CN101327364A - 一种二茂铁灭火实验*** - Google Patents

Abstract

本发明提供一种二茂铁灭火实验***，包括二茂铁蒸发装置、灭火平台，其中二茂铁蒸发装置包括载气源、恒温水浴、恒温油浴和二茂铁蒸发室，载气源连接恒温水浴，恒温水浴对载气预热，恒温水浴连接恒温油浴，二茂铁蒸发室置于恒温油浴中，恒温油浴对载气进行加热；所述灭火平台包括燃烧室和烟道，二茂铁蒸发室的出气管通到燃烧室内。本发明所述的实验***，能够有效的测定二茂铁对于液相或固相燃烧的火焰的灭火效果，实验数据具有很好的可重复性，实验工况范围广，加工、安装和使用方便。

Description

一种二茂铁灭火实验***

技术领域

本发明涉及一种灭火剂灭火性能的实验***，特别涉及一种二茂铁灭火实验***。

背景技术

火灾是人类社会活动中的一大灾难，给国家和社会造成人员和财产的损失。如何迅速有效的扑灭火灾，减轻损失，是我们社会需要关注的事情。

面向有效控制火灾，保障安全这一国家重大需求，科技减灾是必由之路。现代社会的发展和科学技术的进步，对控制火灾的方法提出了更高的要求，快速响应、灭火有效、安全环保是今后灭火剂的发展方向。随着***环境保护公约加拿大蒙特利尔公约在签署国的逐步生效，卤代烷系列灭火剂的逐步淘汰，二茂铁作为新型的灭火剂近几年受到了很多学者的关注，且进行了大量的研究工作。这些研究工作得出以下结论：(1)二茂铁在气化后，当其浓度为200ppm时，可以使甲烷/空气预混火焰燃烧速度降低两个数量级；(2)二茂铁是通过气相的均相作用而产生灭火效果的，即二茂铁在火焰中分解出Fe原子，并与O₂和水反应生成FeO，FeO₂以及Fe(OH)₂等活性中间体，这些活性中间体可以与燃烧反应过程中产生的自由基H⁺、O^2-等结合，阻断自由基链反应，从而达到抑制和熄灭火焰作用的机理；(3)二茂铁与CO₂等惰性气体在灭火性能方面具体协同作用，即将二茂铁与CO₂混合使用，可以进一步提高活性中间体FeO、FeO₂、Fe(OH)₂的气相浓度，从而达到更佳的灭火效果。上述三个结论是研究二茂铁对气相燃烧的预混、扩散火焰的作用之后得出的，二茂铁对于液相或固相燃烧的火焰是否具有相同的灭火效果还不是很确定，这对于扩大二茂铁的应用范围是很不利的。为了研究二茂铁对于液相或固相燃烧火焰的作用，构建一种相关的实验***显得尤为重要。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种实验工况范围广，加工、安装和使用方便的二茂铁灭火实验***。

本发明所述的二茂铁灭火实验***，包括二茂铁蒸发装置、灭火平台，其中二茂铁蒸发装置包括载气源、恒温水浴、恒温油浴和二茂铁蒸发室，载气源连接恒温水浴，恒温水浴对载气预热，恒温水浴连接恒温油浴，二茂铁蒸发室置于恒温油浴中，恒温油浴对载气进行加热；所述灭火平台包括燃烧室和烟道，二茂铁蒸发室的出气管通到燃烧室内。

所述载气为高温下不与氧气反应的惰性气体，如氮气、二氧化碳等。

本发明所述的二茂铁灭火实验***，所述恒温水浴和恒温油浴分别连接数显控温仪。恒温油浴和恒温水浴之间安装浮子流量计，控制载气的流量。

恒温水浴对载气预热，数显控温仪可以严格控制水浴和油浴的温度在±1℃的误差范围内，浮子流量计可以严格控制载气的流量，利用电加热器对油浴进行加热，油浴采用甘油，甘油的沸点是290℃，这样可以扩大二茂铁的浓度范围，载气在通过恒温油浴中的螺旋铜管后被加热，然后进入到二茂铁蒸发室对二茂铁进行加热。

