和常温下的油面稳定性进行测试，主要通过带刻度无底量筒和分液漏斗等进行测试。该专利所涉及装置不能测试高温环境下泡沫的热稳定性及其内部温度场。

故在泡沫灭火剂研发和泡沫测试阶段，需要一种方便可靠的泡沫热稳定性测试装置，用以评估泡沫在高温环境下的稳定性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题之一是现有技术中不能模拟火场高温环境进行泡沫热稳定性能测试的问题，提供一种新的泡沫流体热稳定性测试装置，具有能够模拟火场高温环境进行泡沫热稳定性能测试的优点。本发明所要解决的技术问题之二是提供一种与解决的技术问题之一相对应的泡沫流体热稳定性测试方法。

为解决上述问题之一，本发明采用的技术方案如下：一种泡沫流体热稳定性测试装置，包括箱体模块、泡沫盛载模块、加热模块、测温模块、观测模块，其中箱体模块包括耐火材料、开启铰链、开启支撑架；泡沫盛载模块包括石英玻璃器皿、排液阀门；加热模块包括硅碳棒加热体、耐火材料、温控仪表、按钮开关、控制柜；测温模块包括热电偶、热电偶防护罩、记录仪；观测模块包括石英玻璃观察窗、石英玻璃固定法兰；硅碳棒加热体位于耐火材料内，热电偶位于热电偶保护罩内，一端深入石英玻璃器皿中，石英玻璃器皿位于耐火材料内，石英玻璃器皿底部与排液阀门相连。

上述技术方案中，优选地，装置为井式结构即顶端开口式，开启铰链和开启支撑架联合作用开启箱门。

上述技术方案中，优选地，石英玻璃器皿为透明材质，表面刻有量度，能够读取内部流体的体积，直径为10-20cm，高度为15-25cm。

上述技术方案中，优选地，通过排液阀控制和排放石英玻璃器皿中的油、水或泡沫析出的流体。

上述技术方案中，优选地，硅碳棒加热体为大功率加热器件，能够在短时间内将装置内环境温度加热到1000℃以上；温控仪表能够根据设定加热功率值，自动调控装置的加热功率。

上述技术方案中，优选地，热电偶至少有五个，能够测量石英玻璃器皿中不同深度流体的温度。

上述技术方案中，优选地，石英玻璃观察窗为圆形，直径为8～15cm。

上述技术方案中，优选地，温控仪表、按钮开关、记录仪设置在控制柜面板上。

为解决上述问题之二，本发明采用的技术方案如下：一种泡沫流体热稳定性测试方法，采用所述的测试装置，包括如下步骤：(1)关闭排液阀，配置好需要测量的泡沫流体；(2)首先在石英玻璃器皿中倒入一定容积的水，然后在水的上方倒入一层油，最后在油层上方倒入配置好的泡沫流体；调整热电偶在竖直方向上的位置，在石英玻璃观察窗外面布置摄像机，开启记录仪；(3)打开按钮开关，通过温控仪表设定加热功率，等待泡沫上方环境升温；记录仪实施记录热电偶温度，在石英玻璃观察窗外面观察泡沫层的变化，泡沫层上方在高温环境下快速蒸发，下方不断析液，整体泡沫层不断消解；当泡沫层消解到原来的1/3时，或者泡沫层与油界面上温度超过100℃时，停止加热；(4)待装置里面的温度自然冷却后，开启箱门，打开排液阀，排除石英玻璃器皿中的水、油和泡沫残液，对石英玻璃器皿进行清洗。

上述技术方案中，优选地，步骤(2)中，首先在石英玻璃器皿中倒入一半容积的水，然后在水的上方倒入一层油，最后在油层上方倒入配置好的泡沫流体，泡沫流体厚度为3-10cm；调整热电偶在竖直方向上的位置，使得热电偶一个在石英玻璃器皿内下方的水中，一个在油中，一个在泡沫与油的界面上，一个在泡沫中，一个在泡沫的上表面。

当前现有专利的泡沫稳定性测试装置为冷态常温下的测试，不能模拟火场高温环境，并进行泡沫热稳定性能测试。本专利涉及装置能够测试高温环境下泡沫热稳定性，也能进行常温下泡沫稳定性测试，涵盖泡沫稳定性系列性能测试。本专利提出一种模拟高温环境并对泡沫进行稳定性测试的装置，能够连续测试泡沫在高温环境下的析液过程，并在线获取泡沫层内温度分布，取得了较好的技术效果。

