母线槽耐火试验装置研究应用

母线槽耐火试验装置的研究与应用

【摘要】为提高母线槽的产品质量，进一步加强母线槽的耐火性能要求，按照gb/t9978标准的技术要求，设计了母线槽燃烧试验装置。该装置采用封闭炉型设计，以液化石油气为燃料，进行明火加热，通过自动或手动控制燃气供给、送排风系统达到燃烧过程温度的同步，其自动化程度、升温曲线与标准曲线拟合度、安全系数均满足标准要求。

【关键词】母线槽自动加热炉耐火试验

母线槽是建筑供电设施中使用的母线干线系统，是由铜-铝母线柱构成的封闭金属配电装置，用于电力系统中的功率分配。随着现代化工程设施和装备的涌现，各行各业的用电量迅增，尤其是众多的高层建筑和大型厂房车间的出现，对电力输送干线的安全要求越来越高。母线干线系统作为一种新型配电导线应用越来越普遍，母线槽在水平或垂直方向通过建筑隔断（例如：墙或地板）时，要求必须采取防火措施，在火灾情况下要具有一定的防止火焰蔓延性能和耐火隔热性能。母线槽燃烧试验装置主要用于母线槽（母线干线系统）等建筑构件的耐火试验，能完全模拟真实火灾燃烧过程，使试样受到与实际火灾相似的火焰作用，可实现燃烧试验过程自动控制，安全可靠、环境影响小、劳动强度低、试验效率高等特点。

1 基本原理

母线槽燃烧试验装置是模拟母线槽（母线干线系统）在实际火灾情况下耐火性能的试验装置，按照国际标准人为制造一种标准环境

对防火母线槽进行燃烧试验，以液化石油气为燃料，全封闭炉体，计算机控制全部燃烧试验过程，通过封闭式炉体内及试件四个背火面表面设置的温度采集热电偶来记录炉内、试验样品的升温过程，通过观察试验样品在规定时间内的完整性和隔热性的状况，从而确定试验样品所能达到的耐火时间，判定其耐火性能，通过研究受火构件温度场的发展变化过程，为母线槽抗火灾设计提供科学依据。其主要结构包括：计算机采集控制系统、封闭式炉体（顶面设有用于安装试样的试验安装口）、吊装试样装置、燃烧控制系统、送排风系统等，结构示意图如图1所示。

图1中：1计算机采集控制系统，2控制按钮开关，3计算机显示器，4操作控制台，5显示控制仪表，6助燃风管道，7燃气管道，8温度采集热电偶，9封闭式炉体，10主燃烧器，11常明火燃烧器，12燃气调节阀，13排风调节阀，14助燃风调节阀，15助燃风风机，16燃气罐，17排风管道，18热电偶接线盒，19试样，20炉压采集传感器，21炉内火焰监视器，22排风风机，23固定吊装支架，24两侧立柱，25上横梁，26活动吊装机构。

2 关键技术路线

（1）采用液化石油气作为燃料，根据gb/t9978.1升温曲线研制燃烧装置温度自动控制系统，实现标准所需炉内温度、压力等参数要求。

（2）采用燃气控制系统，远传压力表对气源压力进行控制，通过控制程序采取限制措施，增加了装置使用安全。燃烧器采用多点

喷射、短焰燃烧方案。

（3）采用全封闭式炉体，空气供给量根据燃烧需要自动调节，下排风出口设计，燃烧温度均匀，便于废气处理。研制烟气排放系统，采用下排式，便于烟气处理。其流程是：炉内测压点→微差变送器调节器→角行程执行器→排烟总管蝶阀。

（4）针对耐火材料的使用部位采用不同耐火材料材质，解决了试验过程中频繁升降温及长时间高温环境下工作对燃烧炉安全性的要求。

（5）点火装置采用双重控制，即在开关开启前，点火装置先行启动，同时采用光亮监视器在点火时监测火焰，并可控制点火装置和气源开关的自动启闭。

（6）采用独立长明火装置，并对长明火进行微机监控，增加设备安全性。

（7）燃气系统中增加了恒压控制部分，如果压力出现异常，系统将自动关闭各进气阀门，避免了系统可能出现的回火现象。（8）采用检验监控系统，对试验过程中的参数传输、试验过程等方面进行监控。

3 技术关键问题的解决

3.1 炉体材料选用

试验装置炉体受连续高温工作、频繁升降温、燃烧试验产生大量废气等诸多不利情况影响，故炉体材料的选用直接影响到燃烧炉的使用寿命，不当材料的使用甚至会造成炉体变形和炸裂，带来安全

隐患。因此炉体材料主要依据以下几方面进行选用：

（1）材料要有较好的耐高温性，可在一定高温、一定时间条件下保持良好稳定性；

（2）材料具有较高的高温荷重软化温度；

（3）材料具有抗热震性。材料应具有抵抗温度急剧变化的性能；（4）材料具有高温体积稳定性。防止材料受热时膨胀，对试件产生载荷，给检测带来误差；

（5）材料具有耐侵蚀性，能够抵御燃烧产生的各种废气的侵蚀；（6）材料具有较低的导热系数和热容，有效地降低加热炉的热效率，减少加热炉的燃料消耗量，降低试验成本。

炉体各部位组合使用的耐火材料如表1所示。

3.2 炉体结构及吊装设计

封闭式炉体，顶面设有用于安装试样的试样安装口，内部设有燃烧器；燃烧器包括主燃烧器、常明火燃烧器。为加快温升速度，主燃烧器、常明火燃烧器分别设置有6个（其个数可根据具体试验的需要进行调整），为保证封闭式炉体内温升及加热温度均匀，各主燃烧器分布在封闭式炉体内的不同位置，各常明火燃烧器也对应分布在封闭式炉体内的不同位置。封闭式炉体上设有炉内火焰监视器，炉内火焰监视器测得的视频信号输送至计算机采集控制系统。吊装试样装置，包括固定吊装支架及活动吊装机构，固定吊装支架包括两侧立柱和上横梁，两侧立柱分别设置在封闭式炉体两侧，上横梁位于封闭式炉体的正上方，活动吊装机构设置在上横梁上且

与试验安装口对应。

3.3 燃烧过程控制及送排风设计

3.3.1 燃烧控制系统设计原理

按照标准gb/t9978标准规定，耐火性能试验应采用明火加热，使试样受到与实际火灾相似的火焰作用，燃烧实验装置应满足以下升温条件：t=345lg（8t+1）+20

式中：

t—试验所经历的时间，min；t—升温到t时间的炉内温度，℃。按照该试验过程，炉内温度的上升随时间而变化的时间-温度标准曲线如下图2所示：

3.3.2 燃烧过程的计算机控制

为满足标准温度-时间曲线的要求，其燃气和送风设计要易于控制，满足初始时间升温速度快且炉内温度分布均匀的要求。本项目采用液化石油气作为燃料，燃烧系统供气利用计算机自动调节，控制系统根据国家标准gb/t9978对试件受火面的升温要求而设计，通过采集炉内温度及试件表面的温度而准确判断试件的耐火性能。其计算机控制系统显示的实时温度-时间曲线如下图3所示，该升温曲线与标准曲线拟合度完全满足标准要求。

3.3.3 送排风设计

炉内的燃烧需要供给相应的空气量来助燃，同时燃烧后的废气需要有效的排出。按标准时间--温度曲线的要求，在不同的燃烧时间，燃烧温度不同，需要的燃气量、空气量、排风量也不同，在上述参