CN204694685U - 用于模拟典型可燃物阴燃反应的实验系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于模拟典型可燃物阴燃反应的实验系统，该实验系统包括用于提供实验环境的阴燃环境系统、用于发生可燃物阴燃过程的阴燃反应系统和用于监测实验过程中加热温度和可燃物内部温度的阴燃过程监测系统，其中阴燃环境系统与阴燃反应系统通过输气管道相连；所述阴燃环境系统包括用于调节氧气浓度的气态环境调节装置和用于调节加热时间的加热环境调节装置。本实用新型还可包括烟气冷凝采样系统、气相色谱仪、燃烧分析仪等。本实用新型可用于模拟典型可燃物阴燃反应，对于实际阴燃反应中的影响因素，例如加热时间、氧化剂流量、氧气浓度等，在该模拟实验系统中均可以进行调整，从而实现了对典型可燃物阴燃发生过程更全面的特性研究。

Description

用于模拟典型可燃物阴燃反应的实验系统

技术领域

本实用新型涉及可燃物阴燃火灾研究领域，特别涉及一种用于模拟典型可燃物阴燃反应的实验系统。

背景技术

当前各种新型建筑及装饰装修材料大量涌现，相当多的产品中含有大量可燃或易燃的高分子聚合物，很少的热量就可能导致此类材料发生阴燃火灾，释放出大量浓烟和有毒气体，直接危及人民的生命。阴燃多是指发生在缺氧条件下的不完全燃烧，会比通常的有焰燃烧释放出更多的有毒气体。另外，由于阴燃多发生于材料内部，难以探测和熄灭。与有焰燃烧相比，很少的热量就能使材料发生阴燃，并在一定条件下向明火转化，形成轰燃，导致发生严重的火灾事故。

可燃物阴燃是一种没有火焰产生的燃烧方式，目前对于可燃物燃烧性能的表征实验，考虑的火灾场景都是可燃物在小火源的作用下被点燃，火焰逐渐蔓延传播，从小火焰增长为大火焰，最后引起整个房间的轰燃的过程。比如氧指数(LOI)法、UL标准中的水平燃烧、垂直燃烧法、NBS烟箱法、锥形量热仪法等，而可燃物阴燃燃烧性能的表征则没有相关的标准。

目前虽然已有可燃物阴燃方面的研究，但是实验采用的基本都是一个固定的实验装置，热交换条件都是不变的，这与现实阴燃火灾处于变化状态是不符的，因此实验的效果与实际情况会产生较大误差。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种用于模拟典型可燃物阴燃反应的实验系统，该实验系统能够对影响阴燃燃烧特性的相关因素进行调整，用于研究可燃物材料的阴燃燃烧特性。

本实用新型的目的通过以下的技术方案实现：用于模拟典型可燃物阴燃反应的实验系统，包括用于提供实验环境的阴燃环境系统、用于发生可燃物阴燃过程的阴燃反应系统和用于监测实验过程中加热温度和可燃物内部温度的阴燃过程监测系统，其中阴燃环境系统与阴燃反应系统通过输气管道相连；所述阴燃环境系统包括用于调节氧气浓度的气态环境调节装置和用于调节加热时间的加热环境调节装置。本实用新型通过改变氧气浓度、加热时间等可模拟典型可燃物的不同阴燃发生过程，通过采集加热温度和可燃物内部温度实现对阴燃的特性研究。

作为一种优选方案，所述气态环境调节装置包括用于调节组分气体流量和含氧量的多组分动态配气仪，以及分别与多组分动态配气仪相连的氮气储存装置和氧气储存装置，该多组分动态配气仪通过输气管道接到阴燃反应系统的底部。

作为一种优选方案，所述加热环境调节装置包括加热装置、电压调压器和加热电源，所述加热装置设置在阴燃反应系统的底部，包括第一多孔陶瓷片、第二多孔陶瓷片和一电阻丝，第一多孔陶瓷片上部开槽，电阻丝镶嵌在所述槽内，第二多孔陶瓷片覆盖在第一多孔陶瓷片上面；电阻丝与电压调压器连接，电压调压器与加热电源相连。通过电压调压器可控制电阻丝发热功率，进而实现对加热温度的调节。

