Способ анализа вещества термоаналитическим методом

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники, касающейся исследования, измерений и контроля термических характеристик веществ и материалов, и может быть использовано для идентификации вещества при принятии мер по обеспечению пожарной и промышленной безопасности. Способ анализа вещества термоаналитическим методом заключается в определении его пожаровзрывоопасности по величине экзотермического эффекта процесса окисления и начальной температуре тепловыделения. Одновременно по величине экзотермического эффекта процесса окисления проводят идентификацию вещества, а для определения пожаровзрывоопасности вещества дополнительно используют величину усредненной интенсивности тепловыделения, рассчитываемую по формуле I=ΔQ/ΔТ, где ΔQ - экзотермический эффект окисления (Дж/г), а ΔТ - ширина температурного интервала экзотермического пика окисления на половине его высоты (°C). Технический результат - возможность одновременной идентификации вещества и определения его пожаровзрывоопасности; повышение надежности и точности при оценке пожаровзрывоопасности веществ и материалов; расширение возможностей для исследования пожарозрывоопасности; сокращение времени и трудозатрат; экспрессность способа. 3 табл., 4 ил.

 

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники, касающейся исследования, измерений и контроля термических характеристик веществ и материалов. Изобретение может использоваться для идентификации вещества при принятии мер по обеспечению пожарной и промышленной безопасности, в особенности высокодисперсных порошков металлов, и может применяться при разработке и контроле технологических процессов, связанных с обращением, переработкой и использованием указанных материалов при изготовлении деталей и элементов различных устройств.

Вопросы и проблемы, связанные с обеспечением пожарной и промышленной безопасности всегда обращали на себя пристальное внимание исследователей, разработчиков, конструкторов, а также представителей многих других специальностей.

Номенклатура показателей пожаровзрывоопасности веществ и материалов, а также методы их определения достаточно подробно представлены в [ГОСТ 12.1.044-89 (ИСО 4589-84) - Пожаровзрывоопасность веществ и материалов. Номенклатура показателей и методы их определения. - Москва, Стандартинформ, 2006]. При этом для твердых веществ (пылей, порошков) насчитывается более десятка показателей пожаровзрывоопасности, таких как температура самовоспламенения, концентрационные пределы воспламенения, группа горючести, скорость нарастания давления взрыва и др.

Вследствие явного переизбытка показателей пожаровзрывоопасности, определение совокупности всех показателей представляет весьма трудоемкую задачу и вряд ли оправдано. По этой причине на практике в этом же ГОСТе рекомендуют ограничиться количеством показателей. Укажем, что идентификация вещества (материала) на предмет его химического состава в аналоге не предусмотрена.

Отметим далее следующие важные обстоятельства. Измерение на практике характеристик и показателей пожаровзрывоопасности согласно [ГОСТ 12.1.044-89 (ИСО 4589-84)] требует применения специализированного стендового оборудования, которого нет в подавляющем большинстве исследовательских и заводских лабораторий. Кроме того, получаемые характеристики жестко «привязаны» к конкретной геометрии оборудования и условиям измерений, и по этой причине использовать эти величины в качестве универсальных, например, при математическом моделировании соответствующих процессов, может представлять серьезные трудности. Таким образом, необходимо рассмотреть возможности применения для оценок показателей пожаровзрывоопасности оборудования и методик, достаточно универсальных (стандартных) и широко распространенных в исследовательских лабораториях.

Такие методики могут быть основаны на термическом анализе, как совокупности широко распространенных универсальных методов. Применение универсальных и стандартных методик, какими являются методики, основанные на термическом анализе, обеспечит экспрессный подход к оценке пожаровзрывоопасности материалов, который может быть реализован в очень многих исследовательских и заводских лабораториях.

Необходимость и актуальность экспрессного подхода к материалам, особенно находящимся в форме металлических порошков, обусловлена тем, что пожаровзрывоопасность весьма существенно зависит от характеристик порошка, таких как гранулометрический (дисперсный) состав, наличие примесей, удельная поверхность порошка, состояние поверхности частиц порошка и др. Данные характеристики, в свою очередь, определяются, в основном, технологией изготовления конкретного материала, которая с течением времени подвержена неизбежному «дрейфу» вследствие целого ряда причин, таких как утрата традиционных поставщиков сырья, износ технологического оборудования и т.д.

