HFO-1234ze（E）在不同湿度下燃烧极限实验研究

郭智恺，谢品赞，吴佳萍（浙江省化工研究院有限公司，浙江　杭州　310023）



HFO-1234ze（E）在不同湿度下燃烧极限实验研究

郭智恺，谢品赞，吴佳萍
（浙江省化工研究院有限公司，浙江杭州310023）

摘要：对HFO-1234ze（E）在不同湿度下的燃烧极限进行了实验研究，结果表明：HFO-1234ze（E）在20% RH以下空气中不可燃，在40% RH及以上空气中为可燃，且燃烧范围随着湿度增加而增加。

关键词：HFO-1234ze（E）；湿度；燃烧极限

0　前言

HFO -1234ze（E）（1，3，3，3 -四氟丙烯、CF3CH=CHF）作为新一代低GWP值的ODS替代品，其ODP为0，GWP为6，无毒，已被公认为最有潜力的HFC-134a替代品之一，可望作为制冷剂、发泡剂、清洗剂、气溶胶推进剂等应用于各个领域。且与同属低GWP值的HFO-1234yf相比，HFO-1234ze（E）由于具有较大的生产成本优势，可望更受市场青睐。但任何应用均应建立在安全的基础上，因此其燃烧安全性的评价对其实际应用具有重要参考意义。评价物质燃烧安全性最基本的参数为燃烧极限，因此开展了HFO-1234ze （E）燃烧极限以及不同湿度对其影响的实验研究。

1　燃烧极限实验装置

实验研究在采用根据GB/T 12474-2008[1]标准、由吉林宏源科学仪器有限公司定制的玻璃管燃烧极限测试装置上进行，具体装置如图1所示。该装置采用玻璃管作为爆炸容器，玻璃管用硬质玻璃制成，管长1363 mm，管内径60 mm，管壁厚度为5 mm，放置于可恒温在23℃恒温箱内。箱体前侧有双层门，材料为有机玻璃，可以观察实验现象并起到保护作用。实验装置可抽至不大于0.6 kPa的真空度，且5 min压力降不大于0.3 kPa。配气系统采用电磁阀控制，以分压原理进行实验进样，精度为0.01%；进气完成后，通过微型循环泵将管内气体循环搅拌5 min后进行点火，观察点火现象；点火装置采用电火花点火，点火电压15 kV、电流20 mA，持续时间0.4 s。

图1　玻璃管实验装置

燃烧极限实验根据GB/T 12474-2008标准进行，用渐进法通过测试寻找极限值，如果在同样的条件下测试两次，点火后未出现火焰，即改变进样量，进行下一次浓度的实验。测燃烧下限时样品增加量每次不大于10%，测燃烧上限时样品每次减少量每次不小于2%。玻璃管内可燃气体与空气混合后被电火花点燃，若电极周围出现火焰则判断点燃，反之不燃。通过实验找到最接近点燃和不点燃两点的体积分数，取两者的算术平均值。

2　 HFO-1234　ze（E）在干空气中的燃烧极限实验研究

采用上述装置完成HFO-1234ze（E）在干空气的燃烧极限实验：HFO-1234ze（E）在23℃干空气中由5.8%递增到13%浓度均不可燃，实验数据如表1所示。

表1　HFO-1234ze（E）燃烧极限实验（玻璃管，干空气，23℃）

3　湿度对HFO-1234　ze（E）的燃烧极限的影响

虽然HFO-1234ze（E）在干空气中不可燃，但有文献报道其燃烧极限与湿度有较大的关系[2]。而在自然环境中的空气一般均存在一定湿度，因此，为全面评价HFO-1234ze（E）的可燃性，有必要研究HFO-1234ze（E）在不同湿度下的可燃性，因此开展了不同湿度下其燃烧极限的实验研究。

3.120% RH湿空气

采用上述装置完成HFO-1234ze（E）在20% RH湿空气中的燃烧极限实验，测得HFO-1234ze （E）在23℃、20% RH时不可燃。实验原始数据数据如表2所示。

