CN110686947B - 一种高沸点气体灭火剂相容性测试装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种高沸点气体灭火剂相容性测试装置及方法，包括浸泡容器，所述浸泡容器并联有三条支路：第一支路与高压氮气容器连接，第二支路与真空泵连接，第三支路与搅拌釜连接；所述搅拌釜并联有三条进料支路：第一进料支路与灭火剂容器连接，第二进料支路与纯净水容器连接，第三进料支路与低压氮气容器连接。本发明能够满足高沸点气体灭火剂的测试需要，提供高低温、高低压的交变测试条件，并具有良好的精度。

Description

一种高沸点气体灭火剂相容性测试装置及方法

技术领域

本发明属于灭火剂相容性测试领域，尤其是涉及高沸点气体灭火剂相容性测试装置及方法。

背景技术

七氟丙烷是一种HFC类灭火剂，其灭火技术是国防领域广泛采用的消防安全防护手段，同时在重要的工业、民用建筑领域中也得到广泛应用。根据3C消防产品销售流量数据显示，我国每年使用七氟丙烷灭火剂超过10000吨，设置七氟丙烷灭火系统超过10万处。

由于2016年10月15日，在卢旺达首都基加利召开的《蒙特利尔议定书》第28次缔约方大会以协商一致的方式，达成了历史性的限控温室气体氢氟烃(HFC)的修正案，即基加利修正案。在该修正案上，我国承诺从2024年开始冻结使用七氟丙烷，作为七氟丙烷最大的生产国、使用国和出口国，新型低GWP和低ODP值的新型灭火剂替代技术已成为当务之急。目前世界上唯一满足基加利协议的气体灭火剂产品为全氟己酮(Novec1230)灭火剂，同时正在研究的替代灭火剂还有HCFO-1233zd和HFO-1336灭火剂，上述三种灭火剂均为高沸点的气体灭火剂(常压下沸点均大于0℃)，根据现有的气体灭火剂应用技术，均须高压贮存，因此橡胶密封件和金属高压容器与灭火剂的相容性将直接影响其实际密封及安全性能。

在研究相容性时，橡胶和金属会发生物理老化和化学老化，其中物理老化是可逆的，如溶胀、松弛、结晶等，而化学老化是不可逆的，如改性、腐蚀等。目前国内外虽然开展了不同溶液的相容性研究，但均未有针对新型高沸点气体灭火剂进行的研究。由于在不同的应用部位，根据其老化程度及方式不同，相容性要求也不一样，因此为了应对国际环保新形势，进行橡胶和金属与高沸点灭火剂相容性研究对于开展后续的新型高沸点气体灭火剂工程化应用至关重要。

现有灭火剂相容性装置难以满足高沸点气体灭火剂的测试需要，高低温、高低压的交变测试条件或精度问题均有待解决。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高沸点气体灭火剂相容性测试装置及方法，用以解决现有技术中存在的不足。

本发明的高沸点气体灭火剂相容性测试装置，包括浸泡容器，所述浸泡容器并联有三条支路：第一支路与高压氮气容器连接，第二支路与真空泵连接，第三支路与搅拌釜连接；所述搅拌釜并联有三条进料支路：第一进料支路与灭火剂容器连接，第二进料支路与纯净水容器连接，第三进料支路与低压氮气容器连接。

通过上述装置，灭火剂容器中的灭火剂能够与纯净水容器中的纯净水预先在搅拌釜中按照精确的计量比充分混合，然后在低压氮气容器中低压氮气的带动下送入浸泡容器，使浸泡容器中预先设置的橡胶及金属样品进行接触浸泡。真空泵能够预先对系统浸泡容器和搅拌釜内进行抽真空，保证了压力的稳定和测试的可靠。高压氮气容器能够对浸泡容器进行二次加压，保证了高沸点气体灭火剂的高压需求。装置中低压氮气容器一方面能够促进搅拌釜中的灭火剂充分进入浸泡容器发生浸泡，另一方面为系统提供一个良好的预加压环境，气体灭火剂测试初期的稳定性，同时满足一些特定低压条件下的测试需求，再一方面，低压氮气容器能够通过置换对装置内的多余水分进行预先排除；低压氮气容器和高压氮气容器在不同位置的两级加压设置，有效提高了系统高低压交变环境的使用需求，提高检测环境的稳定性以及控制需求，避免压力波动过大导致的检测准确性降低等不良问题。

