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材料试验
标准解读:大尺寸实体房间火灾测试方法标准发展
发布时间:2024-02-28 浏览次数:10801 来源:欧美大地


背景
随着人们物质文化生活水平地不断提高,科技地不断发展,各个领域所使用的材料也逐渐丰富。然而,丰富的材料在方便人类生产生活的同时,也在一定程度上增加了火灾发生的危险,给防火安全埋下了火灾隐患。因此,对于社会生活中的火灾发生情况急需研究。传统的小型量热仪旨在模拟材料真实的燃烧环境,并不能确切地反映出真实大环境空间内燃烧时的真实状况,因此大尺寸火灾试验仪器逐渐发展。
大型量热仪可测试发生在真实环境中的火灾状况 (例如房间、家具、电缆、汽车、储能电池、铁路车辆等),用于测量燃烧过程中的引燃特性、热释放率、质量损失率、有效发热量、发烟特性及毒气分析等。
随着大型量热仪的发展,国内外出版了相关的标准。国际标准化组织在2008年发布了ISO 24473: 2008标准 "Fire tests — Open calorimetry — Measurement of the rate of production of heat and combustion products for fires of up to 40 MW"。2022年,我国发布了GB/T 41382-2022:《火灾试验开放式量热计法40MW以下火灾热释放速率及燃烧产物的测定》的标准。
本文对ISO 24473: 2008的测量参数和试验装置进行介绍,并指出ISO 24473: 2008和GB/T 41382-2022的区别。

标准介绍
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
火灾中热释放速率是表征火灾剧烈程度的重要参数,通过对燃烧过程中热释放速率及燃烧产物的准确测定,能够定量表征热释放速率、热释放总量、产烟速率及产烟总量等相关燃烧性能参数。ISO 24473:2008提供了40MW以下火灾热释放率及燃烧产物测定的试验方法。通过试验可以获得试样在整个燃烧阶段的燃烧特性数据,通过测试热释放速率反映试样燃烧的危险性及对相邻区域的潜在影响,通过测试烟密度反映试样燃烧时对起火区域能见度的影响和烟气对人身安全所带来的危险。



10MW量热仪集烟罩


测量参数
热释放速率HRR(t)
热释放总量THR(t)
产烟速率产烟速率SPR(t)
产烟总量TSP(t)

试验原理
在不受任何周围环境结构的影响下,使用量热仪可对单个物体或一组物体在燃烧期间对热量释放和火灾蔓延危险的潜在贡献进行评估。利用耗氧原理计算整个燃烧过程中的热释放速率。样品气体经过取样预处理系统被输送至气体分析仪,以测试气体中氧气、二氧化碳及一氧化碳的浓度,同时在管道测量段测得气体的温度、压差、光密度等参数,通过耗氧原理分析计算得到试验火源的热释放速率、热释放总量、产烟速率、产烟总量等燃烧特性参数。
测量试验装置
试险装置由集烟罩及排烟管道、排烟管道中的测量仪器、气体分析系统、烟密度测量系统、风机及辅助装置等组成。


10MW量热仪试验图

试验设备放置要求
设备应放置在实验室内,放置时应避免墙壁反射热辐射的影响,允许空气能够自由流通。对于1MW的火灾测试,量热仪集烟罩应距离墙壁至少2米。对于较大的火灾,则应该增加相应的距离。对于20MW的火灾,则距离最大达10米。
集烟罩和排气管道
集烟罩的尺寸和系统的风量上都要足够大,以保证所有的燃烧产物都被收集起来。它的高度应使火焰不会撞击到集烟罩本身,且排烟系统不会影响燃烧产生的火羽流。
测量管段前面的排气管道的直段长度应至少为10倍管道直径,以实现燃烧产物的有效混合。在测量管段和排风扇之间的排气管道的长度至少为5倍管道直径,以确保在风管上有更均匀的流动剖面。


集烟罩排气管道示意图

测量管段
一般来说,同一套仪器可以用于任何级别的测量,但集烟罩和排气管道尺寸要随所测试样品的量热级别相应变化,既保证能够收集到所有的燃烧产物,同时也具有较好的灵敏度。
测量段包含:
  • 双向探头(测量气体流量)
  • 热电偶(测量探头附近的气体温度,直径为1.0-1.6mm。热电偶放置在双向探头附近且不影响双向测速探头附近的烟气流动)
  • 气体取样探头
  • 烟气测量系统


测量管段


气体分析
  • 取样探头(放置在管道中燃烧产物混合均匀的位置和双向探头和热电偶的下游)
  • 取样管线(由不影响待测气体种类的惰性材料制成)
  • 取样泵和过滤及干燥系统(样气应通过颗粒过滤器和冷却器,然后在无油隔膜泵的作用下通过含有无水硫酸钙干燥剂的干燥柱,再传输到气体分析仪
  • 氧气分析(氧气分析仪在30min周期内噪声和漂移小于100ppm,响应时间<12s)
  • 一氧化碳和二氧化碳分析(响应时间<12s)
  • 可用于可用于其它量热仪(锥形量热仪,成束电缆燃烧测试仪(EN 50399),单体燃烧试验装置(SBI),家具量热仪,UL 9540A,ISO 9705以及其他大型耗氧量热仪
  • 可用于其它量热仪(锥形量热仪,成束电缆燃烧测试仪(EN 50399),单体燃烧试验装置(SBI),家具量热仪,UL 9540A,以及其他大型耗氧量热仪)
  • 当客户或监管机构要求时,应使用ISO 19702/GB/T38309中描述的FTIR红外光谱烟毒性分析仪对其他气体进行取样和分析


FTT 气体分析机柜


气体分析仪取样系统结构图


FTIR烟毒性测试系统

烟气光度测量系统
  • 光源(白光)
  • 透镜(将光聚成平行光束)
  • 光圈
  • 探测器
  • 光束应沿直径方向横穿排烟管道


白光烟气系统

点火源


燃烧气体控制单元

数据采集和分析软件


测量软件图

其他设备装置
称重平台
热流计(测量火源附近或特定位置的热通量)
计时装置

标准对比
GB/T41382-2022是在ISO 24473: 2008基础上进行翻译修改,在对测量设备要求的部分无明显差别。ISO 24473: 2008中对于小型量热仪和大型量热仪所涉及的仪器性能参数均有所涉及,而GB/T41382-2022则主要针对于大型量热仪仪器性能进行规定。GB/T 41382-2022增加了术语热释放速率、热释放总量、产烟速率、产烟总量的名称定义。此外 ISO 24473: 2008: 指出热流计校准和使用按照ISO/TS 14934-1、ISO 14934-2、ISO 14934-3和ISO/TS 14934-4进行,GB/T 41382-2022则将这部分删除。

由欧美大地独家代理的FTT可提供各种尺度的量热仪,从小型锥形量热仪到大尺度耗氧量热仪均可提供。作为阻燃测试设备领域的先行者,FTT量热仪兼顾了全球范围内新老标准的需求,能同时满足上述ISO标准和我国的国标。


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