表2　HFO-1234ze（E）燃烧测试实验（玻璃管，湿空气20%，23℃）

3.240% RH湿空气

采用上述装置完成HFO-1234ze（E）在40% RH湿空气中的燃烧下限实验，由H63组7.7%和H64组7.6%实验可知，7.7% HFO-1234ze（E）与湿空气组合物可燃，7.6%不可燃，因此其燃烧下限实验结果为7.65%，即其LFL（HFO-1234ze （E），40% RH，23℃）=7.65%。实验原始数据如表3所示。

表3　HFO-1234ze（E）燃烧下限实验（玻璃管，湿空气40%，23℃）

采用同样的方法完成HFO-1234ze（E）在40% RH湿空气中的燃烧上限实验，由H70组14.4%和H67、H69组14.5%实验可知，14.4% HFO-1234ze（E）与湿空气组合物可燃，14.5%不可燃，因此其燃烧上限实验结果为14.45%；即其U FL（HFO-1234ze（E），40% RH，23℃）=14.45%。实验原始数据如表4所示。

表4　HFO-1234ze（E）燃烧下限实验（玻璃管，湿空气40%，23℃）

3.370% RH湿空气

采用上述装置完成HFO-1234ze（E）在湿空气（70% RH）中的燃烧下限实验，由H12、H17、H18、H19组6.8%和H16、H20组6.7%实验可知，HFO-1234ze（E）与湿空气的组合物6.8%可燃，6.7%浓度不可燃，因此其燃烧下限的实验结果为6.75%；即其LFL（HFO-1234ze（E））=6.75%。实验原始数据如表5所示。

表5　HFO-1234ze（E）燃烧下限实验（玻璃管，湿空气70%，23℃）

采用上述装置完成HFO-1234ze（E）在湿空气（70% RH）中的燃烧上限测试实验，由H20、H23组14.8%和H21、H22组14.9%实验可知，HFO-1234ze（E）与湿空气组合物14.8%可燃，14.9%不可燃，因此其燃烧上限实验结果为14.85%，即其UFL（HFO-1234ze（E））=14.85%。实验原始数据如表6所示。

表6　HFO-1234ze（E）燃烧上限实验（玻璃管，湿空气70%，23℃）

3.480% RH湿空气

进行HFO-1234ze（E）在80% RH湿空气中的燃烧下限实验，由H42、H44组6.3%和H52、H53组6.2%实验可知，6.3% HFO-1234ze（E）与湿空气组合物可燃，6.2%不可燃，因此其燃烧下限实验结果为6.25%；即其LFL（HFO-1234ze （E），80% RH，23℃）=6.25%。实验原始数据如表7所示。

表7　HFO-1234ze（E）燃烧下限实验（玻璃管，湿空气80%，23℃）

进行HFO-1234ze（E）在80% RH湿空气中的燃烧上限实验，由H58、H59组14.9%和H54、H57组15.0%实验可知，14.9% HFO-1234ze（E）与湿空气组合物可燃，15.0%不可燃，因此其燃烧上限实验结果为14.95%；即其UFL（HFO-1234ze （E），80% RH，23℃）=14.95%。实验原始数据如表8所示。

表8　HFO-1234ze（E）燃烧上限实验（玻璃管，湿空气80%，23℃）

4　结论

经过实验研究，HFO-1234ze（E）在20% RH及以下空气中不可燃，40% RH及以上空气中可燃，且燃烧极限随着湿度的增大而增大。

参考文献：

[1] GB/T 12474-2008，空气中可燃气体爆炸极限测试方法[S].

医药化工

医药化工

[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

作者简介：郭智恺（1972-），男，浙江苍南人，高级工程师，主要从事制冷剂应用技术研究。E-mail:guozhikai@sinochem.com。

收稿日期：2015-12-18

文章编号：1006-4184（2016）3-0001-03