Один из наиболее часто используемых методов термического анализа - это метод термогравиметрии (ТГ), основанный на непрерывной регистрации зависимости массы образца от температуры Т, растущей с течением времени «t» равномерно по закону Т=Т0+αt, и применяется обычно в тех случаях, когда образец при нагревании выделяет или поглощает газообразные вещества. Обычно ТГ-метод применяют совместно с методом дифференциального термического анализа (ДТА) или дифференциальной сканирующей калориметрии (ДСК), которые позволяют регистрировать тепловые потоки, обусловленные физико-химическими превращениями, протекающими в образце материала в процессе его нагревания [У. Уэндландт. Термические методы анализа. - М: Мир, 1978 г.; Химия. Большой Энциклопедический Словарь. - М.: 1998 г.; Л.Г. Берг. Введение в термографию. - М.: Наука, 1969 г.; Н.Д. Топор, Л.П. Огородова, Л.В. Мельчакова. Термический анализ минералов и неорганических соединений. - М.: Изд. МГУ, 1987 г.; Handbook of Thermal Analysis and Calorimetry, volume 2, ed. Michael E. Brown, Patrick K. Gallagher. - Elsevier, 2003].

Наиболее близким к заявляемому способу является способ анализа вещества термоаналитическим методом, изложенный в инструкции [Идентификация твердых веществ, материалов и средств огнезащиты при испытаниях на пожарную опасность. - Инструкция, Москва: ФГУ Всероссийский Научно-исследовательский Институт Противопожарной Обороны (ВНИИПО) МЧС РФ, 2004 (база нормативной документации на www.complexdoc.ru).]. Способ заключается в определении пожаровзрывоопасности веществ и материалов по начальной температуре окисления и экзотермическому эффекту окисления. При определении пожаровзрывоопасности твердых веществ, материалов и средств огнезащиты на пожарную опасность в способе-прототипе используются методы термического анализа, в основном, это термогравиметрия ТГ и, в существенно меньшей степени, ДТА (ДСК).

К недостаткам прототипа можно отнести то, что здесь так же, как и в аналоге, отсутствует возможность идентификации исследуемого вещества на предмет его химического состава. Кроме того, не использованы все возможности для определения пожароопасности на основании анализа уже полученных экспериментальных ТГ-ДТА кривых.

Задачей настоящего изобретения является повышение надежности и точности оценки пожаровзрывоопасности вещества при одновременной его идентификации.

Технический результат, достигаемый при использовании настоящего изобретения, заключается в следующем:

- расширение возможностей термоаналитического метода для исследования пожаровзрывоопасности веществ с одновременной их идентификацией по химическому составу;

- одновременное получение дополнительной важной информации о пожаровзрывоопасности веществ, что позволяет повысить надежность и точность оценки пожаровзрывоопасности;

- экспрессность метода анализа;

- незначительная трудоемкость проведения измерений.

Для решения указанной задачи и достижения технического результата заявляется способ анализа вещества термоаналитическим методом, заключающийся в определении его пожаровзрывоопасности по величине экзотермического эффекта процесса окисления и начальной температуре окисления, в котором согласно изобретению по величине экзотермического эффекта процесса окисления одновременно проводят идентификацию вещества, а для определения пожароопасности вещества дополнительно используют величину усредненной интенсивности тепловыделения, рассчитываемую по формуле I=ΔQ/ΔT, где ΔQ - экзотермический эффект окисления (Дж/г), a ΔT - ширина температурного интервала экзотермического пика окисления на половине его высоты (°C).

В прототипе отсутствует величина интенсивности тепловыделения - важнейшая характеристика, определяющая склонность вещества к тепловому взрыву и, таким образом, существенно влияющая на пожаровзрывоопасность. В нашем случае принимаем за интенсивность тепловыделения ее усредненную величину, равную I=ΔQ/ΔT, где ΔQ - экзотермический эффект окисления (Дж/г), a ΔT - ширина температурного интервала экзотермического пика окисления на половине его высоты (°C) (см. фиг. 1, фиг. 3). Величина ΔQ определяется при этом, как обычно, по площади под ДТА (ДСК) - кривой [У. Уэндландт. Термические методы анализа. - М.: Мир, 1978 г.; Н.Д. Топор, Л.П. Огородова, Л.В. Мельчакова. Термический анализ минералов и неорганических соединений. - М.: Изд. МГУ, 1987 г.].

