آیا می‌توان از دستگاه تست شعله در آزمایشگاه‌هایی با ارتفاعات مختلف استفاده کرد؟

اگر مدیر آزمایشگاه، دانشمند مواد، یا مهندس ایمنی آتش‌سوزی هستید که در مناطقی با تغییرات شدید ارتفاع کار می‌کنید - مثلاً بین یک آزمایشگاه ساحلی در ارتفاع پایین در میامی و یک مرکز تحقیقاتی در ارتفاع بالا در دنور حرکت می‌کنید، یا با شرکای آند همکاری می‌کنید - احتمالاً از خود پرسیده‌اید: آیا شعله‌ها می‌توانند به طور استاندارد شعله‌ها را در ارتفاع متفاوت پخش کنند؟ به‌عنوان تامین‌کننده تجهیزات آزمایش آتش، من همیشه این سؤال را می‌شنوم، و این سؤالی است که نیازمند متعادل کردن محدودیت‌های آزمایشگاهی در دنیای واقعی، اصول علمی و نیازهای منحصربه‌فرد صنایعی مانند هوافضا، حمل‌ونقل ریلی، و آزمایش مواد حمل‌ونقل است. بیایید این را با استفاده از سال ها تجربه تیم من در کار با آزمایشگاه هایی در سراسر جهان که همه چیز را از فضای داخلی هواپیما گرفته تا اثاثه یا لوازم داخلی قطار آزمایش می کنند، تجزیه کنیم.

ابتدا، بیایید توضیح دهیم که یک تستر پخش شعله چه کار می کند و چرا ارتفاع اهمیت دارد. تستر پخش شعله ابزاری تخصصی است که برای اندازه‌گیری سرعت و سرعت حرکت شعله در سطح یک ماده طراحی شده است، یک معیار مهم برای ارزیابی خطر آتش سوزی در همه چیز، از مصالح ساختمانی گرفته تا اجزای خودرو. اکثر مدل های استاندارد (از جمله هسته ماتستر پخش شعله) تحت شرایط جوی استاندارد کار می کند: فشار 1 اتمسفر، 21٪ اکسیژن و ارتفاع از سطح دریا. اما در ارتفاعات بالاتر، فشار اتمسفر کاهش می یابد - مثلاً 0.83 اتمسفر در 1500 متر، 0.73 اتمسفر در 2500 متر و تا 0.57 اتمسفر در 5000 متر. این افت فشار مستقیماً بر در دسترس بودن اکسیژن، سینتیک احتراق و رفتار شعله تأثیر می‌گذارد، به این معنی که نتایج آزمایش‌های آزمایش‌کننده‌های سطح دریا با نتایج آزمایشگاه‌های در ارتفاع بالا مطابقت ندارد. علم اینجاست: احتراق بر سه عامل - سوخت، گرما و اکسیژن (مثلث آتش) متکی است. در ارتفاع بالا، فشار هوا کمتر به معنای مولکول‌های اکسیژن کمتر در هر متر مکعب است، بنابراین شعله‌ها خنک‌تر، کندتر می‌سوزند و حتی ممکن است روی موادی که به طور کامل در سطح دریا مشتعل می‌شوند، خاموش شوند. این یک نقص در تستر نیست. این عدم تطابق بین شرایط آزمایش و خطر آتش سوزی واقعی در ارتفاع است.

حال، سوال بزرگ: آیا این آزمایشگرها می‌توانند برای آزمایشگاه‌هایی در ارتفاعات مختلف سازگار شوند؟ پاسخ کوتاه این است که بله، اما این یک راه حل برای همه نیست. بیایید با گزینه‌هایی که آزمایشگاه‌ها دارند شروع کنیم، از تنظیم پارامترهای تست گرفته تا ارتقاء تجهیزاتشان، و زمانی که هر کدام منطقی است.

