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歐美大地 材料試驗
材料試驗
標準解讀:大尺寸實體房間火災測試方法標準發展
發布時間:2024-02-28 瀏覽次數:4169 來源:歐美大地


背景
隨著人們物質文化生活水平地不斷提高,科技地不斷發展,各個領域所使用的材料也逐漸豐富。然而,豐富的材料在方便人類生產生活的同時,也在一定程度上增加了火災發生的危險,給防火安全埋下了火災隱患。因此,對于社會生活中的火災發生情況急需研究。傳統的小型量熱儀旨在模擬材料真實的燃燒環境,并不能確切地反映出真實大環境空間內燃燒時的真實狀況,因此大尺寸火災試驗儀器逐漸發展。
大型量熱儀可測試發生在真實環境中的火災狀況 (例如房間、家具、電纜、汽車、儲能電池、鐵路車輛等),用于測量燃燒過程中的引燃特性、熱釋放率、質量損失率、有效發熱量、發煙特性及毒氣分析等。
隨著大型量熱儀的發展,國內外出版了相關的標準。國際標準化組織在2008年發布了ISO 24473: 2008標準 "Fire tests — Open calorimetry — Measurement of the rate of production of heat and combustion products for fires of up to 40 MW"。2022年,我國發布了GB/T 41382-2022:《火災試驗開放式量熱計法40MW以下火災熱釋放速率及燃燒產物的測定》的標準。
本文對ISO 24473: 2008的測量參數和試驗裝置進行介紹,并指出ISO 24473: 2008和GB/T 41382-2022的區別。

標準介紹
ISO 24473: 2008 Fire tests — Open calorimetry — Measurement of the rate of production of heat and combustion products for fires of up to 40 MW
火災中熱釋放速率是表征火災劇烈程度的重要參數,通過對燃燒過程中熱釋放速率及燃燒產物的準確測定,能夠定量表征熱釋放速率、熱釋放總量、產煙速率及產煙總量等相關燃燒性能參數。ISO 24473:2008提供了40MW以下火災熱釋放率及燃燒產物測定的試驗方法。通過試驗可以獲得試樣在整個燃燒階段的燃燒特性數據,通過測試熱釋放速率反映試樣燃燒的危險性及對相鄰區域的潛在影響,通過測試煙密度反映試樣燃燒時對起火區域能見度的影響和煙氣對人身安全所帶來的危險。



10MW量熱儀集煙罩


測量參數
熱釋放速率HRR(t)
熱釋放總量THR(t)
產煙速率產煙速率SPR(t)
產煙總量TSP(t)

試驗原理
在不受任何周圍環境結構的影響下,使用量熱儀可對單個物體或一組物體在燃燒期間對熱量釋放和火災蔓延危險的潛在貢獻進行評估。利用耗氧原理計算整個燃燒過程中的熱釋放速率。樣品氣體經過取樣預處理系統被輸送至氣體分析儀,以測試氣體中氧氣、二氧化碳及一氧化碳的濃度,同時在管道測量段測得氣體的溫度、壓差、光密度等參數,通過耗氧原理分析計算得到試驗火源的熱釋放速率、熱釋放總量、產煙速率、產煙總量等燃燒特性參數。
測量試驗裝置
試險裝置由集煙罩及排煙管道、排煙管道中的測量儀器、氣體分析系統、煙密度測量系統、風機及輔助裝置等組成。


10MW量熱儀試驗圖

試驗設備放置要求
設備應放置在實驗室內,放置時應避免墻壁反射熱輻射的影響,允許空氣能夠自由流通。對于1MW的火災測試,量熱儀集煙罩應距離墻壁至少2米。對于較大的火災,則應該增加相應的距離。對于20MW的火災,則距離最大達10米。
集煙罩和排氣管道
集煙罩的尺寸和系統的風量上都要足夠大,以保證所有的燃燒產物都被收集起來。它的高度應使火焰不會撞擊到集煙罩本身,且排煙系統不會影響燃燒產生的火羽流。
測量管段前面的排氣管道的直段長度應至少為10倍管道直徑,以實現燃燒產物的有效混合。在測量管段和排風扇之間的排氣管道的長度至少為5倍管道直徑,以確保在風管上有更均勻的流動剖面。


集煙罩排氣管道示意圖

測量管段
一般來說,同一套儀器可以用于任何級別的測量,但集煙罩和排氣管道尺寸要隨所測試樣品的量熱級別相應變化,既保證能夠收集到所有的燃燒產物,同時也具有較好的靈敏度。
測量段包含:
  • 雙向探頭(測量氣體流量)
  • 熱電偶(測量探頭附近的氣體溫度,直徑為1.0-1.6mm。熱電偶放置在雙向探頭附近且不影響雙向測速探頭附近的煙氣流動)
  • 氣體取樣探頭
  • 煙氣測量系統


測量管段


氣體分析
  • 取樣探頭(放置在管道中燃燒產物混合均勻的位置和雙向探頭和熱電偶的下游)
  • 取樣管線(由不影響待測氣體種類的惰性材料制成)
  • 取樣泵和過濾及干燥系統(樣氣應通過顆粒過濾器和冷卻器,然后在無油隔膜泵的作用下通過含有無水硫酸鈣干燥劑的干燥柱,再傳輸到氣體分析儀
  • 氧氣分析(氧氣分析儀在30min周期內噪聲和漂移小于100ppm,響應時間<12s)
  • 一氧化碳和二氧化碳分析(響應時間<12s)
  • 可用于可用于其它量熱儀(錐形量熱儀,成束電纜燃燒測試儀(EN 50399),單體燃燒試驗裝置(SBI),家具量熱儀,UL 9540A,ISO 9705以及其他大型耗氧量熱儀
  • 可用于其它量熱儀(錐形量熱儀,成束電纜燃燒測試儀(EN 50399),單體燃燒試驗裝置(SBI),家具量熱儀,UL 9540A,以及其他大型耗氧量熱儀)
  • 當客戶或監管機構要求時,應使用ISO 19702/GB/T38309中描述的FTIR紅外光譜煙毒性分析儀對其他氣體進行取樣和分析


FTT 氣體分析機柜


氣體分析儀取樣系統結構圖


FTIR煙毒性測試系統

煙氣光度測量系統
  • 光源(白光)
  • 透鏡(將光聚成平行光束)
  • 光圈
  • 探測器
  • 光束應沿直徑方向橫穿排煙管道


白光煙氣系統

點火源


燃燒氣體控制單元

數據采集和分析軟件


測量軟件圖

其他設備裝置
稱重平臺
熱流計(測量火源附近或特定位置的熱通量)
計時裝置

標準對比
GB/T41382-2022是在ISO 24473: 2008基礎上進行翻譯修改,在對測量設備要求的部分無明顯差別。ISO 24473: 2008中對于小型量熱儀和大型量熱儀所涉及的儀器性能參數均有所涉及,而GB/T41382-2022則主要針對于大型量熱儀儀器性能進行規定。GB/T 41382-2022增加了術語熱釋放速率、熱釋放總量、產煙速率、產煙總量的名稱定義。此外 ISO 24473: 2008: 指出熱流計校準和使用按照ISO/TS 14934-1、ISO 14934-2、ISO 14934-3和ISO/TS 14934-4進行,GB/T 41382-2022則將這部分刪除。

由歐美大地獨家代理的FTT可提供各種尺度的量熱儀,從小型錐形量熱儀到大尺度耗氧量熱儀均可提供。作為阻燃測試設備領域的先行者,FTT量熱儀兼顧了全球范圍內新老標準的需求,能同時滿足上述ISO標準和我國的國標。


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