Отметим, что важность величины интенсивности тепловыделения, как одной из характеристик, определяющих пожаровзрывоопасность, следует из теории теплового взрыва, разработанной академиком И.Н. Семеновым [Я.Б. Зельдович, Г.И. Баренблатт, В.Б. Либрович, Г.М. Махвиладзе. Математическая теория горения и взрыва. - М.: Наука, 1980, стр. 54]. Качественно можно сказать, что, чем выше интенсивность тепловыделения, тем выше пожаровзрывоопасность. Иными словами, при одной и той же величине экзотермического эффекта окисления более узкий пик окисления соответствует большей пожаровзрывоопасности, а более широкий и пологий - меньшей пожароопасности.

В настоящем изобретении заявляется способ анализа веществ, основанный на термоаналитическом методе, включающем термогравиметрический (ТГ) и дифференциальный термический анализ ДТА. Вместо ДТА при этом может использоваться аналогичная по своей сущности дифференциальная сканирующая калориметрия (ДСК). Заявленный способ заключается в идентификации вещества на предмет его химического состава по величине экзотермического эффекта процесса окисления, а эта возможность отсутствует в прототипе. Здесь используется тот факт, что экзотермический эффект процесса окисления совпадает с удельной теплотой образования окисла конкретного вещества, являющейся фундаментальной величиной, которая отражена в справочниках физико-химических величин.

Заявленный способ является экспрессным, экономичным и позволяет на основании результатов, по существу, единичного совмещенного эксперимента ТГ-ДТА (ДСК) идентифицировать вещество и сделать квалифицированное заключение о его пожаровзрывоопасности, повышая надежность и точность оценки пожаровзрывоопасности.

На фиг. 1 представлены результаты дифференциального термического анализа (ДТА) проб порошков тантала, где кривая 1 соответствует порошку тантала, полученному по традиционной «конденсаторной» технологии; кривая 2 - порошку тантала, полученному по технологии «гидрирования-дегидрирования». По оси абсцисс отложена текущая температура пробы порошка, по оси ординат - тепловой поток (мощность тепловыделения), обусловленный процессами окисления тантала. Температуры Тнач 1 и Тнач 2 соответствуют началу тепловыделения, а величины ΔТ1, ΔТ2 характеризуют ширину температурного интервала экзотермического пика окисления на половине его высоты (°C). Условия проведения опытов: продувка воздухом ~3 л/ч; скорость нагревания - 10°C/мин.

На фиг. 2 представлены результаты термогравиметрического (ТГ) анализа порошков тантала, где кривая 1 соответствует порошку тантала, полученному по традиционной «конденсаторной» технологии; кривая 2 - порошку тантала, полученному по технологии «гидрирования-дегидрирования». По оси абсцисс отложена текущая температура пробы порошка, по оси ординат - прирост массы вследствие образования нелетучих оксидов тантала, при этом незначительное снижение массы на начальном этапе нагрева обусловлено удалением влаги и, возможно, других летучих примесей. То1, То2 - температуры начала прироста массы вследствие окисления, определяемые из ТГ-опытов. Условия проведения опытов: продувка воздухом - 3 л/ч; скорость нагрева - 10°C/мин.

На фиг. 3 представлены результаты дифференциального термического анализа (ДТА) проб порошков вольфрама. По оси абсцисс отложена текущая температура пробы порошка, по оси ординат - тепловой поток (мощность тепловыделения), обусловленный процессами окисления вольфрама. Величина ΔТ характеризует ширину температурного интервала экзотермического пика окисления на половине его высоты (°C). Условия проведения опытов: продувка воздухом ~3 л/ч; скорость нагревания - 10°C/мин.