作为一种优选方案，所述阴燃反应系统为圆柱状，从外至内由四层不锈钢管套接而成，从外至内不锈钢管之间分别设置保温棉填充层、保温水填充层、绝热材料填充层以及反应腔。从而提高阴燃反应系统的保温效果。

更进一步的，所述保温棉填充层填充的材料为硅酸铝保温棉，保温水填充层填充的材料为普通自来水，绝热材料填充层填充的材料为纳米绝热材料。采用上述材料进行填充，在实现保温的同时，也可节省成本。

更进一步的，所述加热装置整体为圆盘形，直径与阴燃反应系统中反应腔的内径一致。这一改进的目的是使得实验中在反应腔内的可燃物的底部受热均匀。

作为一种优选方案，所述阴燃过程监测系统包括温度传感装置、数据采集仪和数据分析系统，所述温度传感装置由若干热电偶组成，每个热电偶均分别与数据采集仪连接，数据采集仪还分别与加热环境调节装置、数据分析系统连接。从而数据采集仪可采集阴燃实验中可燃物内部温度数据、加热电压和加热时间。

更进一步的，所述温度传感装置中的热电偶为铠装热电偶，所有热电偶在反应腔内垂直方向上等间距放置，同时热电偶触点设在反应腔中心轴上，最下面的一支热电偶放置在所述加热装置上表面的中心。从而可以准确测量阴燃反应时反应腔内部的温度，同时测量加热装置的加热温度。

作为一种优选方案，所述阴燃过程监测系统还包括烟气冷凝采样系统、用于对冷凝后的烟气中各组分进行分析检测的气相色谱仪、用于测量烟气成份的燃烧分析仪，所述烟气冷凝采样系统与气相色谱仪相连，所述气相色谱仪、燃烧分析仪分别与数据分析系统连接；所述烟气冷凝采样系统、燃烧分析仪的采集口均设在反应腔的顶部。气相色谱仪可以分析烟气样品中的CO、CO₂浓度，燃烧分析仪可以实时检测反应腔的氧气、CO和CO₂浓度，两者对比分析阴燃反应中烟气的成分信息，使测量结果更全面。

本实用新型与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

1、本实用新型可用于模拟典型可燃物(例如聚氨酯软泡材料等)阴燃反应，对于实际阴燃反应中的影响因素，例如加热时间、氧化剂流量、氧气浓度等，在该模拟实验系统中均可以进行调整，从而可以更真实的对阴燃发生过程进行特性研究。

2、本实用新型中还设有气相色谱仪、燃烧分析仪等，可同时对阴燃反应过程中释放的有毒烟气进行成分分析，使测量更全面，功能更多样化。

3、本实用新型采用的实验系统，实现了对加热时间、氧化剂流量、氧气浓度等重要参数的可调整性，使得实验的环境的选择更多样性，可以得到可燃物更全面的阴燃特性，同时，实验系统对不同可燃物可选择不同实验环境，也保证了实验系统的广泛适用性。

4、本实用新型所包含的系统可以应用到新型建筑材料进行阴燃特性的测试，判定材料的火灾危险性，起到预防建筑火灾的作用。

附图说明

图1是本实用新型装置的结构示意图。

图2为本实用新型中阴燃反应系统的结构示意图。

其中：1—氮气储存装置；2—氧气储存装置；3—多组分动态配气仪；4—输气管道；5—加热装置；51—第一多孔陶瓷片；52—第二多孔陶瓷片；53—电阻丝；6—阴燃反应系统；61—不锈钢管；62—保温棉填充层；63—保温水填充层；64—绝热材料填充层；65—反应腔；7—热电偶；8—数据采集仪；9—数据分析系统；10—烟气冷凝采样系统；11—气相色谱仪；12—燃烧分析仪；13—热电偶插口。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本实用新型作进一步详细的描述，但本实用新型的实施方式不限于此。