其中，所述浸泡容器的进出口上设有手动容器阀，与浸泡容器相连的三条支路均通过所述手动容器阀与浸泡容器连接。手动容器阀能够增强人工操控的可靠性，避免因异常情况造成不适当的进料等情况，同时，还能够实现浸泡容器在装置整体上的拆卸，便于将浸泡容器放置于特定的温度环境或设备中。

其中，所述高压氮气容器与浸泡容器之间的连接管路上依次设有压力传感器P1、减压阀J2、电磁阀S4；所述真空泵与浸泡容器之间的连接管路上依次设有压力传感器P2、电磁阀S5；所述搅拌釜与浸泡容器之间的连接管路上设有电磁阀S3；所述灭火剂容器与搅拌釜的连接管路上依次设有蠕动泵和电磁阀S1；所述纯净水容器与搅拌釜的连接管路上设有注射泵；所述低压氮气容器与搅拌釜的连接管路上依次减压阀J1和电磁阀S2。上述管路中各电磁阀实现对其所在管路的开闭，各减压阀实现对低压氮气或高压氮气的压力控制，各压力传感器实现对管道中压力的测量和信号反馈，蠕动泵促使灭火剂自灭火剂容器中输出，注射泵实现对注入搅拌釜中的纯净水配置量的精确控制。进一步，所述真空泵与浸泡容器之间的连接管路上还设有负压传感器P3和一条设有电磁阀S6的支路，电磁阀S6的支路上设有露点仪P4。负压传感器P3反馈抽真空的负压力情况，露点仪P4的加入配合低压氮气容器使得系统内能够排除多余水分的干扰，提高测试精度。

本发明还提供了一种利用上述装置进行测试的方法，包括下述步骤：

S1：将测试样品放入浸泡容器中，通过真空泵对搅拌釜和浸泡容器进行抽真空；

S2：通过低压氮气容器中的低压氮气对搅拌釜和浸泡容器进行水分置换，排除多余水分；

S3：分别通过灭火剂容器和纯净水容器向搅拌釜内按计量注入灭火剂和纯净水，搅拌均匀；

S4：通过低压氮气容器中的低压氮气将搅拌釜内混合后的灭火剂吹入浸泡容器中；对测试样品实现浸泡；

S5：通过高压氮气容器中的高压氮气对浸泡容器进行加压；

S6：根据需要将浸泡容器放入高低温交变试验箱，在高低温交变条件下进行浸泡实验；

S7：浸泡完成后取出测试样品，根据测试样品理化性质获得检测结果。

其中，所述装置安装在20℃±5℃的恒温试验间，步骤S1抽真空至-0.08MPa，所述步骤S2中置换后装置内水分含量低于10ppm，所述步骤S4的低压氮气出口压力为0.5MPa，所述步骤S5的高压氮气出口压力为4.2MPa，所述步骤S6的高低温交变条件为：0℃和50℃，各维持12h依次交替，橡胶测试样品进行7天，金属测试样品进行28天。

其中，橡胶测试样品的测试内容依据GB/T 14832-2008进行，测试参数包括：质量变化率、体积变化率、硬度变化率、拉伸强度变化率、拉断伸长率变化率；金属测试样品的测试参数为腐蚀速率，由下式计算：

式中：R-腐蚀速率，mm/a；

M_t1-测试前的测试样品质量，g；

M_t2-测试后的测试样品质量，g；

M_k1-测试前的空白样品质量，g；

M_k2-测试后的空白样品质量，g；

S-试样的总面积，cm²；

T-试验时间，h；

D-材料的密度，kg/m³。

进一步，测试结果为不相容的判定标准为：橡胶测试样品：质量变化率≤5％、体积变化率≤15％、硬度变化率≤8、拉伸强度变化率≤20％和拉断伸长率变化率≤20％；金属测试样品：腐蚀速率≤0.1mm/a。

相对于现有技术，本发明所述的测试装置和方法具有以下优势：

(1)首次实现了灭火剂微水分含量的精确配置，水分配置最小单位可达10ppm，气体压力也得以精准的有效控制。

(2)首次提供了在高低温交变及高压下的相容性测试内容。

(3)首次确定了橡胶及金属材质与灭火剂相容性的判定标准。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为测试装置结构示意图；

