火场气体产物及气体灭火剂定量分析方法及分析系统技术方案

一种火场气体产物及气体灭火剂定量分析系统，包括依次连接的试验室、采样冷却装置、耐腐蚀型气体预处理装置、耐腐蚀型气体吸收池和红外光谱仪，以及烟气过滤装置、第一抽气机，样气采集装置、精密多组分配气装置、多种标准气体钢瓶、第二抽气机和尾气处理装置，尾气处理装置通过第二抽气机与耐腐蚀型气体吸收池连接；烟气过滤装置与采样冷却装置连接，样气采集装置分别与烟气过滤装置和耐腐蚀型气体吸收池连接，第一抽气机与样气采集装置连接；精密多组分配气装置分别与红外光谱仪和多种标准气体钢瓶连接。本发明专利技术能够实现多种火场气体的在线定量测量和气体灭火剂的定量测量，可扩展性和准确性高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种气体定量分析技术，具体地，涉及一种火场气体产物及气体灭火剂定量分析方法及分析系统。
技术介绍
火灾是各种灾害中发生最频繁且极具毁灭性的危害之一，火灾产生的气体产物具有非常大的毒性，是威胁人员安全的主要因素。在消防安全及相关应用领域中，对各种火场气体产物进行有效测量，是一种必要的分析手段。火场气体产物往往成分复杂、量程变化大，如木材火一般只产生一氧化碳、二氧化碳，而油类火会产生二氧化硫、二氧化氮，电缆火还会产生氯化氢等物质，根据火灾规模的不同，气体产物浓度的变化从百万分之一(ppm)量级到百分之一(％)量级均有分布，而传统气体测量设备采用电化学等探测方法，由于原理性的限制，只适用于固定量程的单组分气体测量，且容易发生传感器中毒而失效，不适用于火场中多组分气体的测量。另外，对于人工合成的新气体物质(如新型灭火剂NOVEC1230)的应用或研究时，气体浓度往往是一种必须的测量参数，由于这些物质使用时间较短、范围较窄，市场上几乎没有可应用的定量分析装置。例如，近年来，对于卤代烷气体灭火剂的替代研究中，对于不同厂家开发的各类新型灭火剂，其空间浓度是一个重要的设计参数，为了能对其实际的灭火效能和应用效果的进行有效评价，就必须对各种灭火剂在不同应用场景下的浓度进行定量测量，同时还需要关注灭火剂在空间中的不同位置在一定时间内变化的情况，既对灭火剂的空间弥散性分布进行定量分析。然而，目前并没有可以进行气体灭火剂定量分析的测量仪器，同时，一般的气体定量测量装置，往往只能实现在单个采样点对少数常见气体的测量，无法满足对气体灭火剂弥散性分布进行定量测量的应用需要。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种火场气体产物及气体灭火剂定量分析方法及分析系统，本专利技术是基于傅里叶变换红外光谱分析的分析方法及系统，可以实现对火场气体产物的在线定量检测、以及对多种气体灭火剂弥散性分布的定量测量。根据本专利技术的一个方面，提供一种火场气体产物及气体灭火剂定量分析系统，包括：试验室、采样前处理子系统、光谱仪子系统和安全子系统，采样前处理子系统包括采样冷却装置、耐腐蚀型气体预处理装置、烟气过滤装置和第一抽气机，光谱仪子系统包括红外光谱仪、耐腐蚀型气体吸收池、样气采集装置、精密多组分配气装置和多种标准气体钢瓶，安全子系统包括第二抽气机和尾气处理装置，试验室、采样冷却装置、耐腐蚀型气体预处理装置、耐腐蚀型气体吸收池和红外光谱仪依次从前至后连接；第二抽气机与耐腐蚀型气体吸收池连接，尾气处理装置与第二抽气机连接；烟气过滤装置与采样冷却装置连接，样气采集装置分别与烟气过滤装置和耐腐蚀型气体吸收池连接，第一抽气机与样气采集装置连接；精密多组分配气装置一端与红外光谱仪连接，另一端与多种标准气体钢瓶连接。