На фиг. 4 представлены результаты термогравиметрического (ТГ) анализа порошков вольфрама. По оси абсцисс отложена текущая температура пробы порошка, по оси ординат - прирост массы вследствие образования нелетучих оксидов вольфрама, при этом незначительное снижение массы на начальном этапе нагрева обусловлено удалением влаги и, возможно, других летучих примесей. То1, То2 - температуры начала прироста массы вследствие окисления, определяемые из ТГ-опытов. Условия проведения опытов: продувка воздухом ~3 л/ч; скорость нагревания - 10°C/мин.

Заявленный способ осуществляется следующим образом, что поясним на примере тантала. Проводились исследования высокодисперсных порошков тантала, изготовленных по традиционной «конденсаторной» технологии и по технологии «гидрирования-дегидрирования». Важно отметить, что характеристики пожаровзрывоопасности для порошков по традиционной «конденсаторной» технологии были получены ранее по методикам [ГОСТ 12.1.044-89 (ИСО 4589-84)] и нашли отражение в справочнике [Пожаровзрывоопасность веществ и материалов и средства их тушения. Справочник / Под ред. А.Н. Баратова и А.Я. Корольченко, Книга 1, 2. - Москва, «Химия», 1990], в то время как для новой технологии «гидрирования-дегидрирования» эти характеристики вплоть до настоящего времени не были измерены.

Проведена опытная отработка заявленного способа анализа вещества термоаналитическим методом. Исследование порошковых материалов методами совмещенного ТГ-ДТА анализа проводили на термоанализаторе SETARAM TGA 92-24 (Франция). Погрешность термоанализатора по измерению массы равна ±10-6 г, по измерению температуры - ±0,5°C; энергетическая чувствительность составляет 100 мкВт.

Для каждого из 2-х исследованных образцов порошкообразного тантала, полученных по различным технологиям, было взято по три пробы, с которыми и были проведены ТГ-ДТА опыты.

В процессе каждого ТГ-ДТА опыта пробу исследуемого порошка массой ~20…30 мг помещали в керамический тигель, который устанавливали в измерительной ячейке ТГ-ДТА термоанализатора. Затем проводили нагрев ячейки с непрерывной продувкой воздухом, поддерживая объемный его расход равным ~3 л/ч (при Р~1 атм.). Нагрев осуществлялся от температуры окружающей среды, составляющей ~25°C, до температуры, по достижении которой прирост массы пробы, обусловленный окислением порошка и образованием нелетучих оксидов, прекращался. Прекращение прироста массы обусловлено образованием высших окислов данного металла.

При проведении ТГ-ДТА опытов производилась непрерывная регистрация изменения с течением времени массы пробы (ТГ-кривая), записывалась ее производная (ДТГ-кривая) и кривая теплового потока или, по-другому, кривая дифференциального термического анализа (ДТА). Зарегистрированные экспериментальные кривые автоматически выводились на монитор с одновременной записью на жесткий диск управляющего компьютера.

Анализируя полученные экспериментальные результаты, вначале проводим идентификацию вещества, т.е. проверяем, действительно ли с танталом проводились опыты. Из фиг. 2 видим, что итоговый прирост массы составил ~22% масс. В случае тантала этот прирост соответствует, как нетрудно оценить, образованию высшего окисла (Та2О5), соответствующий экзотермический эффект окисления ΔQ равен, согласно справочнику [Химическая энциклопедия, т. 4, стр. 496. - М.: Большая Российская Энциклопедия, 1995], величине 4633,8 Дж/г, что и указано в таблицах 1, 2. Исходя из того, что измеренные (4474,9 Дж/г и 4646,6 Дж/г) и справочное (4633,8 Дж/г) значения в обоих случаях весьма близки друг к другу (разница не более 3,5%), делаем вывод о том, что исследуемый порошок является именно танталом.

В случае когда исследуемый порошок является смесью нескольких компонентов, количество которых равно «k», и имеющих массу m1, m2, m3, …, mi, …, mк, и суммарную массу М, расчетный усредненный экзотермический эффект окисления можно оценить согласно формуле:

где ΔQi - табличное значение экзотермического эффекта процесса окисления i-го компонента, при этом предполагается, что сами компоненты не взаимодействуют между собой в процессе нагревания.