实施例1

本实施例所述的用于模拟典型可燃物阴燃反应的实验系统的结构参见图1，具体包括阴燃环境系统、阴燃反应系统、阴燃过程监测系统三个部分，这三部分环环相扣。其中，阴燃环境系统主要调节阴燃反应系统的环境(加热时间、热流强度、氧化剂流量和氧气浓度参数等)以满足实验要求，阴燃反应系统是主系统，包含用于发生可燃反应的阴燃实验装置，阴燃过程监测系统是用于监测实验过程中加热温度和可燃物内部温度，其中阴燃环境系统与阴燃反应系统通过输气管道相连。本实施例为典型可燃物阴燃特性研究提供了一套科学实验平台，同时通过图1所示系统，可提供检测典型可燃物其阴燃波向前传播的特征温度的实现方法。本实施例针对聚氨酯软泡的阴燃进行说明。

本实施例中，阴燃环境系统包括气态环境调节装置和加热环境调节装置。所述气态环境调节装置包括用于调节组分气体流量和含氧量的多组分动态配气仪3，以及分别与多组分动态配气仪相连的氮气储存装置1和氧气储存装置2，该多组分动态配气仪1通过孔径为25mm的输气管道4接到阴燃反应系统的底部。

所述加热环境调节装置包括加热装置5、电压调压器和加热电源，所述加热装置5设置在阴燃反应系统的底部，如图2所示，包括第一多孔陶瓷片51、第二多孔陶瓷片52和一电阻丝53，第一多孔陶瓷片51上部开槽，电阻丝53镶嵌在所述槽内，第二多孔陶瓷片52覆盖在第一多孔陶瓷片51上面。电阻丝53与电压调压器连接，电压调压器与加热电源相连。通过电压调压器可控制电阻丝发热功率，进而实现对加热温度的调节。加热装置整体为圆盘形，直径与阴燃反应系统中反应腔的内径一致，主要目的是使得试样的底部受热均匀。本实施例中，所采用的电阻丝电阻为80Ω。具体使用时，电阻丝的具体参数可以根据需求调整。

本实施例中，阴燃反应系统6为阴燃主体实验装置，为内径100mm、高400mm的圆柱型构造，参见图2，从外至内由四层不锈钢61套接而成，每层不锈钢距离为5mm。从外至内不锈钢管之间分别设置保温棉填充层62、保温水填充层63、绝热材料填充层64以及反应腔65。其中，保温棉填充层62填充的材料为硅酸铝保温棉，保温水填充层63填充的材料为普通自来水，绝热材料填充层64填充的材料为纳米绝热材料。

阴燃过程监测系统包括温度传感装置、数据采集仪8和数据分析系统9，本实施例中，温度传感装置具体为热电偶树，其中热电偶树中的每个热电偶7均为铠装极细热电偶，测温范围为0～1000摄氏度，精度为2/0.75，响应时间0.01秒。热电偶树布置在阴燃反应系统的右侧，铠装热电偶7在反应腔内垂直方向上等间距放置，间距为30mm。同时所有热电偶触点均设在反应腔中心轴上，用来测量阴燃过程中材料温度变化。最下面的一支热电偶还放置在所述加热装置上表面的中心，用于测量加热温度。

阴燃反应系统右侧壁上对应设有若干个热电偶插口13，铠装热电偶7通过热电偶插口13后与数据采集仪8相连，同时数据采集仪8还与加热环境调节装置、数据分析系统9连接，用于采集阴燃实验中试样内部温度、加热电压和加热时间等数据。

本实施例中，不仅能够对阴燃反应的特性进行分析，还能够对阴燃反应过程中释放的有毒烟气进行成分分析，在阴燃过程监测系统中还设置了烟气冷凝采样系统10和气相色谱仪11，其中烟气冷凝采样系统10的采集口设在反应腔的顶部，用于抽取阴燃反应过程中的烟气，并对烟气进行冷凝，然后将冷凝后的烟气送到气相色谱仪11中进行组分分析检测，得到各种组分的类型和含量，最后将得到的结果发送到数据分析系统进行进一步的分析和存储。

同时，本实施例中，为了适应多种不同应用场合，在阴燃过程监测系统中还设置了燃烧分析仪12，燃烧分析仪12的采集口也设在反应腔的顶部，采集的烟气直接进入燃烧分析仪后，得到烟气中的各种组分，最后将得到的结果发送到数据分析系统进行进一步的分析和存储。