优选地，样气采集装置包括多个采样气体吸收池，各采样气体吸收池与烟气过滤装置连接。优选地，除红外光谱仪外，试验室、采样前处理子系统、光谱仪子系统和安全子系统所包括的装置之间均通过管径4～8mm、壁厚1～3mm的耐腐蚀耐高温气管连接，耐腐蚀型气体吸收池架装于FTIR光谱仪上，两者之间通过准直反射镜连接。优选地，还包括多个开关阀门，各开关阀门分别设置在试验室、采样前处理子系统、光谱仪子系统和安全子系统所包括的装置的连接管路之间。优选地，红外光谱仪采用Thermo-Fisher Scientific公司的FTIR(Fourier Transform Infrared，傅里叶变换红外光谱)光谱仪Nicolet680。优选地，第一抽气机和第二抽气机均采用真空泵。根据本专利技术的另一个方面，提供一种火场气体产物及气体灭火剂定量分析方法，包括以下步骤：步骤1：打开耐腐蚀气体吸收池、FTIR红外光谱仪、第二抽气机和尾气处理装置之间管路上的各开关阀门，同时，打开FTIR红外光谱仪、精密多组分配气装置和多种标准气体钢瓶管路之间的各开关阀门，关闭其它阀门，形成标定气路，通过精密多组分配气装置产生不同组分浓度的混合气体并通入气路，通过FTIR红外光谱仪采集光谱信息，分析各组分气体浓度变化与光谱特征之间的对应关系，形成浓度与光谱的相关曲线，并存储在FTIR光谱仪上，建立各组分气体的标定曲线。步骤2：开启采样冷却装置、耐腐蚀型气体预处理装置、耐腐蚀气体吸收池、FTIR红外光谱仪、第二抽气机以及尾气处理装置之间的开关阀门，关闭其它开关阀门，形成火场气体产物测量气路，之后将采样冷却装置与试验室之间的开关阀门打开，向试验室引入待测量火场气体，通过FTIR光谱仪采集光谱信息，将得到的光谱特征与步骤1建立的标定曲线进行比较，进行火场气体的在线定量分析。步骤3：开启采样冷却装置、烟气过滤装置、样气采集装置及第一抽气机之间管路上的各开关阀门，关闭其它开关阀门，形成灭火剂定量分析气路，之后，开启采样冷却装置与试验室之间的开关阀门，完成待测量气体灭火剂的引入，之后，控制样气采集装置每隔一个时间间隔将气路中样气封存在样气采集装置的一个采样气体吸收池中，并对该采集气体吸收池进行编号，完成灭火剂的样气采集；最后，将对应编号的采样气体吸收池接入FTIR光谱仪，完成采集光谱信息，将得到的光谱特征与步骤1建立的标定曲线进行比较，进行灭火剂浓度的定量分析。优选地，形成标定气路后控制气路流量为4L/min，控制气体吸收池温度为150℃、气体吸收池压力为70KPa，控制光谱仪分辨率为4cm-1，通过FTIR红外光谱仪采集光谱信息。优选地，步骤2中，向试验室引入待测量火场气体后，控制气路流量为4L/min，控制气体吸收池温度为150℃、耐腐蚀型气体吸收池压力为70KPa，控制光谱仪分辨率为4cm-1,通过FTIR光谱仪采集光谱信息。优选地，步骤3中，样气采集装置的各采样气体吸收池压力为70KPa，时间间隔为1～10s。现有气体定量测量技术和设备由于测量原理的限制，往往可测量的气体组分较少、可进行测量的量程固定，而且对于一些新型的合成气体往往没有可用的定量测量设备，而火场气体产物往往包含多种组分，且各个组分在不同燃烧环境下会很大的浓度差异，同时，很多气体灭火剂都是人工合成的新型物质，往往没有可以对其进行空间分布变化定量测量的设备。