PVC电缆热解时卤酸气体生成规律实验研究

消防理论研究PVC电缆热解时卤酸气体生成规律实验研究程洁群，贾文娜，舒中俊，杨守生，陈南(中国人民武装警察部队学院，河北廊坊065000)摘要:利用高温管式炉对PVC电缆在不同条件下其卤2.1主要实验仪器酸气体的生成规律进行了实验研究。实验结果表明温度对卤酸KSS-14G型高温管式炉，洛阳市永泰实验电炉气体产量的影响最大,卤酸气体的含量与温度近似呈对数函数厂制造。的关系。研究PVC电缆受热时卤酸气体的释放规律,对评价电2.2实验材料缆的火灾危险和相关消防工程设计具有重要意义。铝芯钢带聚氯乙烯绝缘护套,武汉市第二电缆厂关键词:PVC电缆;毒性;火灾危险性中图分类号:X924, TM246, TK121文献标识码:A药品:浓硝酸,硝酸银,硫酸氰铵,硫酸铁铵和硝基文章编号:1009- 0029(2007)04- 0383-04苯(均为分析纯)。2.3实验 原理及方法1引言随着社会的进步和经济的发展,电线电缆的使用(1)实验装置。测定电缆护套料热解释放卤酸气量不断增加。由于普通电线电缆的绝缘护套层都是由体质量的实验装置主要由供气系统,高温管式炉和吸可燃的高聚物材料制成,一旦电缆发生短路、卷入火灾收系统三部分组成,图1为实验装置的示意图。或暴露于强热辐射环境时,极易导致火灾的蔓延扩大。减压阀流量计-管式炉特别是电缆中高聚物燃烧所产生的大量有毒有害烟气针形阀上石英玻璃管将对火灾现场人员的生命安全造成极大的威胁,同时气体洗瓶也会对财产和环境造成严重影响。认识电缆在火灾中燃烧释放卤酸气体的规律,对电线电缆火灾危险的预防与控制具有重要意义。救赛这性的燃烧血b盛试样的燃烧皿聚氯乙烯(PVC)材料不仅具有优良的机械、物理及电绝缘性能,而且在常温环境下,还具有自熄性,这.础力搅拌器磁力搅拌棒些优良性能使其一直是市场上最常见、用量最大的电图1 实验装置示意圈线电缆护套绝缘材料。但是,作为典型的含卤产品，(2)卤酸气含量的测定原理。在酸性条件下,加人PVC电缆在火灾燃烧中,释放的毒性气体主要是一氧过量硝酸银溶液使试样中的卤化物形成卤化银沉淀，化碳和卤酸(HC)气体。尽管有文献对PVC材料的热用硝基苯萃取卤化银沉淀后,以硫酸铁铵为指示剂,滴解机理、HCI气体的释放与抑制进行过研究,但是，加硫氰酸铵回滴过量的硝酸银,根据消耗的硫氰酸铵PVC材料在不同环境条件下释放HCI气体的规律鲜的量,计算出卤化物的含量,反应过程如下(卤素均以见报导。高温管式炉是现行国标GB/T 17650- 1998Cl表示):(取自电缆的材料燃烧时释出气体的实验,等效IECAg+ (过量)+C1--AgCl↓+Ag+ (剩余量)60754-1994)的规定使用的标准实验装置,用于试验Ag* (剩余量)+SCN---AgSCN↓电缆护套材料在规定条件下卤酸气体的总释放量。笔终点时:SCN- (剩余量)+Fe2+--[Fe(SCN)]+者采用上述标准规定的高温管式炉,以PVC电缆护套终点时的[Fe(SCN)]2+为橙红色。为实验材料,研究了PVC电缆护套材料在不同温度、(3)实验方法。先将材料在烘干箱中,于60 C干不同升温速率、不同(恒温)持续时间、不同空气流量和燥12h备用,称取500 mg试样(精确到0.1 mg),盛于不同气氛下,其卤酸气体的逸出规律。瓷舟燃烧皿中。再将瓷舟用细铁丝送人高温管式炉中2实验部分部,对试样进行加热，加热过程中所产生的气体用0.1基金项目:公安部科研课题“电线电缆火灾燃烧性能实验研究”消防科学与技术2007年7月第26卷第4期383M氢氧化钠溶液中吸收。试样热解完成后,拆开洗气y=83. 498 Inx- 336. 31(2)瓶,将吸收气体的溶液倒人容量为1 000 mL的容量瓶式中:x为管式炉的终止温度;y为试样热解的卤酸气中。并用蒸馏水清洗洗气瓶、连接管和冷却后的燃烧管体的含量。相关系数R为0.96,相关性较好。的端部,将清洗液一并倒人容量瓶,待溶液冷却到环境因此，在电线电缆密集敷设的场所,只要获得了火温度后,继续加人蒸馏水，直到凹液面与容量瓶的刻度灾条件下的温度和电线电缆荷载,就可以根据所拟合线相切,摇匀静置。用电导率测试仪测定溶液的电导的曲线方程得到这种条件下卤酸气体的生成量,这有率。