اولین و در دسترس ترین گزینه، تنظیم روش های آزمایش برای همسویی با شرایط جوی محلی است. به عنوان مثال، بسیاری از استانداردهای بین المللی (مانند ASTM E84، ISO 5658، یا EN 45545 مخصوص راه آهن) مقرراتی برای تنظیم ارتفاع دارند، اما جهانی نیستند. یک آزمایشگاه در مکزیکو سیتی (2240 ​​متر) مواد آزمایشی برای حمل و نقل ریلی نمی تواند فقط تنظیمات استاندارد سطح دریا را وصل کند و داده های قابل استفاده را دریافت کند. حمل و نقل ریلی یک بخش کلیدی برای ما استتستر احتراق مواد حمل و نقل ریلیو ما از نزدیک با اپراتورهای راه‌آهن در مکان‌هایی مانند بولیوی و پرو که ریل‌هایی در ارتفاع 3000 متری یا بالاتر دارند، کار کرده‌ایم. مهندسان آنها اغلب غلظت اکسیژن را در محفظه تستر تنظیم می کنند تا با سطوح اکسیژن جوی محلی مطابقت داشته باشد (نه استاندارد 21٪ - مکزیکو سیتی ~ 18.9٪ است، لاپاز ~ 15.8٪ است) و خروجی شار حرارتی را برای جبران چگالی هوای پایین تر تغییر می دهند. این برای آزمایشگاه‌هایی کار می‌کند که فقط گاهی مواد را در ارتفاع آزمایش می‌کنند و نیازی به سازگاری بین منطقه‌ای ندارند. اما یک نکته وجود دارد: این تنظیمات نیاز به کالیبراسیون دقیق دارند، زیرا حتی یک تغییر 0.5٪ در غلظت اکسیژن می تواند نتایج آزمایش را 10-15٪ تغییر دهد. این یک خطر است اگر ماده ای از سطح دریا عبور کند اما در ارتفاع بالا شکست بخورد یا برعکس.

برای آزمایشگاه‌هایی که به داده‌های ثابت و قابل مقایسه در ارتفاعات نیاز دارند - مثلاً یک آزمایشگاه هوافضا برای آزمایش پنل‌های داخلی که از فرودگاه‌های سطح دریا به فرودگاه‌های با ارتفاع بالا مانند دنور بین‌المللی (1655 متر) یا ال آلتو لاپاز (4061 متر) پرواز می‌کنند - تنظیم پارامترهای آزمایش کافی نیست. هوافضا حوزه دیگری است که ما در آن تخصص داریمتست اشتعال پذیری عمودی هوانوردیبرای کنترل شرایط ارتفاع متغیر طراحی شده است، اما همچنین می تواند با تغییراتی برای آزمایش جهانی جفت شود. در اینجا، مهندسان از یک محفظه تحت فشار در داخل تستر استفاده می کنند تا فشار سطح دریا را بدون توجه به ارتفاع واقعی آزمایشگاه تکرار کنند. به این ترتیب، یک ماده آزمایش شده در پاریس (35 متر) نتایج پخش شعله یکسانی را با همان مواد آزمایش شده در کیتو (2850 متر) خواهد داشت، که برای قطعات هوافضا که باید استانداردهای نظارتی جهانی را رعایت کنند بسیار مهم است. ما شاهد سرمایه‌گذاری آزمایشگاه‌ها در این نوع اصلاحات تحت فشار برای پروژه‌های بین قاره‌ای بوده‌ایم، و در حالی که از قبل گران‌تر است، نیازی به تأیید مجدد داده‌های آزمایشی هر بار که یک ماده در ارتفاع متفاوت آزمایش می‌شود را از بین می‌برد.

عامل دیگری که مطرح می شود، نوع تستر پخش شعله مورد استفاده است. به عنوان مثال،تستر انتشار شعله تشعشع حرارتیبه جای شعله مستقیم به منبع گرمای کالیبره شده متکی است که باعث می شود با تغییرات ارتفاع سازگارتر باشد. از آنجایی که شار حرارتی آن ثابت است (یک پارامتر استاندارد کلیدی)، تنظیم غلظت اکسیژن ساده‌تر از تسترهایی است که از شعله باز استفاده می‌کنند. این یک تغییر دهنده بازی برای آزمایشگاه‌هایی است که نیاز به آزمایش مواد برای کاربردهای فضایی یا هواپیماهای بدون سرنشین در ارتفاع بالا دارند، جایی که رفتار احتراق حتی شدیدتر است. ما با یک تیم تحقیقاتی در نپال (1400 متر) کار کردیم که از تستر تشعشع حرارتی ما برای آزمایش محفظه باتری هواپیماهای بدون سرنشین استفاده کردند. آنها با تنظیم اکسیژن برای مطابقت با هوای محلی خود، نتایجی به دست آوردند که با آزمایشات آتش سوزی در دنیای واقعی که در مقر ایالات متحده در سطح دریا انجام شده بود مطابقت داشت.