附图说明

图1为本发明所述装置的剖视图。

图2为本发明所述装置的正视图。

图1、图2中，1热电偶，2热电偶防护罩，3硅碳棒加热体，4耐火材料，5电流电压表，6温控仪表，7按钮开关，8记录仪，9控制柜，10石英玻璃器皿，11排液阀，12开启铰链，13开启支撑架，14石英玻璃观察窗，15石英玻璃固定法兰。

下面通过实施例对本发明作进一步的阐述，但不仅限于本实施例。

具体实施方式

【实施例1】

一种泡沫流体热稳定性测试装置及方法，如图1、图2所示，主要包括箱体模块、泡沫盛载模块、加热模块、测温模块、观测模块等。其中箱体模块主要包括耐火材料、开启铰链、开启支撑架等，装置为井式结构即顶端开口式，开启铰链和开启支撑架联合作用开启箱门。泡沫盛载模块主要包括石英玻璃器皿、放液阀门等，石英玻璃器皿为透明材质，表面刻有量度，能够读取内部流体的体积，直径为10cm，高度为15cm；排液阀用来控制排放石英玻璃器皿中的油、水或泡沫析出的流体等。加热模块主要包括硅碳棒加热体、耐火材料、温控仪表、按钮开关、控制柜等，其中硅碳棒加热体为大功率加热器件，能够在短时间内将装置内环境温度加热到1000℃以上；温控仪表能够根据设定加热功率值，自动调控装置的加热功率。测温模块主要包括热电偶、热电偶防护罩、记录仪等，其中热电偶有五个，能够测量石英玻璃器皿中不同深度流体的温度。观测模块主要包括石英玻璃观察窗、石英玻璃固定法兰，石英玻璃观察窗为圆形，直径为10cm。

本专利提供的泡沫流体热稳定性测试装置能够模拟火焰周围的高温环境，对泡沫流体的热稳定性进行测试，并实时记录测试结果。

装置为井式结构，即门设置在装置的顶端。石英玻璃器皿能够从装置上部的门口取出，方便清洗和更换。

泡沫流体热稳定性测试分为三个阶段，第一阶段是准备阶段，第二阶段是流体布置阶段，第三阶段是测试阶段，第四阶段是结束整理。在第一阶段，关闭排液阀；配置好需要测量的泡沫流体。在第二阶段，首先在石英玻璃器皿中倒入一半容积的水，然后在水的上方倒入一层油，最后在油层上方倒入配置好的泡沫流体，泡沫流体厚度为3cm。调整五个热电偶在竖直方向上的位置，一个在石英玻璃器皿内下方的水中，一个在油中，一个在泡沫与油的界面上，一个在泡沫中，一个在泡沫的上表面。在石英玻璃观察窗外面布置摄像机，作拍摄用。开启记录仪，做五个热电偶温度点的数据采集。在第三阶段，打开按钮开关，通过温控仪表设定加热功率，等待泡沫上方环境升温。记录仪实施记录热电偶温度。在石英玻璃观察窗外面观察泡沫层的变化，泡沫层上方在高温环境下快速蒸发，下方不断析液，整体泡沫层不断消解。可通过摄像机记录详细过程。当泡沫层消解到原来的1/3时，或者泡沫层与油界面上温度超过100℃时，应该停止加热。在第四阶段，带装置里面的温度自然冷却到接近常温后，再开启箱门。打开排液阀，可排除石英玻璃器皿中的水、油和泡沫残液。之后可对石英玻璃器皿进行清洗。

【实施例2】

一种泡沫流体热稳定性测试装置及方法，如图1、图2所示，主要包括箱体模块、泡沫盛载模块、加热模块、测温模块、观测模块等。其中箱体模块主要包括耐火材料、开启铰链、开启支撑架等，装置为井式结构即顶端开口式，开启铰链和开启支撑架联合作用开启箱门。泡沫盛载模块主要包括石英玻璃器皿、放液阀门等，石英玻璃器皿为透明材质，表面刻有量度，能够读取内部流体的体积，直径为20cm，高度为25cm；排液阀用来控制排放石英玻璃器皿中的油、水或泡沫析出的流体等。加热模块主要包括硅碳棒加热体、耐火材料、温控仪表、按钮开关、控制柜等，其中硅碳棒加热体为大功率加热器件，能够在短时间内将装置内环境温度加热到1000℃以上；温控仪表能够根据设定加热功率值，自动调控装置的加热功率。测温模块主要包括热电偶、热电偶防护罩、记录仪等，其中热电偶有五个，能够测量石英玻璃器皿中不同深度流体的温度。观测模块主要包括石英玻璃观察窗、石英玻璃固定法兰，石英玻璃观察窗为圆形，直径为10cm。