本发明所述的二茂铁灭火实验***，为了保证从出气管口出来的二茂铁蒸气是饱和的，二茂铁蒸发室中设置10层滤网，每层滤网铺设0.01m厚的二茂铁，滤网的孔径只限气体通过，二茂铁粉末漏不下去。

本发明所述的二茂铁灭火实验***，所述的灭火平台的燃烧室内，设置油盘盛放燃料，油盘放置在电子天平上，电子天平与质量变化采集器相连。

本发明所述的二茂铁灭火实验***，所述的油盘上方设置热电偶，为4个，沿着油盘的表面中心线向上间隔布置。热电偶连接温度变化采集器，温度变化采集器采集从油盘上方0.05m处开始，每隔0.05m处的火焰温度。测定火焰的温度分布情况。

本发明所述的二茂铁灭火实验***，所述烟道内设置烟气分析探头，烟气分析探头连接烟气分析仪。烟气分析仪用于测定烟气中气体成分及浓度，它可同时测量排烟温度、烟气中的氧(O₂)、一氧化碳(CO)、二氧化硫(SO₂)、一氧化氮(NO)、二氧化氮(NO₂)、微压(ΔP)等参数，计算二氧化碳(CO₂)、氮氧化物(NO_x)、空气过剩系数(α)、α＝1时的一氧化碳值(CO’)、燃烧效率(η)，并具有计算机通讯口(RS232)，可实现与计算机的通讯联网。

本发明所述的二茂铁灭火实验***，具有以下特点：一是采用甘油油浴对载气进行加热，甘油的沸点是290℃，这样载气的加热范围比较广，相应的二茂铁蒸气的浓度范围就广；二是***中安装上了转子流量器，这样可以控制进入燃烧室内的二茂铁蒸气的浓度，可以得到不同流量二茂铁对火焰的抑制作用；三是***中的水浴和油浴都由数显控温仪进行控制，使每次实验过程中***处在不变的实验条件下，使***做出的实验数据具有很好的可重复性；四是该***可以用于研究二茂铁对于液相或固相燃烧火焰的作用，可以测量灭火过程中烟气中氧气、二氧化碳和一氧化碳的浓度变化，燃料的质量变化和燃烧效率，并可以根据燃料的质量变化和燃烧效率计算燃料的热释放速率。

附图说明

图1是二茂铁灭火实验示意图

图2是二茂铁蒸发***示意图

图3是载气流量为1.0m³/h，水浴为70℃，油浴为75℃时二茂铁灭火和纯氮气灭火的实验数据图。其中(a)为热释放速率，(b)氧气浓度，(c)一氧化碳浓度，分析以上这些实验数据可以看出二茂铁具有比氮气更好的灭火效果。

图4是载气流量为1.0m³/h，水浴为70℃，二茂铁在不同浓度时灭火的实验数据作图。其中(a)为热释放速率，(b)氧气浓度，(c)一氧化碳浓度，分析以上这些实验数据可以看出随着二茂铁浓度的增大，二茂铁的灭火效果也在增大。

图5是水浴为70℃，油浴为75℃，不同载气流量时二茂铁灭火的实验数据作图。其中(a)为热释放速率，(b)氧气浓度，(c)一氧化碳浓度，分析以上这些实验数据可以看出随着载气流量的增大，二茂铁的灭火效果也在增大。

附图标记

1载气源，2恒温水浴，3恒温油浴，4二茂铁蒸发室，5出气管，6燃烧室，7烟道，8电子天平，9油盘，10质量变化采集器，11温度变化采集器，12热电偶，13烟气分析仪探头，14烟气分析仪，15数显控温仪，16浮子流量计，17感温探头。

具体实施方式

实施例1

本发明所述的二茂铁灭火实验***，包括二茂铁蒸发装置、灭火平台，其中二茂铁蒸发装置包括载气源1、恒温水浴2、恒温油浴3和二茂铁蒸发室4，载气源1连接恒温水浴2，对载气进行预热，恒温水浴2连接恒温油浴3，二茂铁蒸发室4置于恒温油浴3中，恒温油浴3对载气进行加热；所述恒温水浴2和恒温油浴3分别连接数显控温仪15。恒温水浴2和恒温油浴3之间安装浮子流量计16，控制载气的流量。