اما در مورد آزمایشگاه‌هایی که فقط نقطه اشتعال را آزمایش می‌کنند و شعله را مستقیماً پخش نمی‌کنند چطور؟ صبر کنید، نقطه اشتعال مرتبط است، وتستر نقطه فلاش جام بسته Pensky-Martensبرای اندازه گیری کمترین دمایی که یک سوخت بخار کافی برای احتراق تولید می کند استفاده می شود. همچنین تحت تأثیر ارتفاع قرار می گیرد، زیرا فشار کمتر نقطه جوش مایعات را کاهش می دهد، بنابراین نقاط اشتعال اندازه گیری شده در ارتفاع بالا کمتر از سطح دریا است. در حالی که این یک ابزار متفاوت است، اما بخشی از اکوسیستم آزمایش آتش گسترده تر است، و بسیاری از مشتریان ما که از تستر پخش شعله ما استفاده می کنند نیز به داده های Pensky-Martens برای سیستم های سوخت یا مواد شیمیایی صنعتی متکی هستند. همان اصول تنظیم ارتفاع در اینجا اعمال می شود - یا سطح اکسیژن را کالیبره کنید یا از یک تستر تحت فشار برای مطابقت با شرایط استاندارد استفاده کنید، که داده های ثابت را در سراسر مکان ها تضمین می کند.

همچنین باید به یک تصور غلط رایج که می‌شنوم اشاره کنم: برخی از مدیران آزمایشگاه فکر می‌کنند که اگر یک ماده از شعله در ارتفاع بالا عبور کند، به طور خودکار از سطح دریا عبور می‌کند یا برعکس. این درست نیست، و به همین دلیل است که بسیاری از مشتریان ما به جای اینکه پارامترها را به تنهایی تنظیم کنند، روی آزمایشگرهای سازگار سرمایه گذاری می کنند. به عنوان مثال، پارچه سبک وزنی که در صندلی‌های قطار استفاده می‌شود ممکن است در ارتفاع 3000 متری به آرامی بسوزد، زیرا اکسیژن کمتری برای تغذیه شعله وجود دارد، اما در سطح دریا، می‌تواند داغ و سریع بسوزد و خطر آتش‌سوزی بزرگی را به همراه داشته باشد. برعکس، یک ماده متراکم که در سطح دریا به خودی خود خاموش می شود ممکن است در ارتفاع بالا کاملاً مشتعل شود زیرا فشار کمتر به ترکیبات فرار اجازه می دهد راحت تر از آن خارج شوند. به همین دلیل است که بدون در نظر گرفتن ارتفاع، آزمایش‌های منسجم و به خوبی کالیبره شده قابل مذاکره نیست.

یکی از بزرگ‌ترین چالش‌هایی که دیده‌ایم، آزمایشگاه‌های کوچکی است که در ارتفاع بالا کار می‌کنند و نمی‌توانند تغییرات گران‌قیمت تحت فشار را بپردازند. برای این مشتریان، ما دو راه‌حل کم‌هزینه را توصیه می‌کنیم: اول، استفاده از کیت‌های آزمایشی قابل حمل که شرایط جوی را شبیه‌سازی می‌کنند، و دوم، مشارکت با امکانات تست شخص ثالث در ارتفاع استاندارد که می‌تواند نتایج آنها را تأیید متقابل کند. ما با آزمایشگاهی در کوسکو (3400 متر) همکاری کردیم که مصالح ساختمانی را برای قوانین ساختمانی محلی آزمایش می‌کند. آنها به جای خرید یک تستر اصلاح شده، نمونه هایی را برای آزمایش متقاطع به مرکز ما در تگزاس (سطح دریا) می فرستند، که تضمین می کند داده های محلی آنها مطابق با استانداردهای ملی است. این برای آزمایشگاه‌هایی که به داده‌های زمان واقعی و در محل برای ارتفاعات متعدد نیاز ندارند، کار می‌کند، اما برای پروژه‌های حساس به زمان، مانند آزمایش اجزای جدید هوافضا که به نتایج فوری نیاز دارند، ایده‌آل نیست.