本专利提供的泡沫流体热稳定性测试装置能够模拟火焰周围的高温环境，对泡沫流体的热稳定性进行测试，并实时记录测试结果。

装置为井式结构，即门设置在装置的顶端。石英玻璃器皿能够从装置上部的门口取出，方便清洗和更换。

泡沫流体热稳定性测试分为三个阶段，第一阶段是准备阶段，第二阶段是流体布置阶段，第三阶段是测试阶段，第四阶段是结束整理。在第一阶段，关闭排液阀；配置好需要测量的泡沫流体。在第二阶段，首先在石英玻璃器皿中倒入一半容积的水，然后在水的上方倒入一层油，最后在油层上方倒入配置好的泡沫流体，泡沫流体厚度为10cm。调整五个热电偶在竖直方向上的位置，一个在石英玻璃器皿内下方的水中，一个在油中，一个在泡沫与油的界面上，一个在泡沫中，一个在泡沫的上表面。在石英玻璃观察窗外面布置摄像机，作拍摄用。开启记录仪，做五个热电偶温度点的数据采集。在第三阶段，打开按钮开关，通过温控仪表设定加热功率，等待泡沫上方环境升温。记录仪实施记录热电偶温度。在石英玻璃观察窗外面观察泡沫层的变化，泡沫层上方在高温环境下快速蒸发，下方不断析液，整体泡沫层不断消解。可通过摄像机记录详细过程。当泡沫层消解到原来的1/3时，或者泡沫层与油界面上温度超过100℃时，应该停止加热。在第四阶段，带装置里面的温度自然冷却到接近常温后，再开启箱门。打开排液阀，可排除石英玻璃器皿中的水、油和泡沫残液。之后可对石英玻璃器皿进行清洗。

【实施例3】

一种泡沫流体热稳定性测试装置及方法，如图1、图2所示，主要包括箱体模块、泡沫盛载模块、加热模块、测温模块、观测模块等。其中箱体模块主要包括耐火材料、开启铰链、开启支撑架等，装置为井式结构即顶端开口式，开启铰链和开启支撑架联合作用开启箱门。泡沫盛载模块主要包括石英玻璃器皿、放液阀门等，石英玻璃器皿为透明材质，表面刻有量度，能够读取内部流体的体积，直径为15cm，高度为20cm；排液阀用来控制排放石英玻璃器皿中的油、水或泡沫析出的流体等。加热模块主要包括硅碳棒加热体、耐火材料、温控仪表、按钮开关、控制柜等，其中硅碳棒加热体为大功率加热器件，能够在短时间内将装置内环境温度加热到1000℃以上；温控仪表能够根据设定加热功率值，自动调控装置的加热功率。测温模块主要包括热电偶、热电偶防护罩、记录仪等，其中热电偶有五个，能够测量石英玻璃器皿中不同深度流体的温度。观测模块主要包括石英玻璃观察窗、石英玻璃固定法兰，石英玻璃观察窗为圆形，直径为10cm。

本专利提供的泡沫流体热稳定性测试装置能够模拟火焰周围的高温环境，对泡沫流体的热稳定性进行测试，并实时记录测试结果。

装置为井式结构，即门设置在装置的顶端。石英玻璃器皿能够从装置上部的门口取出，方便清洗和更换。

泡沫流体热稳定性测试分为三个阶段，第一阶段是准备阶段，第二阶段是流体布置阶段，第三阶段是测试阶段，第四阶段是结束整理。在第一阶段，关闭排液阀；配置好需要测量的泡沫流体。在第二阶段，首先在石英玻璃器皿中倒入一半容积的水，然后在水的上方倒入一层油，最后在油层上方倒入配置好的泡沫流体，泡沫流体厚度为5cm。调整五个热电偶在竖直方向上的位置，一个在石英玻璃器皿内下方的水中，一个在油中，一个在泡沫与油的界面上，一个在泡沫中，一个在泡沫的上表面。在石英玻璃观察窗外面布置摄像机，作拍摄用。开启记录仪，做五个热电偶温度点的数据采集。在第三阶段，打开按钮开关，通过温控仪表设定加热功率，等待泡沫上方环境升温。记录仪实施记录热电偶温度。在石英玻璃观察窗外面观察泡沫层的变化，泡沫层上方在高温环境下快速蒸发，下方不断析液，整体泡沫层不断消解。可通过摄像机记录详细过程。当泡沫层消解到原来的1/3时，或者泡沫层与油界面上温度超过100℃时，应该停止加热。在第四阶段，带装置里面的温度自然冷却到接近常温后，再开启箱门。打开排液阀，可排除石英玻璃器皿中的水、油和泡沫残液。之后可对石英玻璃器皿进行清洗。

