郭智愷，謝品贊，吳佳萍（浙江省化工研究院有限公司，浙江　杭州　310023）

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HFO-1234ze（E）在不同濕度下燃燒極限實驗研究

郭智愷，謝品贊，吳佳萍
（浙江省化工研究院有限公司，浙江杭州310023）

摘要：對HFO-1234ze（E）在不同濕度下的燃燒極限進(jìn)行了實驗研究，結(jié)果表明：HFO-1234ze（E）在20% RH以下空氣中不可燃，在40% RH及以上空氣中為可燃，且燃燒范圍隨著濕度增加而增加。

關(guān)鍵詞：HFO-1234ze（E）；濕度；燃燒極限

0　前言

HFO -1234ze（E）（1，3，3，3 -四氟丙烯、CF3CH=CHF）作為新一代低GWP值的ODS替代品，其ODP為0，GWP為6，無毒，已被公認(rèn)為最有潛力的HFC-134a替代品之一，可望作為制冷劑、發(fā)泡劑、清洗劑、氣溶膠推進(jìn)劑等應(yīng)用于各個領(lǐng)域。且與同屬低GWP值的HFO-1234yf相比，HFO-1234ze（E）由于具有較大的生產(chǎn)成本優(yōu)勢，可望更受市場青睞。但任何應(yīng)用均應(yīng)建立在安全的基礎(chǔ)上，因此其燃燒安全性的評價對其實際應(yīng)用具有重要參考意義。評價物質(zhì)燃燒安全性最基本的參數(shù)為燃燒極限，因此開展了HFO-1234ze （E）燃燒極限以及不同濕度對其影響的實驗研究。

1　燃燒極限實驗裝置

實驗研究在采用根據(jù)GB/T 12474-2008[1]標(biāo)準(zhǔn)、由吉林宏源科學(xué)儀器有限公司定制的玻璃管燃燒極限測試裝置上進(jìn)行，具體裝置如圖1所示。該裝置采用玻璃管作為爆炸容器，玻璃管用硬質(zhì)玻璃制成，管長1363 mm，管內(nèi)徑60 mm，管壁厚度為5 mm，放置于可恒溫在23℃恒溫箱內(nèi)。箱體前側(cè)有雙層門，材料為有機(jī)玻璃，可以觀察實驗現(xiàn)象并起到保護(hù)作用。實驗裝置可抽至不大于0.6 kPa的真空度，且5 min壓力降不大于0.3 kPa。配氣系統(tǒng)采用電磁閥控制，以分壓原理進(jìn)行實驗進(jìn)樣，精度為0.01%；進(jìn)氣完成后，通過微型循環(huán)泵將管內(nèi)氣體循環(huán)攪拌5 min后進(jìn)行點火，觀察點火現(xiàn)象；點火裝置采用電火花點火，點火電壓15 kV、電流20 mA，持續(xù)時間0.4 s。

圖1　玻璃管實驗裝置

燃燒極限實驗根據(jù)GB/T 12474-2008標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，用漸進(jìn)法通過測試尋找極限值，如果在同樣的條件下測試兩次，點火后未出現(xiàn)火焰，即改變進(jìn)樣量，進(jìn)行下一次濃度的實驗。測燃燒下限時樣品增加量每次不大于10%，測燃燒上限時樣品每次減少量每次不小于2%。玻璃管內(nèi)可燃?xì)怏w與空氣混合后被電火花點燃，若電極周圍出現(xiàn)火焰則判斷點燃，反之不燃。通過實驗找到最接近點燃和不點燃兩點的體積分?jǐn)?shù)，取兩者的算術(shù)平均值。

2　 HFO-1234　ze（E）在干空氣中的燃燒極限實驗研究

采用上述裝置完成HFO-1234ze（E）在干空氣的燃燒極限實驗：HFO-1234ze（E）在23℃干空氣中由5.8%遞增到13%濃度均不可燃，實驗數(shù)據(jù)如表1所示。

表1　HFO-1234ze（E）燃燒極限實驗（玻璃管，干空氣，23℃）

3　濕度對HFO-1234　ze（E）的燃燒極限的影響

雖然HFO-1234ze（E）在干空氣中不可燃，但有文獻(xiàn)報道其燃燒極限與濕度有較大的關(guān)系[2]。而在自然環(huán)境中的空氣一般均存在一定濕度，因此，為全面評價HFO-1234ze（E）的可燃性，有必要研究HFO-1234ze（E）在不同濕度下的可燃性，因此開展了不同濕度下其燃燒極限的實驗研究。

3.120% RH濕空氣

采用上述裝置完成HFO-1234ze（E）在20% RH濕空氣中的燃燒極限實驗，測得HFO-1234ze （E）在23℃、20% RH時不可燃。實驗原始數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)如表2所示。