图2为浸泡容器内试管布置。

具体实施方式

为了更好的理解本发明，下面结合具体附图对本发明进行详细描述。

(1)相容性测试方法

①橡胶根据GB/T 528-2009中的规定，样品为哑铃状2型，数量为10个；金属样品尺寸为15mm×5mm×3mm，测试前进行打磨和抛光，数量为10个。

②将浸泡容器、试管、测试样品放进高温箱内进行烘干，温度设置为50℃，持续时间2h。

③橡胶测试样品依据GB/T 14832-2008中的试验方法，选取其中5个样品分别进行拉伸长度及拉断伸长率的测量，取平均值作为该样品测试前的拉伸长度及拉断伸长率，选取另外5个样品分别进行质量、硬度、体积的测量；金属样品分别进行称重，其中5个为空白样品，放入干燥器内，其质量平均值作为空白样品测试前质量M_k1，另外5个为测试样品，其质量平均值作为测试样品测试前质量M_t1。

④将测试样品放入试管中，再将试管放入浸泡容器中，如图2所示，根据灭火剂的类型不同，浸泡容器1可为钢制无缝钢瓶、铝瓶等，将图1中的手动容器阀8安装在浸泡容器1上。

⑤通过图1的纯净水容器6对灭火剂进行水分含量的配置，对浸泡容器1进行灭火剂的充装及加压，加压压力为4.2MPa。

⑥将浸泡容器1放入高低温交变试验箱，设置温度为0℃和50℃，各维持12h，依次交替，橡胶浸泡试验进行7天，金属浸泡试验进行28天。

⑦浸泡结束后，将测试样品从浸泡容器及试管中取出后，用吸水纸吸干测试样品表面的灭火剂后，立即进行相容性测试。

⑧依据GB/T 14832-2008对5个橡胶样品进行相容性测试，包含质量变化率、体积变化率、硬度变化率、拉伸强度变化率和拉断伸长率变化率，均取平均值作为测试后变化率；金属测试样品和空白样品将表面腐蚀部分打磨抛光后进行称重，其平均值分别为测试样品的测试后质量M_t2和空白样品的测试后质量M_k2，腐蚀速率由下式计算，

式中：R-腐蚀速率，mm/a；

M_t1-测试前的测试样品质量，g；

M_t2-测试后的测试样品质量，g；

M_k1-测试前的空白样品质量，g；

M_k2-测试后的空白样品质量，g；

S-试样的总面积，cm²；

T-试验时间，h；

D-材料的密度，kg/m³。

⑨橡胶样品将各变化率取绝对值后，其不相容的判定标准为质量变化率≤5％、体积变化率≤15％、硬度变化率≤8、拉伸强度变化率≤20％和拉断伸长率变化率≤20％；金属样品不相容的判定标准为腐蚀速率≤0.1mm/a。

(2)灭火剂水分配置装置

灭火剂水分配置装置由灭火机容器、低压氮气容器、纯净水容器、高压氮气容器、搅拌釜、电磁阀、注射泵、真空泵、减压阀等组成，装置安装在20℃±5℃的恒温试验间，具体水分配置过程如下：

①浸泡容器抽真空

所有电磁阀都是常闭状态，所有氮气均为高纯氮，打开手动容器阀8和电磁阀S3、S5，打开真空泵3，对浸泡容器1和搅拌釜4同时进行抽真空，负压传感器P3检测到压力达到-0.08MPa时自动停止真空泵3，关闭电磁阀S5。

②置换

设置减压阀J1出口压力为1MPa，开启电磁阀S2进行加压，待压力稳定后，关闭电磁阀S2，开启电磁阀S6进行泄压，氮气携带装置中的多余水分自露点仪P4排出，待压力将为0.1MPa时，关闭电磁阀S6。

③灭火剂配置水分

重复上述过程①②，当露点仪P4测量得到氮气内的水分含量小于10ppm，关闭电磁阀S3，根据药剂水分含量，设置注射泵10注水体积，单位为uL，开启注射泵10，注水完成后打开蠕动泵9和电磁阀S1，向搅拌釜4加入500mL灭火剂，关闭蠕动泵9和电磁阀S1，根据药剂水分含量，设置注射泵10注水体积，单位为uL，启动注射泵10完成注水后，启动搅拌电机，搅拌10min后，停止搅拌。