与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：本专利技术的火场气体产物及气体灭火剂定量分析系统和方法，可以很好的解决现有技术存在的上述问题，通过采用基于FTIR的光谱分析法，可以分析除双原子对称气体分子(本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种火场气体产物及气体灭火剂定量分析系统，其特征在于，包括：试验室、采样前处理子系统、光谱仪子系统和安全子系统，所述采样前处理子系统包括采样冷却装置、耐腐蚀型气体预处理装置、烟气过滤装置和第一抽气机，所述光谱仪子系统包括红外光谱仪、耐腐蚀型气体吸收池、样气采集装置、精密多组分配气装置和多种标准气体钢瓶，所述安全子系统包括第二抽气机和尾气处理装置，所述试验室、采样冷却装置、耐腐蚀型气体预处理装置、耐腐蚀型气体吸收池和红外光谱仪依次从前至后连接；所述第二抽气机与所述耐腐蚀型气体吸收池连接，所述尾气处理装置与所述第二抽气机连接；所述烟气过滤装置与所述采样冷却装置连接，所述样气采集装置分别与所述烟气过滤装置和耐腐蚀型气体吸收池连接，所述第一抽气机与所述样气采集装置连接；所述精密多组分配气装置一端与所述红外光谱仪连接，另一端与所述多种标准气体钢瓶连接。

【技术特征摘要】
1.一种火场气体产物及气体灭火剂定量分析系统，其特征在于，包括：试验室、
采样前处理子系统、光谱仪子系统和安全子系统，所述采样前处理子系统包括采样冷却
装置、耐腐蚀型气体预处理装置、烟气过滤装置和第一抽气机，所述光谱仪子系统包括
红外光谱仪、耐腐蚀型气体吸收池、样气采集装置、精密多组分配气装置和多种标准气
体钢瓶，所述安全子系统包括第二抽气机和尾气处理装置，所述试验室、采样冷却装置、
耐腐蚀型气体预处理装置、耐腐蚀型气体吸收池和红外光谱仪依次从前至后连接；所述
第二抽气机与所述耐腐蚀型气体吸收池连接，所述尾气处理装置与所述第二抽气机连
接；所述烟气过滤装置与所述采样冷却装置连接，所述样气采集装置分别与所述烟气过
滤装置和耐腐蚀型气体吸收池连接，所述第一抽气机与所述样气采集装置连接；所述精
密多组分配气装置一端与所述红外光谱仪连接，另一端与所述多种标准气体钢瓶连接。
2.根据权利要求1所述的火场气体产物及气体灭火剂定量分析系统，其特征在于，
样气采集装置包括多个采样气体吸收池，各所述采样气体吸收池与烟气过滤装置连接。
3.根据权利要求1所述的火场气体产物及气体灭火剂定量分析系统，其特征在于，
除所述红外光谱仪外，试验室、采样前处理子系统、光谱仪子系统和安全子系统所包括
的装置之间均通过管径4～8mm、壁厚1～3mm的耐腐蚀耐高温气管连接，所述耐腐蚀型气
体吸收池架装于FTIR光谱仪上，两者之间通过准直反射镜连接。
4.根据权利要求1所述的火场气体产物及气体灭火剂定量分析系统，其特征在于，
还包括多个开关阀门，所述各开关阀门分别设置在试验室、采样前处理子系统、光谱仪
子系统和安全子系统所包括的装置的连接管路之间。
5.根据权利要求1所述的火场气体产物及气体灭火剂定量分析系统，其特征在于，
所述红外光谱仪采用Thermo-Fisher Scientific公司的FTIR光谱仪Nicolet680。
6.根据权利要求1所述的火场气体产物及气体灭火剂定量分析系统，其特征在于，
所述第一抽气机和第二抽气机均采用真空泵。
7.一种火场气体产物及气体灭火剂定量分析方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：打开耐腐蚀气体吸收池、FTIR红外光谱仪、第二抽气机和尾气处理装置之
间管路上的各开关阀门，同时，打开FTIR...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏周君，祝佳琰，张永刚，芦晓东，孙波，陈松，
申请(专利权)人：中国船舶重工集团公司第七二六研究所，
类型：发明
国别省市：上海;31