【实施例4】

一种泡沫流体热稳定性测试装置及方法，如图1、图2所示，主要包括箱体模块、泡沫盛载模块、加热模块、测温模块、观测模块等。其中箱体模块主要包括耐火材料、开启铰链、开启支撑架等，装置为井式结构即顶端开口式，开启铰链和开启支撑架联合作用开启箱门。泡沫盛载模块主要包括石英玻璃器皿、放液阀门等，石英玻璃器皿为透明材质，表面刻有量度，能够读取内部流体的体积，直径为18cm，高度为17cm；排液阀用来控制排放石英玻璃器皿中的油、水或泡沫析出的流体等。加热模块主要包括硅碳棒加热体、耐火材料、温控仪表、按钮开关、控制柜等，其中硅碳棒加热体为大功率加热器件，能够在短时间内将装置内环境温度加热到1000℃以上；温控仪表能够根据设定加热功率值，自动调控装置的加热功率。测温模块主要包括热电偶、热电偶防护罩、记录仪等，其中热电偶有五个，能够测量石英玻璃器皿中不同深度流体的温度。观测模块主要包括石英玻璃观察窗、石英玻璃固定法兰，石英玻璃观察窗为圆形，直径为10cm。

本专利提供的泡沫流体热稳定性测试装置能够模拟火焰周围的高温环境，对泡沫流体的热稳定性进行测试，并实时记录测试结果。

装置为井式结构，即门设置在装置的顶端。石英玻璃器皿能够从装置上部的门口取出，方便清洗和更换。

泡沫流体热稳定性测试分为三个阶段，第一阶段是准备阶段，第二阶段是流体布置阶段，第三阶段是测试阶段，第四阶段是结束整理。在第一阶段，关闭排液阀；配置好需要测量的泡沫流体。在第二阶段，首先在石英玻璃器皿中倒入一半容积的水，然后在水的上方倒入一层油，最后在油层上方倒入配置好的泡沫流体，泡沫流体厚度为8cm。调整五个热电偶在竖直方向上的位置，一个在石英玻璃器皿内下方的水中，一个在油中，一个在泡沫与油的界面上，一个在泡沫中，一个在泡沫的上表面。在石英玻璃观察窗外面布置摄像机，作拍摄用。开启记录仪，做五个热电偶温度点的数据采集。在第三阶段，打开按钮开关，通过温控仪表设定加热功率，等待泡沫上方环境升温。记录仪实施记录热电偶温度。在石英玻璃观察窗外面观察泡沫层的变化，泡沫层上方在高温环境下快速蒸发，下方不断析液，整体泡沫层不断消解。可通过摄像机记录详细过程。当泡沫层消解到原来的1/3时，或者泡沫层与油界面上温度超过100℃时，应该停止加热。在第四阶段，带装置里面的温度自然冷却到接近常温后，再开启箱门。打开排液阀，可排除石英玻璃器皿中的水、油和泡沫残液。之后可对石英玻璃器皿进行清洗。

【实施例5】

配置200mL泡沫液。若采用3％型的水成膜泡沫灭火剂，将6mL的3％浓度水成膜泡沫灭火剂原液与194mL去离子水混合，制成泡沫液；若采用6％浓度水成膜泡沫灭火剂，将12mL的6％浓度水成膜泡沫灭火剂原液与188mL去离子水混合，制成泡沫液。将泡沫液倒入搅拌器中，以8000-12000rpm转速搅拌产生泡沫。石英玻璃器皿(10)下层铺设50mm水层，然后上面铺设10mm油层。将搅拌器产生的泡沫倒入热稳定性测试装置的石英玻璃器皿(10)中，然后将石英玻璃器皿(10)放入到装置内部舱室。关闭排液阀(11)。通过控制柜(9)，开启硅碳棒加热体(3)，对装置内部舱室进行辐射加热。调控电流电压表(5)，使得石英玻璃器皿(10)上方空间温度为800℃左右。通过热电偶(1)和记录仪(8)，记录石英玻璃器皿(10)上方以及泡沫层中不同深度位置的温度随时间的变化。观察泡沫层的析液过程，以及析液速率，通过记录析出液体层的厚度来观察析液时间。