④灭火剂充装

开启电磁阀S3和电磁阀S2，减压阀J1出口压力设置为0.5MPa，灭火剂被氮气吹入浸泡容器，待压力传感器P2压力稳定后，关闭电磁阀S2和电磁阀S3。

⑤灭火剂加压

打开电磁阀S4，减压阀J2出口压力设置为4.2MPa，待压力传感器P2压力稳定后，关闭电磁阀S4和手动容器阀8。

加压完成后，将浸泡容器1通过手动容器阀8自装置整体上卸下，可以将浸泡容器1方便地置于需要的高温箱内进行温度控制，浸泡完成后，将浸泡容器1泄压打开，取出测试样品进行相关参数测定即可。浸泡容器1及其手动容器阀8、以及装置中涉及的其他部件(如电磁阀、搅拌釜等)可自现有市售产品获得。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种高沸点气体灭火剂相容性测试装置，包括浸泡容器(1)，所述浸泡容器(1)并联有三条支路：第一支路与高压氮气容器(2)连接，第二支路与真空泵(3)连接，第三支路与搅拌釜(4)连接；所述搅拌釜(4)并联有三条进料支路：第一进料支路与灭火剂容器(5)连接，第二进料支路与纯净水容器(6)连接，第三进料支路与低压氮气容器(7)连接。

2.根据权利要求1所述的高沸点气体灭火剂相容性测试装置，其特征在于，所述浸泡容器(1)的进出口上设有手动容器阀(8)，与浸泡容器(1)相连的三条支路均通过所述手动容器阀(8)与浸泡容器(1)连接。

3.根据权利要求1所述的高沸点气体灭火剂相容性测试装置，其特征在于，所述高压氮气容器(2)与浸泡容器(1)之间的连接管路上依次设有压力传感器P1、减压阀J2、电磁阀S4；所述真空泵3与浸泡容器(1)之间的连接管路上依次设有压力传感器P2、电磁阀S5；所述搅拌釜(4)与浸泡容器(1)之间的连接管路上设有电磁阀S3；所述灭火剂容器(5)与搅拌釜(4)的连接管路上依次设有蠕动泵(9)和电磁阀S1；所述纯净水容器(6)与搅拌釜(4)的连接管路上设有注射泵(10)；所述低压氮气容器(7)与搅拌釜(4)的连接管路上依次减压阀J1和电磁阀S2。

4.根据权利要求3所述的高沸点气体灭火剂相容性测试装置，其特征在于，所述真空泵(3)与浸泡容器(1)之间的连接管路上还设有负压传感器P3和一条设有电磁阀S6的支路，电磁阀S6的支路上设有露点仪P4。

5.一种高沸点气体灭火剂相容性测试方法，应用了如权利要求1-4任一所述的高沸点气体灭火剂相容性测试装置，包括下述步骤：

S1：将测试样品放入浸泡容器(1)中，通过真空泵(3)对搅拌釜(4)和浸泡容器(1)进行抽真空；

S2：通过低压氮气容器(7)中的低压氮气对搅拌釜(4)和浸泡容器(1)进行水分置换，排除多余水分；

S3：分别通过灭火剂容器(5)和纯净水容器(6)向搅拌釜(4)内按计量注入灭火剂和纯净水，搅拌均匀；

S4：通过低压氮气容器(7)中的低压氮气将搅拌釜(4)内混合后的灭火剂吹入浸泡容器(1)中；对测试样品实现浸泡；

S5：通过高压氮气容器(2)中的高压氮气对浸泡容器(1)进行加压；

S6：根据需要将浸泡容器(1)放入高低温交变试验箱，在高低温交变条件下进行浸泡实验；

S7：浸泡完成后取出测试样品，根据测试样品理化性质获得检测结果。

6.根据权利要求5所述的高沸点气体灭火剂相容性测试方法，其特征在于，所述装置安装在20℃±5℃的恒温试验间，步骤S1抽真空至-0.08MPa，所述步骤S2中置换后装置内水分含量低于10ppm，所述步骤S4的低压氮气出口压力为0.5MPa，所述步骤S5的高压氮气出口压力为4.2MPa，所述步骤S6的高低温交变条件为：0℃和50℃，各维持12h依次交替，橡胶测试样品进行7天，金属测试样品进行28天。

7.根据权利要求5所述的高沸点气体灭火剂相容性测试方法，其特征在于，橡胶测试样品的测试内容依据GB/T 14832-2008进行，测试参数包括：质量变化率、体积变化率、硬度变化率、拉伸强度变化率、拉断伸长率变化率；金属测试样品的测试参数为腐蚀速率，由下式计算：

式中： R-腐蚀速率，mm/a；

M t1 -测试前的测试样品质量，g；

M t2 -测试后的测试样品质量，g；

M k1 -测试前的空白样品质量，g；

M k2 -测试后的空白样品质量，g；

S-试样的总面积，cm 2 ；

T-试验时间，h；

D-材料的密度，kg/m 3 。

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