电线电缆燃烧试验机是检验检测电线电缆的方法之一,通过在燃烧试验机内点燃电线电缆,来检验其阻燃性能、耐火性能,测量燃烧烟雾浓度以及测定有毒有害气体释放量电线电缆燃烧试验的火源主要有丙烷煤气和酒精3种燃料。
电线电缆试验中作为火源的燃料均为易燃易爆危险化学品,一旦发生泄漏很容易引起火灾或爆炸。我们通过构建池火灾风险评估模型对燃烧试验机进行火灾风险评估,计算分析试验室一旦发生池火灾事故所波及的范围及可能产生的影响,使试验室人员能够做好安全防护措施,减少设备财产损失和人员伤亡。
1燃烧试验火灾危险性分析
丙烷煤气和酒精属易燃气体,与空气混合能够形成爆炸性混合物,遇热源和明火有燃烧爆炸的危险,火灾危险性为甲类丙烷的爆炸 限2.1%~9.5%, 小点火能量0.31mj酒精闪点12℃ ,爆炸 限3.3%~190%, 小点火能量0.63mJ。
试验人员在进行燃烧试验时,若燃烧器发生泄漏,遇点火源(包括明火、高温表面、电火花静电、撞击和摩擦热能等)有可能会引起火灾和爆炸事故。
液体燃料泄漏到地面将向四周流淌、扩展,形成液池,若液体燃料蒸发,其蒸气与空气形成爆炸性混合物达到爆炸 限时,遇火源就会发生爆炸;若达不到爆炸 限,遇到火源就会引发池火灾,池火灾主要的危害是热辐射,作用在容器和设备上会引起容器和设备的破裂;作用于试验人员,会引起人员烧伤甚至死亡。
气体燃料泄漏则会引起喷射火或火炬,当泄漏气体与空气混合形成爆炸性混合物后,遇点火源还会引起爆炸,对人员和设备造成 大的损伤和破坏。
2.池火灾法理论与燃烧试验机火灾风险评估模型
(1)池火灾法理论
研究假定燃料泄漏后形成圆形液池,直径D不随时间变化,并且假定火焰为圆柱形,火焰直径等于池直径,忽略热辐射的散射,火灾为稳态池火灾。
池火灾的热辐射可直接造成人员伤亡和财产损失,也可引发沸腾液体扩展蒸气爆炸或蒸气云,导致事故规模扩大我们采用热通量准则,其破坏和伤害程度数据可以相关数据,池火灾的热辐射可以通过实验方法测量实验结果表明,燃料的种类、燃烧速度、火焰大小和形状与火焰温度等是影响热辐射的主要因素在实验基础上可以对池火灾的热辐射进行近似的计算。
(2)应用池火灾法的燃烧试验机火灾风险评估模型
a.池火灾发生可能性
为电线电缆燃烧试验提供火源的燃料均为易燃易爆危险化学品,只有当这些物质发生泄漏时,才有可能发生火灾、爆炸事故当液体泄漏流到地面,向四周流淌、扩展并形成一定厚度的液池时,若液体挥发,其蒸气达到爆炸 限,此时遇到点火源就会发生爆炸;若达不到爆炸 限,此时遇到点火源,液池被点燃后就会发生地面池火灾因此,电线电缆燃烧试验机若达到以下4个条件,则判定为发生池火灾
(1)燃烧试验使用了由易燃液体提供火源的燃烧器,且燃烧器发生泄漏;
(2)易燃液体泄漏后在地面形成一定厚度的液池;
(3)易燃液体挥发蒸气达不到爆炸 限;
(4)液池遇到点火源被点燃
b.影响范围的确定
(1)计算池半径根据泄漏的液体量和地面性质,按式(1)可计算 可能的池面积
S=W/(Hmin×d)=V/Hmin (1)
式中:S为 可能的液池面积,m2;W为泄漏液体的质量,kg;d为液体的密度,kg/m3;V为泄漏液体的体积,m3;Hmin为 小液层厚度,m。
小液层厚度与地面性质对应关系见表1所示
(3).结果分析
对计算结果进行分析,分析燃烧试验机发生池火灾后波及的范围,以及该范围内对设备造成的损坏和对人员的伤害。
(4).评估结论
根据分析结果,得出燃烧试验机火灾风险的评估结论。
(5).火灾风险评估模型的构建
应用池火灾法的电线电缆燃烧试验机火灾风险评估模型,如图1所示。
3.应用池火灾法的风险评估模型的应用
(1)燃烧试验机简况
某企业按国家标准《电线电缆燃烧试验方法》(GB12666- 1990)及《建筑设计防火规范》(GB 50016-2006)要求建立电线电缆燃烧试验机,测定电线电缆燃烧后所产生的烟雾的浓度提供火源的燃烧器为酒精盘,盘中燃料的组分(容积比)为:乙醇90%,甲醇4%,水6%。该企业电线电缆燃烧试验机内部的尺寸为长3m,宽3m,高3m,混凝土地面,四周围墙为砖混结构防火墙,耐火 限为25h,耐火等级二级燃烧室内有容积为0.0023m3的酒精盘,盘内盛装有900mL无水乙醇、40mL无水甲醇和60mL水。
(2)燃烧试验机火灾风险评估
利用前述的池火灾风险评估模型对其进行火灾风险评低该燃烧试验机所用火源的燃料为易燃液体无水乙醇和无水甲醇,这两种物质的火灾危险性类别均为甲类,其混合蒸气的爆炸 限为3.93%~25.57%。假设液体全部蒸发,混合蒸气体积与整个试验室内混合气体的体积比为2.75%,小于爆炸下限因此,该试验室不会发生爆炸事故。
液体泄漏后可能会在混凝土地面上形成液池,遇火源点燃会发生池火灾不同伤害破坏目标到池中心的距离:的计算结果,见表2所示
由计算结果可以看出,若酒精盘内燃料泄漏后发生池火灾,其影响范围较小, 影响范围半径为0.73m在0.73 m的半径范围以外,火焰辐射已经不能造成设备损坏,且人员长期辐射也无不舒服感火焰辐射仅仅会对距池中心0.73 m半径范围内的相关探测元件造成一定的损坏。
通过计算可知,液池火灾燃烧时间约为55s燃烧室四面为砖混结构防火墙,耐火 限为25h,55s的燃烧过程中,防火墙不会失去稳定性、完整性或隔热性,不会对燃烧室外的人员造成伤害,也不会损坏燃烧室外的仪器设氰因此,该企业电线电缆燃烧试验机符合规范要求,在进行电线电缆燃烧试验时,火灾风险较小,只需要在燃烧室内加强安全管理,采取一定的防护措施即可控制住池火灾,减小其所造成的损坏。
运用池火灾法建立的火灾风险评估模型与一般的评估方法相比,此模型能够通过定量计算,得出燃烧试验机一旦发生池火灾事故,其火焰辐射所能影响的 范围以及距池火灾中心不同距离处人员受到的伤害程度和设备受到的损害程度,从而以此评估出燃烧试验机的火灾风险大小,该评估结果能够为企业试验室的安全管理人员制定相应的安全技术措施,预防和控制火灾危害提供更加有力的帮助。