使用移液管,将200mL的待测溶液移入烧瓶,然后助于更直观的了解电线电缆密集敷设场所的火灾危险依次加入浓硝酸4 mL、硝酸银20 mL和硝基苯3 mL.性,也有助于对这类场所的风险性进行定量分析评估。均匀地摇晃溶液,使氯化银沉淀析出。然后加入40%的3.2持续时间对卤酸气体含量的影响硫酸铁铵水溶液1mL和数滴6M硝酸,并使完全混将制备好的500 mg试样送人管式炉内,把空气流合。在磁力搅拌器搅拌下,用0.1 M硫氰酸铵滴定溶液量设为0.5 L/min,将管式炉的初始温度设为100 C，至终点。最后依据滴定量计算卤酸气体的含量。试样终止温度设为300C,按10C/min的升温速率设定升热解所产生的卤酸气体含量由式(1)计算:温时间为20min.管式炉的温度达到300C后,分别将3.65X (B-A)MX1 000/200/500= 3.65X (B一管式炉恒温持续时间设为指定时间(5,10、15、20、25、A)M/100(130min)。热分解实验结束后,按前文所述实验方法测式中:A为测定时使用的0.1M硫氰酸铵溶液的体积，定卤酸气体的含量。mL;B为作空白实验时使用的0.1M硫氰酸铵溶液的不同持续时间下,试样热解的卤酸气体的含量见体积,mL;M为硫氰酸铵溶液的摩尔浓度,mol/L.表2,热解的卤酸气体的含量随持续时间的变化见图3。3结果与讨论当持续时间小于15 min时,试样热解的卤酸气体含量3.1温度对卤 酸气体含量的影响呈显著增加趋势,这是由于试样暴露在高温下的时间将制备好的500 mg试样送人管式炉内,将管式炉变短 了,而且分解的卤酸气体来不及完全敏吸收液吸的空气流量设为0.5 L/min,初始温度设为100 C,分收所致。 而持续时间大于15 min后,持续时间对卤酸别将终止温度设定到指定温度(200.250、300、500气体含 量并无显著的影响。其变化规律可采用对数函C),按10C/min的升温速率升温,达到指定温度后，数来拟合,方程式见式(3)。恒温持续15min。热分解实验结束后,按前文所述实验y= 28.569 Inx+71. 127(3)方法测定试样卤酸气体的含量,不同温度下卤酸气体式中:x为管式炉的持续时间;y为试样热解的卤酸气的含量见表1。体的含量。相关系数R为0.94,相关性较好。表1不同温度下试样热解的卤酸气体的含量喪2不同持续时间下试样热解的卤酸气体的含量温度/C200 250 300 350400450 500持续时间/min10| 1520卤酸气体含量102.2 116.8|153. 3160.6164.3|167.9|178.9109.5 | 146.0| 153.3|157.0| 164.3 |160.6/mg/g图2是卤酸气体的含量随温度的变化曲线。180r200 fo180t140省160t中140画120y=28.569lnx + 71.127和120如100R'=0.8888b 100y=83.498 In x-336.3130 t80R'=0.92480+604082020 t200250 300 350 400 450 50015 202530温度/C .图2 不同终止温度下试样卤酸气体的含量圈3不同持续时间下试样卤酸气体的含量从图1可以看出,随着温度的升高,卤酸气体的含3.3 升温速率对卤酸气体含量的影响量显著增大,其变化规律可采用对数函数来拟合,方程将制备好的500 mg试样送入管式炉内,把空气流式见式(2)。量设为0.5 L/min,将管式炉的初始温度设为100 C,384Flre Science and Technology ,July 2007 . Vol 26,No. 4终止温度设为300C。试样在管式炉内的升温时间分0.5 L/min时,尽管空气流速变大有利于试样分解,但别设为指定时间(10、15 20、25 ,30、35 min) ,即升温速同时空气对试样也起到了冷却的作用,而不利于试样率分别为5.71、6. 67.8. 00.10. 00、13. 33、20. 00 C/分解,因此,当空气流量大于0.5 L/min时,卤酸气体min.管式炉的温度达到300 C后,恒温持续15 min。热的含量就不再发生显著变化了。空气流量对试样热解分解实验结束后,按前文所述实验方法测定卤酸气体的卤酸气体的含量的影响可采用对数函数来拟合,方的含量。程式见式(5)。不同升温速率下,试样热解的卤酸气体的含量见y=142.94 lnx+225. 