به‌عنوان یک تامین‌کننده، ما آموخته‌ایم که وقتی صحبت از آزمایش‌کننده‌های پخش شعله و ارتفاع به میان می‌آید، یک اندازه برای همه مناسب نیست. نکته کلیدی تطبیق قابلیت‌های تستر با نیازهای خاص آزمایشگاه است: اگر به داده‌های بین منطقه‌ای برای هوافضا یا راه آهن نیاز دارید، روی یک تستر تحت فشار مانند آزمایش‌کننده اشتعال پذیری عمودی هوانوردی سرمایه‌گذاری کنید. اگر فقط گاهی اوقات در ارتفاع بالا آزمایش می کنید، تنظیمات پارامتر همراه با بررسی های کالیبراسیون کافی خواهد بود. و اگر بودجه کمی دارید، آزمایش متقاطع با تاسیسات استاندارد ارتفاع راه میانی مناسبی است.

در پایان روز، هدف از آزمایش گسترش شعله فقط به دست آوردن اعداد نیست، بلکه ایمن نگه داشتن مردم است. چه آزمایشگاه در سطح دریا باشد یا در ارتفاع 5000 متری، خطر آتش سوزی یک نگرانی جهانی است، اما شرایط آزمایش باید با استفاده در دنیای واقعی مطابقت داشته باشد. به همین دلیل است که ما سال‌ها وقت صرف کرده‌ایم تا خط آزمایشگر پخش شعله خود را برای سازگاری اصلاح کنیم، و تیم ما مستقیماً با مشتریان برای عیب‌یابی چالش‌های مربوط به ارتفاع، چه کالیبره کردن یک تستر قابل حمل یا هدایت آزمایشگاه از طریق تنظیمات نظارتی، کار می‌کند.

اگر آزمایشگاهی هستید که در ارتفاعات مختلف کار می‌کنید و باید مطمئن شوید که نتایج آزمایش گسترش شعله شما دقیق و ثابت است، ما اینجا هستیم تا به شما کمک کنیم. ما از آزمایشگاه‌ها در بیش از 40 کشور، از امکانات کوهستانی در ارتفاعات گرفته تا مراکز تحقیقاتی ساحلی، پشتیبانی کرده‌ایم و می‌توانیم به شما کمک کنیم تا آزمایش‌کننده یا اصلاح مناسب برای نیازهای خاص خود را پیدا کنید. برای بحث در مورد نیازهای خود و بررسی راه حل هایی که متناسب با زمینه منحصر به فرد آزمایشگاه شما باشد، با تیم ما تماس بگیرید.

مراجع

1. ASTM E84-22، روش تست استاندارد برای ویژگی های سوزاندن سطح مصالح ساختمانی، ASTM International، West Conshohocken، PA، 2022.
2. ISO 5658-2:2018، آزمایش های واکنش به آتش - گسترش شعله - قسمت 2: گسترش جانبی روی محصولات ساختمانی در معرض منبع گرمای تابشی، سازمان بین المللی استاندارد، ژنو، 2018.
3. EN 45545-2:2020، برنامه‌های راه‌آهن - حفاظت در برابر آتش در وسایل نقلیه راه‌آهن - بخش 2: الزامات رفتار آتش‌سوزی مواد و اجزاء، کمیته اروپایی استانداردسازی، بروکسل، 2020.
4. Babrauskas، V.، "گسترش شعله در سراسر سوخت جامد: مروری بر مدل ها و داده ها"، مجله ایمنی آتش نشانی، جلد. 38، شماره 3، 2003، صفحات 251-282.
5. Quintiere، JG، "اصول رفتار آتش"، ویرایش دوم، CRC Press، Boca Raton، FL، 2018.