表2　HFO-1234ze（E）燃燒測試實驗（玻璃管，濕空氣20%，23℃）

3.240% RH濕空氣

采用上述裝置完成HFO-1234ze（E）在40% RH濕空氣中的燃燒下限實驗，由H63組7.7%和H64組7.6%實驗可知，7.7% HFO-1234ze（E）與濕空氣組合物可燃，7.6%不可燃，因此其燃燒下限實驗結(jié)果為7.65%，即其LFL（HFO-1234ze （E），40% RH，23℃）=7.65%。實驗原始數(shù)據(jù)如表3所示。

表3　HFO-1234ze（E）燃燒下限實驗（玻璃管，濕空氣40%，23℃）

采用同樣的方法完成HFO-1234ze（E）在40% RH濕空氣中的燃燒上限實驗，由H70組14.4%和H67、H69組14.5%實驗可知，14.4% HFO-1234ze（E）與濕空氣組合物可燃，14.5%不可燃，因此其燃燒上限實驗結(jié)果為14.45%；即其U FL（HFO-1234ze（E），40% RH，23℃）=14.45%。實驗原始數(shù)據(jù)如表4所示。

表4　HFO-1234ze（E）燃燒下限實驗（玻璃管，濕空氣40%，23℃）

3.370% RH濕空氣

采用上述裝置完成HFO-1234ze（E）在濕空氣（70% RH）中的燃燒下限實驗，由H12、H17、H18、H19組6.8%和H16、H20組6.7%實驗可知，HFO-1234ze（E）與濕空氣的組合物6.8%可燃，6.7%濃度不可燃，因此其燃燒下限的實驗結(jié)果為6.75%；即其LFL（HFO-1234ze（E））=6.75%。實驗原始數(shù)據(jù)如表5所示。

表5　HFO-1234ze（E）燃燒下限實驗（玻璃管，濕空氣70%，23℃）

采用上述裝置完成HFO-1234ze（E）在濕空氣（70% RH）中的燃燒上限測試實驗，由H20、H23組14.8%和H21、H22組14.9%實驗可知，HFO-1234ze（E）與濕空氣組合物14.8%可燃，14.9%不可燃，因此其燃燒上限實驗結(jié)果為14.85%，即其UFL（HFO-1234ze（E））=14.85%。實驗原始數(shù)據(jù)如表6所示。

表6　HFO-1234ze（E）燃燒上限實驗（玻璃管，濕空氣70%，23℃）

3.480% RH濕空氣

進(jìn)行HFO-1234ze（E）在80% RH濕空氣中的燃燒下限實驗，由H42、H44組6.3%和H52、H53組6.2%實驗可知，6.3% HFO-1234ze（E）與濕空氣組合物可燃，6.2%不可燃，因此其燃燒下限實驗結(jié)果為6.25%；即其LFL（HFO-1234ze （E），80% RH，23℃）=6.25%。實驗原始數(shù)據(jù)如表7所示。

表7　HFO-1234ze（E）燃燒下限實驗（玻璃管，濕空氣80%，23℃）

進(jìn)行HFO-1234ze（E）在80% RH濕空氣中的燃燒上限實驗，由H58、H59組14.9%和H54、H57組15.0%實驗可知，14.9% HFO-1234ze（E）與濕空氣組合物可燃，15.0%不可燃，因此其燃燒上限實驗結(jié)果為14.95%；即其UFL（HFO-1234ze （E），80% RH，23℃）=14.95%。實驗原始數(shù)據(jù)如表8所示。

表8　HFO-1234ze（E）燃燒上限實驗（玻璃管，濕空氣80%，23℃）

4　結(jié)論

經(jīng)過實驗研究，HFO-1234ze（E）在20% RH及以下空氣中不可燃，40% RH及以上空氣中可燃，且燃燒極限隨著濕度的增大而增大。

參考文獻(xiàn)：

[1] GB/T 12474-2008，空氣中可燃?xì)怏w爆炸極限測試方法[S].

醫(yī)藥化工

醫(yī)藥化工

[2] Kondo S，Takizawa K，Tokuhashi K. Effects of temperature and humidity on the flammability limits of several 2L refrigerants [J]. Journal of Fluorine Chemistry，2012，144 （1）: 130-136.

Flammable Limit Study of HFO-1234ze（E）under Different Humidity

GUO Zhi-kai，XIE Pin-zan，WU Jia-ping
（Zhejiang Chemical Industry Research Institute Co., Ltd., Hangzhou, Zhejiang 310023, China）

Abstract:The flammable limit of HFO-1234ze（E）was studied under different humidity,it turned out that HFO-1234ze（E）was nonflammable in air below 20% RH, and it was flammable in air of 40% RH or above, in addition, the burning range enlarges as the increase of humidity.

Keywords:HFO-1234ze（E）; humidity; flammable limit

作者簡介：郭智愷（1972-），男，浙江蒼南人，高級工程師，主要從事制冷劑應(yīng)用技術(shù)研究。E-mail:guozhikai@sinochem.com。

收稿日期：2015-12-18

文章編號：1006-4184（2016）3-0001-03