恒温水浴2对载气预热，数显控温仪15可以严格控制水浴和油浴的温度在±1℃的误差范围内，浮子流量计16可以严格控制载气的流量，利用电加热器对油浴进行加热，油浴采用甘油，甘油的沸点是290℃，这样可以扩大二茂铁的浓度范围，载气在通过恒温油浴中的螺旋铜管后被加热，然后进入到二茂铁蒸发室4对二茂铁进行加热。

所述灭火平台主要由燃烧室6和烟道7组成，二茂铁蒸发室4的出气管5连接燃烧室6，烟道7直接连接燃烧室6。

燃烧室6的框架属于钢结构，其内尺寸为0.53×0.53×0.6m。为了便于观察，燃烧室的四个面装上玻璃，为了减少实验对燃烧室的损害，玻璃采用钢化玻璃。四面玻璃中有三面是完全固定的，另一面玻璃分为两半，尺寸分别为0.53×0.40m和0.53×0.13m，尺寸为0.53×0.40m的可以抽出，用于燃料的添加。燃烧室6的几何中心处设置油盘9，油盘9放置在电子天平8上，电子天平8的测量范围为0～500g，测量精度为0.001kg，电子天平8连接质量变化采集器，用于测量可燃物在燃烧过程中的质量损失。

烟道7全部是由钢制成，直接与燃烧室6相连。它由集烟罩和烟囱两个部分组成。集烟罩是锥形的，下表面的尺寸为0.53×0.53m，上表面的尺寸为0.13×0.13m，高为0.3m，它是用来收集在实验过程中生成的所有燃烧产物。烟囱的尺寸为0.13×0.13×1m，在它的侧面打一个孔，安装烟气分析仪探头13，烟气分析仪探头13连接烟气分析仪14，用来采集分析烟气成分。

烟气分析仪14测定烟气中气体成分及浓度，它可同时测量排烟温度、烟气中的氧(O₂)、一氧化碳(CO)、二氧化硫(SO₂)、一氧化氮(NO)、二氧化氮(NO₂)、微压(ΔP)等参数，计算二氧化碳(CO₂)、氮氧化物(NO_x)、空气过剩系数(α)、α＝1时的一氧化碳值(CO’)、燃烧效率(η)，并具有计算机通讯口(RS232)，可实现与计算机的通讯联网。

在燃烧室6的玻璃壁面上打四个孔，将4根热电偶12***到燃烧室6中，在距离油盘9的上表面中心0.05m处布置一个热电偶，并沿着表面中心线向上每隔0.05m布置一个热电偶。热电偶12连接温度变化采集器11，采集从油盘上方0.05m处开始，每隔0.05m处的火焰温度。测定火焰的温度分布情况。

利用N₂作为载气，实验前先预通载气利用浮子流量计固定载气流量为1.0m³/h，将水浴加热到70℃，油浴加热到75℃，利用恒温控制器将水浴和油浴的温度控制在±1℃的误差范围内。水浴和油浴的温度加热到设定的温度后，将80g酒精(燃料只要是可燃液体燃料即可)加入到油盘9内将油盘点燃，即时打开秒表记录时间，打开烟气分析仪和质量变化采集器记录烟气成分和燃料质量的变化，每隔四秒记录一次热电偶的温度。经过50s的预燃时间，油盘内火焰达到稳定燃烧阶段后，打开载气源1通气阀通入N₂。N₂经水浴和油浴加热后进入到二茂铁蒸发室4内对二茂铁进行加热，并混合到一起，随后N₂和二茂铁的混合气体进入到燃烧室6与火焰相互作用。经过一段的抑制作用后火焰熄灭，关闭通气阀，打开排烟通道。等待25分钟左右，即燃烧室6内空气恢复原始工况后，再开始第二次实验。

进入燃烧室6的气体是载气(N₂)和二茂铁蒸气的混合气体，当它充入燃烧室6后既可以起到物理灭火作用，又可以起到化学灭火作用。N₂是惰性气体，它不与氧气和液体燃料反应，当其充入燃烧室6后改变了燃烧室6内氧气的浓度，这样就起到了窒息的物理灭火作用。二茂铁蒸气在高温下会受热分解出气态的铁原子，铁原子和氧气反应生成FeO₂，FeO₂进一步和氧原子反应生成FeO，FeO是长期存在的中间物质，它可以和H₂O反应生成Fe(OH)₂以及FeOH等活性中间体，这些活性中间体可以与燃烧反应过程中产生的自由基H⁺、O^2-等结合，阻断自由基链反应，达到抑制和熄灭火焰的化学灭火作用。