Одной из наиболее критичных величин, характеризующих пожаровзрывоопасность и определяемых согласно [ГОСТ 12.1.044-89 (ИСО 4589-84)], является температура самовоспламенения (Тсамовоспл, °C). Температура самовоспламенения обусловлена началом протекания экзотермических (с выделением тепла) реакций окисления частиц металла, которые в условиях реакционного сосуда (кюветы, ванны) приводят к дальнейшему росту температуры, вплоть до самовоспламенения навески порошка.

Таким образом, указанной температуре Тсамовоспл можно сопоставить температуру начала тепловыделения (Тнач, °C), обусловленного окислением. Последняя из указанных температур определяется на основании результатов ТГ-ДТА (ДСК) экспериментов и, усредненная по 3-м опытам для порошка тантала, изготовленного по традиционной «конденсаторной» технологии, дает величину Тнач 1=302,9°C (см. фиг. 1 и табл. 1). Данное значение практически совпадает со справочным значением температуры Тсамовоспл=300°C [Пожаровзрывоопасность веществ и материалов и средства их тушения. Справочник / Под ред. А.Н. Баратова и А.Я. Корольченко, Книга 1, 2. - Москва, «Химия», 1990], определенной согласно [ГОСТ 12.1.044-89 (ИСО 4589-84)] именно для порошка, изготовленного по традиционной «конденсаторной» технологии, что и обосновывает корректность предложенного нами способа.

Для технологии «гидрирования-дегидрирования» соответствующая температура начала тепловыделения Тнач 2=322,6°C (см. фиг. 1 и табл. 2), что почти на 20°C выше, чем для традиционной «конденсаторной» технологии. Таким образом, можно сделать вывод о том, что порошок тантала, полученный по технологии «гидрирования-дегидрирования», менее пожаровзрывоопасен, чем порошок, полученный по традиционной технологии.

Теперь обратим внимание на величину интенсивности тепловыделения I=ΔQ/ΔT. Вследствие того, что ширина пика тепловыделения ΔТ2>ΔT1 (см. фиг. 1), a ΔQ в обоих случаях практически одинаково (4474,9 Дж/г и 4646,6 Дж/г, см. таблицы 1, 2), поэтому усредненная интенсивность тепловыделения ΔQ/ΔT для новой технологии ниже, чем для традиционной, а именно 99,7 Дж/(г⋅°C) против 114, 6 Дж/(г⋅°C), как это указано в таблицах 1, 2. Таким образом, и по данному важному параметру порошок тантала, полученный по технологии «гидрирования-дегидрирования», менее пожаровзрывоопасен, чем порошок, полученный по традиционной «конденсаторной» технологии.

Важно еще раз отметить, что для порошка Та по технологии "гидрирования-дегидрирования" литературных данных, полученных по методам [ГОСТ 12.1.044-89 (ИСО 4589-84)], пока еще нет, тем не менее, полученные результаты дают основание уверенно говорить о том, что пожаровзрывоопасность порошка при переходе на новую технологию понизится. Отметим также, что в ходе ТГ-ДТА (ДСК) опытов определяются одновременно удельное тепловыделение ΔQ и его интенсивность ΔQ/ΔT, которые согласно [ГОСТ 12.1.044-89 (ИСО 4589-84)] не определяются, однако определенные согласно заявляемому способу, они могут использоваться на практике, в том числе при математическом моделировании протекающих процессов.

Теперь рассмотрим результаты, полученные для порошка вольфрама. Из фиг. 4 видим, что прекращение роста массы пробы, сопровождающееся выходом ТГ-кривой на «насыщение», и образование высшего окисла соответствует приросту массы, равному 26%. Необходимо идентифицировать, что исследуемый порошок - именно вольфрам, а не какой-либо иной металл. Высший окисел вольфрама отвечает химической формуле WO3 и соответствует, как нетрудно рассчитать, именно 26%-му приросту массы. Результаты ДТА, отраженные на фиг. 3 и в таблице 3, подтверждают, что исследуемый порошок - вольфрам. Так, измеренный экзотермический эффект окисления равен 3565,0 Дж/г, что практически, с точностью до погрешности измерения, совпадает со справочным значением для вольфрама, равным 3628,6 Дж/г [Химическая энциклопедия, т. 1, стр. 421. - М.: Большая Российская Энциклопедия, 1988].

