聯(lián)邦材料檢驗(yàn)研究院致力于通過研究、開發(fā)、測試、分析、審核、建議與信息，提高技術(shù)和化學(xué)的安全性。“氧氣安全處理”工作小組是“化學(xué)安全工程”部的組成部分。在其位于柏林的實(shí)驗(yàn)室，“氧氣安全處理”工作小組的研究人員負(fù)責(zé)在不同的壓力和溫度下測試不同材料和成分設(shè)計(jì)與氧氣的反應(yīng)。
“氧氣安全處理”工作小組研究人員Thomas Brock和Thomas Tillack | ||
與氧氣的反應(yīng)無法預(yù)知
“氧氣安全處理”工作小組研究人員Thomas Tillack說道：“任何設(shè)置采用的每種材料和每種成分與氧氣接觸之前應(yīng)接受全面測試，以實(shí)現(xiàn)對氧氣的安全處理，這一點(diǎn)至關(guān)重要。某些材料和設(shè)計(jì)與大量氧氣發(fā)生的反應(yīng)，可能非常劇烈，這是非常難以預(yù)料的。我們遇到過 這種情況：某些閥門在測試中性能良好，當(dāng)有氧氣存在時，突然發(fā)生劇烈反應(yīng)。通常，這是因某材料供應(yīng)商的某些合金成分有微小變化或者內(nèi)部設(shè)計(jì)的幾何形狀有細(xì)微變化而造成的。如果使用時未加以檢查，如此細(xì)小的變換也可能帶來災(zāi)難性后果。”
被細(xì)分的非金屬密封材料因氧氣壓力沖擊而點(diǎn)燃；可以通過熱順序，看見材料在容器內(nèi)與氧氣反應(yīng)時的運(yùn)動。 | ||
即使只有很小部分開始與氧氣發(fā)生反應(yīng)，終的結(jié)果也可能是毀滅性的的。“如果某成分的一小部分開始反應(yīng)，將造成升溫。這可能反過來使得其它部分也開始反應(yīng)。由此，啟動了正反饋循環(huán)，破壞性可能非常大；隨著越來越多的部分開始燃燒，甚至?xí)鸨ā！?/p>
紅外熱像儀的優(yōu)點(diǎn)
安全測試中所用的工具之一便是FLIR SC4000紅外熱像儀。Tillack解釋道：“確定材料或設(shè)備是否會與氧氣發(fā)生反應(yīng)的主要標(biāo)準(zhǔn)之一是溫度上升與否。我們采用FLIR紅外熱像儀，執(zhí)行非接觸式溫度測量。測量溫度的其它方法有熱電偶傳感器和點(diǎn)溫儀，但是，如果與氧氣發(fā)生劇烈反應(yīng)，熱電偶很容易被損壞；而點(diǎn)溫儀只能測量一個位置的溫度。熱像儀卻能為我們提供整個現(xiàn)場的溫度讀數(shù)。這就是我們之所以更喜歡使用紅外熱像儀的原因。”
氧氣壓力沖擊測試過程中，容器中的材料被曝于較快的增壓條件下，比如從環(huán)境壓力增加至300巴。 | 該閥門顯示氧氣壓力沖擊測試過程中的毀滅性的正反饋循環(huán)，這一測試中閥門受到損耗。毋庸置疑，客戶因其缺陷性設(shè)計(jì)而將其廢棄。 |
BAM氧氣安全處理工作小組所用的FLIR SC4000熱像儀含有由銻化銦（InSb）構(gòu)成的焦平面陣列（FPA），可以提供320x240像素分辨率以及13mK（0.013 °C）熱靈敏度條件下的熱圖像；它可以以432Hz的幀速率捕捉這些高對比度的熱圖像。通過視窗，可以提高幀速率。按照BAM要求，將熱像儀進(jìn)行標(biāo)定，使其準(zhǔn)確測量高達(dá)1800℃的溫度。
FLIR SC4000紅外熱像儀，憑借較寬的溫度范圍、的熱靈敏度、較快的幀、及其功能豐富而且人性化的分析軟件，為安全測試的工具，能夠滿足BAM的所有需求。Tillack解釋道：“我們使用的軟件是ThermaCAM Researcher。它是一款由FLIR Systems提供的全面軟件解決方案，可用于分析我們記錄的速度較快的熱圖像畫面，它使得我們可以處理在記錄過程中捕捉的大量熱像儀數(shù)據(jù)。”
測定反應(yīng)閾
通常，所謂的“壓力沖擊測試”會采用FLIR SC4000紅外熱像儀。測試材料細(xì)分為較小的片狀或顆粒狀，置于不銹鋼容器中，與加壓氧氣接觸。紅外熱像儀被用于檢測容器外表面的溫升。“使用紅外熱像儀，可以檢測材料與氧氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而造成的溫升。在不同初始溫度和不同氧氣壓力下，實(shí)施這些測試，可以測定潛在的反應(yīng)閾。”研究人員為容器涂上輻射率較高的黑漆，以便能夠更好地利用FLIR紅外熱像儀。Tillack解釋道：“這使得我們可以更為準(zhǔn)確地測量材料溫度。”他承認(rèn)他為所得結(jié)果感到驚喜。“紅外熱像儀顯示了數(shù)量驚人的細(xì)節(jié)。你甚至可以看見容器中被氧氣壓力沖擊吹散的燃燒顆粒的運(yùn)動。”
測定技術(shù)材料在高壓氧氣中燃燒特性所需的測試設(shè)備—測試設(shè)置在不久的將來將包括含有紅外窗口的FLIR紅外熱像儀。 | 該氧氣成分顯示，在ASTM- G175測試中推進(jìn)式點(diǎn)火沖擊下的較高點(diǎn)火熱靈敏度。 |
新的測試設(shè)置
據(jù)Tillack介紹，壓力沖擊測試的成功，使得BAM的應(yīng)用數(shù)量增多。“我們正在實(shí)施一項(xiàng)新的測試，用于測定某些金屬在加壓氧氣中的燃燒屬性。我們將某種材料的細(xì)棒懸于壓力室內(nèi)，采用由可以立刻與氧氣反應(yīng)的材料制成開始燃燒過程。溫升將使得測試材料也開始燃燒。”
通過ASTM- G175測試，研究氧氣成分在推進(jìn)式點(diǎn)火沖擊條件下的點(diǎn)火熱靈敏度。點(diǎn)燃的材料被吹到氧氣成分中，且熱順序用于測定成分的反應(yīng)劇烈程度。 | ||
當(dāng)前，Tillack使用一臺閉路電視攝像機(jī)和三臺點(diǎn)溫儀，檢測燃燒行為以及反應(yīng)經(jīng)過細(xì)棒的速度。但是，閉路電視()攝像機(jī)被反應(yīng)造成的閃光遮 擋，而點(diǎn)溫儀只能測定單點(diǎn)的溫度，提供信息太少，無法進(jìn)行分析。因此，應(yīng)在測試設(shè)置中安裝紅外窗口，允許使用FLIR熱像儀。“這將提供更為詳細(xì)的與金屬 材料在氧氣中的燃燒速度相關(guān)的信息，這是重要的評估標(biāo)準(zhǔn)。”