19 :(5)表3。试样热解的卤酸气体的含量随升温速率的变化见式中:x为管式炉的空气流量;y为试样热解的卤酸气图4。升温速率的升高有助于试样的分解,但升温速率体的含量。相关系数R为0. 93,相关性较好。对分解率的影响远不及温度的影响显著。随着升温速费4不同空气流量下试样热解的卤酸气体的含量率的增加,试样热解的卤酸气体的含量也缓慢上升,其空气流量//min 0.2 0.3 0.40.5 0.6 0.7变化规律可采用对数函数来拟合,方程式见式(4)。卤酸气体含量3.7 14.6 116.8 153.3| 153.3| 153.3/mg/gy=32.111 ln.t +79.255(4)200式中:x为管式炉的升温速率;y为试样热解的卤酸气180y=142.941nx+ 225.19 .体的含量。相关系数R为0.98,相关性很好。160- R'=0.8723表3不同升温速辜下试样热解的卤酸气体的含量; 140-120升温时间/min 35 30 25 20 15 10s 100升温速率|5.71|6.678.00|10.00|13.3320.00; 801 C/min; 6(135. 05 142.35|146.00153. 30|156. 95|178. 852(020.0:空气流量/L/min160-140圄5不同空气流量下试样卤酸气体的含量y=21111nx+ 79.2553.5氛围对卤 酸气体逸出的影响R'=0.960 11008将制备好的500mg试样送入管式炉内,将管式炉60的空气流量设为0.5L/min,初始温度设为100C,终40止温度设为300 C ,按10 C/min的升温速率设定升温058 1012141618 20时间为20min。管式炉的温度达到300C后,恒温持续升温速率/C /min15 min.试样分别在空气、氮气条件下进行实验,热分圈4不同升温速率下试样 鹵酸气体的含t解实验结束后,按前文所述实验方法测定卤酸气体的3.4空气流量对卤 酸气体逸出的影响含量和吸收液的电导率,结果见表5。将制备好的500 mg试样送入管式炉内,将管式炉表5在空气、氯气条件下试样热解卤酸 气体的含量的空气流量分别设为指定流量(0.2、0.3、0.7 L/电导率/us/cm卤酸气体含量/mg/gmin),初始温度设为100 C,终止温度设为300 C,按空气11. 29153. 30.10C/min的升温速率设定升温时间为20min.管式炉氮气11. 40120.45，的温度达到300C后,恒温持续15min.热分解实验结从表5可以看出,试样在氮气条件下比在空气条束后,按前文所述实验方法测定卤酸气体的含量。件下的卤酸气体含量要少,但这个差别并不大。不同空气流量下,试样热解的卤酸气体的含量见3结论表4。其热解的卤酸气体的含量随空气流量的变化见图通过.上述实验,得出如下结论:5。从图5中可以看出,当空气流量小于0.5 L/min时，(1)温度对试样热解的卤酸气体含量的影响最为由于空气流量比较小,试样周围空气流速小,不利于试显著;样的分解，也对卤酸气体导入吸收液中造成一定影响，(2)温度、升温速率、持续时间、空气流量对试样热因此随着空气流量的增加,试样周團空气流速变大,卤解的卤酸气体含量的影响都可以用对数函数来拟合，酸气体的含量显著上升。在空气流量达到一定程度即随着温度、升温速率.持续时间、空气流量的增加，卤酸消防科学与技术2007年7月第26卷第4期385性能化设计与实践疏散模型的探讨及应用研究张晓明'，胡忠日’，李风', 余锍洋°(1.公安部四川消防研究所,四川都江堰611830;2.四川法斯特消防安全性能评估有限公司,四川都江堰611830)摘要:主要介绍了两种国内自主开发的人员疏散软件在于建筑使用功能改变和建筑环境等多方面原因,使建实际工程中的应用,与国际上公认的疏散时间计算法相比较，筑的人员疏散功能不能完全满足现阶段的需要。较主并分析其适用范围。要的问题集中在建筑结构复杂、建筑面积太大以及由关键词:疏散;疏散模掀;性能化防火设计于建筑功能的需要导致疏散出口布置不合理等方面，中圈分类号:X924, TU972文献标识码:A这些问题会导致火灾时建筑内人员不能快速寻找到疏文章编号:1009- 0029(2007 )04- 0386-04散路径、疏散路径过长或者疏散人员分流不合理等情1引言况,阻碍人员快速有效的进行疏散。