Температура начала тепловыделения, соответствующая началу окисления, по данным ДТА для порошка вольфрама равна Тнач=600,8°C, усредненная интенсивность тепловыделения ΔQ/ΔT равна ~33,1 Дж/(г⋅°C) (см. таблицу 3). Сравнивая полученные данные с аналогичными данными для тантала, делаем вывод, что порошок вольфрама существенно менее пожаровзрывоопасен, чем порошок тантала, т.к. температура начала тепловыделения (Тнач=600,8°C) для вольфрама существенно выше, а усредненная интенсивность тепловыделения (33,1 Дж/(г°C)), в свою очередь, существенно ниже, чем для тантала.

Таким образом, результаты, представленные на фиг. 1…4 и в таблицах 1…3, подтверждают достижение технического результата с применением заявленного способа. Отметим, что одновременно с определением пожаровзрывоопасности появилась возможность и идентафикации веществ, при этом полученная дополнительная информации позволяет повысить надежность и точность анализа пожаровзрывоопасности веществ.

Способ анализа вещества термоаналитическим методом, заключающийся в определении его пожаровзрывоопасности по величине экзотермического эффекта процесса окисления и начальной температуре тепловыделения, отличающийся тем, что одновременно по величине экзотермического эффекта процесса окисления проводят идентификацию вещества, а для определения пожаровзрывоопасности вещества дополнительно используют величину усредненной интенсивности тепловыделения, рассчитываемую по формуле I=ΔQ/ΔТ, где ΔQ - экзотермический эффект окисления (Дж/г), a ΔT - ширина температурного интервала экзотермического пика окисления на половине его высоты (°C).



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области безопасного применения полимерных композиционных материалов в конструкциях корпуса возвращаемого аппарата пилотируемого космического корабля.

Изобретение относится к области пожарной безопасности зданий и сооружений и может быть использовано для классификации железобетонных балочных конструкций. Сущность изобретения заключается в том, что испытание железобетонной балочной конструкции здания проводят без разрушения, по комплексу единичных показателей качества, оценивая их величину с помощью статического контроля.

Изобретение относится к области пожарной безопасности зданий и может быть использовано для классификации железобетонных колонн зданий по показателям сопротивления их воздействию пожара.

Изобретение относится к области пожарной безопасности зданий и сооружений, в частности оно может быть использовано для классификации железобетонных ферм зданий по показателям сопротивления их воздействию пожара.

Группа изобретений относится к оборудованию для испытаний пиротехнических изделий (ПИ). Способ определения характеристик самопроизвольного срабатывания ПИ включает тепловое воздействие на корпус ПМ с заданным темпом нагрева до момента его самопроизвольного срабатывания и фиксацию температуры корпуса ПИ, при которой произошло самопроизвольное срабатывание.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для проведения исследований пожарной опасности образцов строительных, отделочных, облицовочных и других конструкций и материалов.

Изобретение относится к области исследования характеристик высокоэнергетических материалов (ВЭМ) и может быть использовано для определения времени задержки зажигания ВЭМ лучистым тепловым потоком.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для проведения экспериментов по воспламенению. В устройстве для экспериментов по воспламенению для получения положений горения, образованного внутри трубки (1), можно регулировать градиент температуры в продольном направлении, приложенный к трубке, посредством включения в него устройства для подачи терморегулирующей текучей среды (2).

Изобретение относится к области исследования параметров горения твердых веществ и может быть использовано для определения массовой скорости выгорания древесины строительных конструкций в условиях затрудненного газообмена при локальном пожаре в здании.

Изобретение относится к области пожарной безопасности зданий. .