得到烟气中氧气、二氧化碳和一氧化碳的浓度变化，燃烧过程中燃料的质量变化和燃烧效率，并可以根据燃料的质量变化和燃烧效率计算燃料的热释放速率。通常，在相同载气流量、燃料及初始火源功率情况下，热释放速率越低，则说明在二茂铁作用下，火源放热强度越低。同时也说明在此二茂铁浓度条件下的灭火效果越好。

实施例2

实验***同实施例1。

实验前先预通载气利用转子流量计固定载气流量为1.0m³/h，将水浴加热70℃，由于甘油的沸点是290℃，所以可以改变油浴的温度，得到不同浓度的二茂铁。

从实验中得到不同浓度的二茂铁作用下烟气中氧气、二氧化碳和一氧化碳的浓度变化，燃烧过程中燃料的质量变化和燃烧效率，并可以根据燃料的质量变化和燃烧效率计算燃料的热释放速率。

实施例3：

实验***同实施例1。

实验前先预通载气利用转子流量计固定载气流量，由于转子流量计的量程是0～2.5m3/h，所以可以改变载气的流量，得到不同载气流量下烟气中氧气、二氧化碳和一氧化碳的浓度变化，燃烧过程中燃料的质量变化和燃烧效率，并可以根据燃料的质量变化和燃烧效率计算燃料的热释放速率。

Claims (12)

1、一种二茂铁灭火实验***，其特征是，包括二茂铁蒸发装置、灭火平台，其中二茂铁蒸发装置包括载气源(1)、恒温水浴(2)、恒温油浴(3)和二茂铁蒸发室(4)，载气源(1)连接恒温水浴(2)，恒温水浴(2)对载气预热，恒温水浴(2)连接恒温油浴(3)，二茂铁蒸发室(4)置于恒温油浴(3)中，恒温油浴(3)对载气进行加热蒸发；所述灭火平台包括燃烧室(6)和烟道(7)，二茂铁蒸发室(4)的出气管(5)通到燃烧室(6)内。

2、根据权利要求1所述的二茂铁灭火实验***，其特征在于，所述载气为高温下不与氧气反应的惰性气体。

3、根据权利要求2所述的二茂铁灭火实验***，其特征在于，所述载气包括氮气、二氧化碳。

4、根据权利要求1所述的二茂铁灭火实验***，其特征在于，所述恒温水浴(2)和恒温油浴(3)分别连接数显控温仪(15)。

5、根据权利要求1所述的二茂铁灭火实验***，其特征在于，恒温油浴(2)和恒温水浴(3)之间安装浮子流量计(16)，控制载气的流量。

6、根据权利要求1所述的二茂铁灭火实验***，其特征在于，油浴采用甘油。

7、根据权利要求1所述的二茂铁灭火实验***，其特征在于，二茂铁蒸发室(6)中设置10层滤网，每层滤网铺设0.01m厚的二茂铁，滤网的孔径只限气体通过。

8、根据权利要求1所述的二茂铁灭火实验***，其特征在于，所述的灭火平台的燃烧室(6)内，设置油盘(9)盛放燃料。

9、根据权利要求8所述的二茂铁灭火实验***，其特征在于，所述油盘(9)放置在电子天平(8)上，电子天平(8)与质量变化采集器(10)相连。

10、根据权利要求1所述的二茂铁灭火实验***，其特征在于，所述的油盘(9)上方设置热电偶(12)，热电偶(12)连接温度变化采集器(11)，测定火焰的温度分布情况。

11、根据权利要求10所述的二茂铁灭火实验***，其特征在于，所述所述热电偶(12)为4个，沿着油盘(9)的表面中心线向上间隔布置。

12、根据权利要求1所述的二茂铁灭火实验***，其特征在于，所述的烟道(7)内设置烟气分析探头(13)，烟气分析探头(13)连接烟气分析仪(14)。

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