如何能保证建筑内20世纪90年代以来,我国经济快速发展同时城市人员在火灾时的安全,同时又能兼顾建筑的使用功能化速度加快,新建建筑不再仅仅看中建筑的实用性,还和设计,是疏散研究的重要课题。正是由于这种需求，要求建筑有新颖的外观及内部设计;而改造建筑则由人员疏散模拟软件的开发得到了广泛的重视。气体含量以对数函数趋势向上增长;Experimental research on rules of releasing of(3)持续时间和空气流量都存在一个临界值,在小the halogen gas of PVC cable under于这个值(持续时间小于15 min,空气流量小于0.5hydrogenation conditionL/min)时,其对卤酸气体含量的影响比较明显,而超CHENG Jie -qun, JIA Wen-na, SHU Zhong -jun,过这个临界值时,影响较小;YANG Shou- sheng, CHEN Na(4)在氮气条件下比在空气条件下的卤酸气体含量要少,但差别不大。(The Chinese Pecple's Armed Police Force Academy,Langfang 065000,China)参考文献:Abstract;It will be very valuable for evaluating the fire risk[1]张宇航.国内外电缆火灾事故及对策综述[].华北电力技术,1993,and designing the fire engineering to study the nature of the(6)36--44.halogen gas releasing of the PVC cable under heat[2]李风,覃文清，丁敏,等，阻燃电线电缆及其性能实验方法探讨[]decomposition condition. This paper utilized the tube furnace消防科学与技术,2003.22(5):391 - 393.[3]陈玉珍,刘振华.电缆材料中肉素含量测试的影响因素讨论[J].电to research the rule of the releasing of the halogen gas of thePVC cable under diferent heat conditions. The experimental线电缆，2005.[4]蒋旭光,李香排,他酒●等.木屑焚烧过程中氯化氨排放特性研究results indicates that temperature is the most notable factor tothe balogen gas yield, and there is a relationship of logarithmic[J].燃料化学学报,2004,32(3).[5]吴立,邓福生.垃圾焚烧烟气中氯化氢的干法去除研究[J].新疆环function between the halogen gas yield of the PVC cable and境保护.2004.26<4)>30-33.the temperature under hydrogenation condition.[6] Loay Seed,Ron Zevenhoven. Comparison beween two-stage wasteKey words:PVC cable; toxicity; fire riskcombustion with HCI recovery and conventional incineration plants[] Enery Soures,Taylor & Francis. 2024:41-57.作者简介:程洁群(1983-),女，中国人民武装警[7]E ArksX，D Balkose. Thermal stbiliations of poly (vinyl察部队学院训练部研究生队硕士研究生,河北省廊坊chloride) by organizing compounds[J]. 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