本实施例中，实验方法如下：

(1)将试样装进阴燃反应系统中，插入铠装热电偶至试样中心，接线端连接到数据采集仪中。

(2)打开气体阀门和多组分动态配气仪，按实验工况要求配置氧化剂流量和氧气浓度，通过输气管道输送至阴燃反应装置底部。

(3)打开阴燃过程监测系统，进入数据采集界面，配置热电偶温度和加热电压的扫描通道，将采样时间设为3秒/次并开始扫描并采集。

(4)接通电阻丝两端的电源开始实验，根据工况要求通过电压调压器调节加热电压和加热时间。

(5)实时观察温度变化和加热时间，当达到停止加热条件时，将加热电压调至为0。

(6)停止加热后，试样通过氧化反应释放的热量维持其向前传播或逐渐熄灭，当各热电偶测量点的温度降至50℃以下，停止扫描并保存数据。

(7)关闭加热电源和气体阀门，取出阴燃后的残留可燃物，并清扫干净，以备下次实验。实验结束。

上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.用于模拟典型可燃物阴燃反应的实验系统，其特征在于，包括用于提供实验环境的阴燃环境系统、用于发生可燃物阴燃过程的阴燃反应系统和用于监测实验过程中加热温度和可燃物内部温度的阴燃过程监测系统，其中阴燃环境系统与阴燃反应系统通过输气管道相连；所述阴燃环境系统包括用于调节氧气浓度的气态环境调节装置和用于调节加热时间的加热环境调节装置。

2.根据权利要求1所述的用于模拟典型可燃物阴燃反应的实验系统，其特征在于，所述气态环境调节装置包括用于调节组分气体流量和含氧量的多组分动态配气仪，以及分别与多组分动态配气仪相连的氮气储存装置和氧气储存装置，该多组分动态配气仪通过输气管道接到阴燃反应系统的底部。

3.根据权利要求1所述的用于模拟典型可燃物阴燃反应的实验系统，其特征在于，所述加热环境调节装置包括加热装置、电压调压器和加热电源，所述加热装置设置在阴燃反应系统的底部，包括第一多孔陶瓷片、第二多孔陶瓷片和一电阻丝，第一多孔陶瓷片上部开槽，电阻丝镶嵌在所述槽内，第二多孔陶瓷片覆盖在第一多孔陶瓷片上面；电阻丝与电压调压器连接，电压调压器与加热电源相连。

4.根据权利要求1所述的用于模拟典型可燃物阴燃反应的实验系统，其特征在于，所述阴燃反应系统为圆柱状，从外至内由四层不锈钢管套接而成，从外至内不锈钢管之间分别设置保温棉填充层、保温水填充层、绝热材料填充层以及反应腔。

5.根据权利要求4所述的用于模拟典型可燃物阴燃反应的实验系统，其特征在于，所述保温棉填充层填充的材料为硅酸铝保温棉，保温水填充层填充的材料为普通自来水，绝热材料填充层填充的材料为纳米绝热材料。

6.根据权利要求3所述的用于模拟典型可燃物阴燃反应的实验系统，其特征在于，所述加热装置整体为圆盘形，直径与阴燃反应系统中反应腔的内径一致。

7.根据权利要求3所述的用于模拟典型可燃物阴燃反应的实验系统，其特征在于，所述阴燃过程监测系统包括温度传感装置、数据采集仪和数据分析系统，所述温度传感装置由若干热电偶组成，每个热电偶均分别与数据采集仪连接，数据采集仪还分别与加热环境调节装置、数据分析系统连接。

8.根据权利要求7所述的用于模拟典型可燃物阴燃反应的实验系统，其特征在于，所述温度传感装置中的热电偶为铠装热电偶，所有热电偶在反应腔内 垂直方向上等间距放置，同时热电偶触点设在反应腔中心轴上，最下面的一支热电偶放置在所述加热装置上表面的中心。

9.根据权利要求1所述的用于模拟典型可燃物阴燃反应的实验系统，其特征在于，所述阴燃过程监测系统还包括烟气冷凝采样系统、用于对冷凝后的烟气中各组分进行分析检测的气相色谱仪、用于测量烟气成份的燃烧分析仪，所述烟气冷凝采样系统与气相色谱仪相连，所述气相色谱仪、燃烧分析仪分别与数据分析系统连接；所述烟气冷凝采样系统、燃烧分析仪的采集口均设在反应腔的顶部。