【比较例】

CN106526140B涉及一种评价泡沫油油气表面稳定性的实验装置，包括可视实验腔、与所述可视实验腔相连的气体管路、设置在所述可视实验腔内的用于液膜形成的圆环、在所述可视实验腔内还设置有加热器、图像采集部和用于控制、监测可视实验腔内温度、压力及圆环运动速度的控制器。本发明使用电脑，控制器实现自动控制测量，操作方便，测量精确。此外，本发明可以通过图像采集窗观察液膜的生成，破裂过程，记录液膜形成到破裂的时间，从而定量评价泡沫油油气表面的稳定性，揭示温度、压力、气体类型以及原油类型等参数对泡沫油油气表面稳定性的影响规律。该专利是针对泡沫油油气表面稳定性的测试装置，主要对泡沫油进行加热，观察泡沫油中液膜的破裂过程及破裂速率。

而本发明的装置在泡沫中沿不同深度布置的多个热电偶，能够同时测量泡沫层中不同深度位置的温度，从而系统评价泡沫层的绝热性能，还能够发现泡沫外层在外界环境加热下不断蒸发，泡沫层不断变薄的过程，分析泡沫在高温环境下的消退过程及速率。

显然，本专利提供的泡沫流体热稳定性测试装置，能够测试不同类型泡沫的冷态稳定性和高温环境下热稳定性，加液和排液便捷，操作安全，数据可靠，维护方便。

Claims (8)

1.一种泡沫流体热稳定性测试方法，采用如下的测试装置进行，所述测试装置包括箱体模块、泡沫盛载模块、加热模块、测温模块、观测模块，其中箱体模块包括耐火材料、开启铰链、开启支撑架；泡沫盛载模块包括石英玻璃器皿、排液阀门；加热模块包括硅碳棒加热体、耐火材料、温控仪表、按钮开关、控制柜；测温模块包括热电偶、热电偶防护罩、记录仪；观测模块包括石英玻璃观察窗、石英玻璃固定法兰；硅碳棒加热体位于耐火材料内，热电偶位于热电偶保护罩内，一端深入石英玻璃器皿中，石英玻璃器皿位于耐火材料内，石英玻璃器皿底部与排液阀门相连，

所述方法包括如下步骤：

(1)关闭排液阀，配置好需要测量的泡沫流体；

(2)首先在石英玻璃器皿中倒入一半容积的水，然后在水的上方倒入一层油，最后在油层上方倒入配置好的泡沫流体，泡沫流体厚度为3-10cm；调整热电偶在竖直方向上的位置，使得热电偶一个在石英玻璃器皿内下方的水中，一个在油中，一个在泡沫与油的界面上，一个在泡沫中，一个在泡沫的上表面；在石英玻璃观察窗外面布置摄像机，开启记录仪；

(3)打开按钮开关，通过温控仪表设定加热功率，等待泡沫上方环境升温；记录仪实施记录热电偶温度，在石英玻璃观察窗外面观察泡沫层的变化，泡沫层上方在高温环境下快速蒸发，下方不断析液，整体泡沫层不断消解；当泡沫层消解到原来的1/3时，或者泡沫层与油界面上温度超过100℃时，停止加热；

(4)待装置里面的温度自然冷却后，开启箱门，打开排液阀，排除石英玻璃器皿中的水、油和泡沫残液，对石英玻璃器皿进行清洗。

2.根据权利要求1所述的泡沫流体热稳定性测试方法，其特征在于，所述装置为井式结构即顶端开口式，开启铰链和开启支撑架联合作用开启箱门。

3.根据权利要求1所述的泡沫流体热稳定性测试方法，其特征在于，石英玻璃器皿为透明材质，表面刻有量度，能够读取内部流体的体积，直径为10-20cm，高度为15-25cm。

4.根据权利要求1所述的泡沫流体热稳定性测试方法，其特征在于，通过排液阀控制和排放石英玻璃器皿中的油、水或泡沫析出的流体。

5.根据权利要求1所述的泡沫流体热稳定性测试方法，其特征在于，硅碳棒加热体为大功率加热器件，能够在短时间内将装置内环境温度加热到1000℃以上；温控仪表能够根据设定加热功率值，自动调控装置的加热功率。

6.根据权利要求1所述的泡沫流体热稳定性测试方法，其特征在于，热电偶至少有五个，能够测量石英玻璃器皿中不同深度流体的温度。

7.根据权利要求1所述的泡沫流体热稳定性测试方法，其特征在于，石英玻璃观察窗为圆形，直径为8～15cm。

8.根据权利要求1所述的泡沫流体热稳定性测试方法，其特征在于，温控仪表、按钮开关、记录仪设置在控制柜面板上。

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