Изобретение относится к области противопожарной защиты и может быть использовано в качестве комбинированного датчика обнаружений возгораний в установках автоматического пожаротушения. Датчик содержит блок питания с трансформатором согласования напряжений блока питания, три датчика обнаружения тепла, дыма и пламени, подключенных параллельно к блоку питания, причем каждый датчик снабжен выходной обмоткой, дроссель управления, содержащий сердечник, на котором размещены выходные обмотки указанных датчиков, и обмотку дросселя управления, и трансформатор управления с первичной и вторичной обмотками и электрическую цепь связи блока питания, выводов названных датчиков и запорно-пусковой аппаратуры, содержащую последовательно и согласно включенные вторичную обмотку трансформатора согласования напряжений блока питания, обмотку дросселя управления и первичную обмотку трансформатора управления, при этом вторичная обмотка трансформатора управления подключена к запорно-пусковой аппаратуре. Технический результат - уменьшение времени тушения пожара датчик обеспечивает, поскольку он одновременно реагирует на тепло, дым и пламя, возникающие при пожаре. 1 ил.

Установка предназначена для определения показателей пожарной и транспортной опасности твердых дисперсных веществ и материалов, склонных к инициированному самонагреванию/самовозгоранию и выделению горючих и/или токсичных газов. Может быть применена в решении вопросов безопасности на транспорте, в сырьевой и добывающей промышленности, где обращаются самовозгорающиеся материалы (грузы). На известных установках невозможно получение сведений о взаимосвязи величины разогрева, интенсивности и объема выделения газов с концентрацией инициатора в дисперсном материале. Установка отличается от известных изобретений тем, что, использует многокамерный термостат, в цилиндрические реакционные камеры которого помещаются образцы испытуемого материала с различной концентрацией инициатора самовозгорания, контрольно-измерительная автоматическая система термостатирования камер обеспечивает проведение опыта при заданной температуре, компенсацию потерь тепла самонагревающейся массы через стенки камеры и измерение величины разогрева. При этом осуществляется контроль газового состава в слое дисперсного материала и в свободном пространстве каждой камеры. Одна из камер является контрольной и предназначена для образца пробы материала с исходной (безопасной) концентрацией инициатора. Все камеры обеспечены диаметрально расположенными штуцерами для отбора пробы их атмосферы по теплоизолированным линиям, содержащим фильтр-ловушку, на определение газового состава газоанализатором и ее возврата в камеру при помощи микрокомпрессора. Технический результат – обеспечение разработки безопасных технологий производства, хранения и транспортировки материалов, склонных к самовозгоранию, а также их классификации как опасных грузов. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к области пожарной безопасности зданий, в частности, оно может быть использовано для пожарно-технической классификации стальной термозащищенной гофробалки по показателям сопротивления воздействию пожара. Оценку огнестойкости стальной гофробалки проводят без разрушения по комплексу единичных показателей качества составных элементов сварного двутавра. Для этого определяют геометрические размеры нижней и верхней полок, гофрированной стенки, схему обогрева их сечений в условиях пожара, величину испытательной нагрузки и интенсивность силовых напряжений в сечениях составных элементов, марку стали, показатели термодиффузии материалов термозащиты. Описание процесса сопротивления термозащищенной гофробалки стандартному тепловому воздействию представлено математической зависимостью, которая учитывает влияние интенсивности силовых напряжений в сечении составного элемента от действия испытательной нагрузки, приведенную толщину металла сечения составного элемента, величину показателя термодиффузии материала термозащиты. Проектный предел огнестойкости гофробалки определяют, используя аналитические уравнения. Достигается возможность оценки огнестойкости стальной термозащищенной гофробалки здания без дополнительного натурного теплового воздействия, повышение достоверности неразрушающих испытаний строительных конструкций, уменьшение расхода металла на изготовление стальных гофробалок, ускорение проведения испытаний. 5 з.п. ф-лы, 5 ил., 1 пр.

Изобретение относится к области пожарной безопасности зданий. При осуществлении способа испытание стальной балки с гофростенкой проводят без разрушения по комплексу единичных показателей качества, оценивая их величину с помощью статистического контроля. Для этого определяют геометрические размеры элементов сварного двутавра стальной балки, схему обогрева опасного сечения элемента сварного двутавра стальной балки в условиях стандартного испытания на огнестойкость, условия закрепления его концов; длину периметра обогрева сечения элемента сварного двутавра, величину испытательной нагрузки и интенсивность силовых напряжений в сечении каждого элемента сварного двутавра стальной гофростенкой балки. Описание процесса сопротивления элемента сварного двутавра стальной балки высокотемпературному воздействию стандартного испытания представлено математической зависимостью, которая учитывает влияние интенсивности силовых напряжений в сечении элемента сварного двутавра стальной балки от действия испытательной нагрузки и приведенную толщину металла сечения элемента сварного двутавра стальной балки с гофрированной стенкой. Предел огнестойкости стальной балки с гофростенкой определяют по длительности сопротивления огневому воздействию наиболее слабого в статическом и тепловом отношении элемента сварного двутавра. Достигается возможность определения огнестойкости стальной балки с гофростенкой без натурного огневого воздействия, повышение достоверности неразрушающих испытаний, уменьшение расхода металла на изготовление стальной балки, ускорение проведения испытаний. 6 з.п. ф-лы, 3 пр., 4 ил.

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано для испытаний как объектов, содержащих взрывчатые и токсичные вещества, так и товаров народно-хозяйственного назначения на различные тепловые воздействия, включая воздействие открытого пламени очага пожара. Установка для испытаний объекта на температурные воздействия содержит установленную на фундаменте рабочую камеру с размещенными внутри устройством для крепления объекта испытаний и источником температурного воздействия в виде топливного коллектора, установленного под объектом испытаний, запальное устройство и вытяжное отверстие в крыше камеры с возможностью его перекрытия. Рабочая камера является сборной металлической конструкцией. Стенки камеры образованы установленными на фундаменте стойками, скрепленными поперечными балками с навешанными на них с возможностью съема металлическими модулями. Крыша камеры выполнена съемной, снаружи крыша и модули оснащены металлическим профилем. Модули приподняты над фундаментом с образованием воздушного зазора, снаружи прикрываемого отстоящими на некотором расстоянии от стенок камеры опорными модульными элементами. Каждая трубка топливного коллектора выполнена со сквозными резьбовыми отверстиями для распыления топлива, размещенными друг от друга на расстоянии, обеспечивающем условие перекрытия факелов распыляемого топлива, истекаемого из соседних отверстий, при этом устройство для крепления объекта испытаний выполнено в виде подставки из сварного металлического профиля. Технический результат - создание трансформируемой мобильной установки, допускающей ее разборку и сборку под широкий диапазон объектов испытаний при обеспечении создания равномерного температурного поля внутри камеры, увеличение ресурса и экономичности установки. 2 ил.

Изобретение относится к области исследования свойств материалов, а более конкретно к способу определения кинетических характеристик угля микропомола, в том числе температуры воспламенения, энергии активации, предэкспоненциального множителя константы скорости реакции горения. Согласно изобретению, способ определения кинетических характеристик механоактивированного угля микропомола включает создание по всей длине камеры сгорания адиабатических условий, отбор пробы угля в виде доз-навесок массой 100-500 мг, впрыск пробы в камеру сгорания через дозатор и отсечной магнитный клапан с периодичностью, равной времени установления в камере сгорания адиабатических условий, опрос датчиков, установленных по длине камеры сгорания с шагом равным или меньше диаметра камеры, определение кинетических характеристик угля с помощью соотношения Аррениуса. Технический результат – повышение точности определения кинетических характеристик механоактивированного угля микропомола. 1 з.п. ф-лы, 3 табл., 1 ил.

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники, касающейся исследования, измерений и контроля термических характеристик веществ и материалов, и может быть использовано для идентификации вещества при принятии мер по обеспечению пожарной и промышленной безопасности. Способ анализа вещества термоаналитическим методом заключается в определении его пожаровзрывоопасности по величине экзотермического эффекта процесса окисления и начальной температуре тепловыделения. Одновременно по величине экзотермического эффекта процесса окисления проводят идентификацию вещества, а для определения пожаровзрывоопасности вещества дополнительно используют величину усредненной интенсивности тепловыделения, рассчитываемую по формуле IΔQΔТ, где ΔQ - экзотермический эффект окисления, а ΔТ - ширина температурного интервала экзотермического пика окисления на половине его высоты. Технический результат - возможность одновременной идентификации вещества и определения его пожаровзрывоопасности; повышение надежности и точности при оценке пожаровзрывоопасности веществ и материалов; расширение возможностей для исследования пожарозрывоопасности; сокращение времени и трудозатрат; экспрессность способа. 3 табл., 4 ил.

Наверх