ZY6236B-PC 建筑構件耐火試驗水平爐

圖1-1、水平爐工程結構示意圖

圖1-2水平爐整體外形圖（實物圖）

一、適用范圍：

適用于建（構）筑物室內(nèi)外使用的各類鋼結構防火涂料在標準受火條件下確定其耐火特性。

二、符合標準：

2.1符合GB/T9978.1-2008《建筑構件耐火試驗方法 第1部分：通用要求》以及ISO834-1：1999》試驗標準；

2.2符合GB/T9978.3-2008《建筑構件耐火試驗方法 第3部分：試驗方法和試驗數(shù)據(jù)應用注釋》試驗標準；

2.3符合GB/T9978.5-2008《建筑構件耐火試驗方法 第5部分：承重水平分隔構件的特殊要求》

試驗標準；

2.4符合GB/T14907-2018《鋼結構防火涂料》試驗標準。

三、主要優(yōu)點：

3.1一爐可以多用，可以兼容多個標準；

3.2采用高精度采集卡，收集各路的溫度、壓力、流量等多方面的數(shù)據(jù)，經(jīng)微機分析、處理和

控制，產(chǎn)生實時再現(xiàn)的燃燒時的真實信息，并經(jīng)微機分析判定直接得出結果；整機全部采用優(yōu)質(zhì)器件，確保系統(tǒng)高品質(zhì)，高速度運行，具有先進性。

3.3采用高精度采集卡+多路模塊+PLC+計算機，實行PID全自動控制方式，穩(wěn)定性、重復性、再現(xiàn)性優(yōu)。

3.4采用WINDOWS XP操作界面、全球精密設備專用開發(fā)軟件LabView，界面風格清新、美觀、簡捷。測試期間實時顯示測量結果并動態(tài)地繪出完美曲線，數(shù)據(jù)可以永久保存、調(diào)閱和打印輸出,可直接打印報表。具有高智能、引導式菜單操作，簡便直觀的特點，使試驗結果更加準確。

3.5爐子設計壽命為20年以上，爐子建造采用美國GOVMARK（哥馬克）技術。五層結構，內(nèi)層溫度1300℃時，外層溫度為常溫；使用壽命長，內(nèi)層的保溫材料（易損件）容易更換。

3.6具有風道熱防護、壓力釋放保護、漏電保護、燃氣泄漏檢測、燃氣管路安全防護、燒嘴安全防護、其他安全設施在內(nèi)的多重安全保護系統(tǒng)，全方位的提升安全系數(shù)；

3.7爐內(nèi)抽出來的高溫熱空氣采用水冷和風冷，水利用循環(huán)水，提高了節(jié)能效果；

3.8我公司申請了爐子的專利和軟件著作權；見圖2

圖3-2垂直爐專利號： 圖3-3爐子軟件著作權

ZL2018 2 0955726.4 登記號：2021SR0838290

一

四、爐子結構工程設計 見圖4

4.1爐子結構：爐子設計壽命為15年以上，爐子建造采用美國GOVMARK（哥馬克）技術。五層結構，內(nèi)層為1300°C時，外層溫度為常溫；使用壽命長，內(nèi)層的保溫材料（易損件）容易更換。五層結構，從外到里分別為：第一層為鋼結構框架；第二層用紅磚砌成外圍；第三層為耐火高溫石棉；第四層為耐火磚；第五層含鋯耐火高溫棉，耐火溫度達到1600℃。

4.2耐高溫材質(zhì)：

4.2.1耐火磚：使用溫度為最高耐高溫1750℃，長時間耐高溫1600℃，體積密度1.0g/cm3，常溫耐壓強度高于3.2MPa，1400℃重燒線變化0.5%，導熱系數(shù)優(yōu)于0.4W/m·K；

4.2.2粘合用工業(yè)用耐火粘合劑：使用溫度1400℃；

4.2.3爐內(nèi)耐高溫棉：采用含鋯耐火高溫棉，厚度50mm，長時間耐火溫度1600℃，工業(yè)窯爐專用保溫材料。

4.3框架用材質(zhì)：選型按照《工業(yè)爐設計手冊》（第三版)，第11章-爐用結構件，第3節(jié)-鋼材選用，爐子支柱、側支柱、拱腳梁、受力橫梁及拉桿等選用Q235-A鋼、爐外墻鋼板選用Q215-A鋼。爐體鋼結構材料：不低于Q235；爐體鋼板：厚度≥3mm。水平爐主體材料采用鋼結構框架，可更換；

4.4爐內(nèi)尺寸： 3000mm (W)*3000mm (H)*1500mm (D)；

4.5爐體鋼結構及管道防腐處理：采用三層涂層，均為耐高溫防腐蝕涂料，外層黑灰色。

圖4-1、爐體結構示意圖

圖4-2、爐體結構現(xiàn)場施工圖

4.5試驗爐基礎 、使用空間：

4.5.1試驗爐基礎：要求地基堅固和平整，地面承受壓強為750kg/m2；

4.5.2要求樓層高7.0米以上，試驗區(qū)、控制室、燃氣室、凈化部分以及制樣部分共計使用面積為160平方米以上（長16m，寬10米），需要安裝3噸以上行吊。

4.5.3環(huán)境要求：通風良好，操作方便。周圍無易燃、易爆物品。建議遠離市區(qū)和居民區(qū)，鋼結構廠房。

五、燃氣和空氣供氣系統(tǒng)：

5.1燃氣總管控制系統(tǒng)：見圖5-1

5.1.1組成：包括控制系統(tǒng)、送風系統(tǒng)、燃燒系統(tǒng)、保護系統(tǒng)和反饋系統(tǒng)等五部分。

圖5-1、燃氣總管控制系統(tǒng)

圖5-2、燃氣總管控制系統(tǒng)（現(xiàn)場圖）

5.1.2燃氣管路：見圖6

5.1.2.1組成：由手動蝶閥、過濾器、燃氣氣液分離器、二級減壓閥、燃氣超壓放散閥、高壓開關、低壓開關、電磁閥（切斷閥）、穩(wěn)壓閥、燃氣壓力表、無縫鋼管、燃氣泄漏報警器組成。可實現(xiàn)過濾、調(diào)壓、流量計量、高低壓及其它故障狀態(tài)自動切斷功能以保證安全燃燒。設置燃氣報警器如有泄漏自動報警，同時燃氣電磁閥自動切斷停止供氣。

5.1.2.2燃氣管路安全控制：

1）控制系統(tǒng)：

①通過工控機和控制模塊同時對燃燒器進行控制 ，對燃燒器 可實現(xiàn)大 、小火的調(diào)節(jié) ，確保實 際試驗溫度曲線與設定試驗溫度曲線相吻合 ，并可根據(jù)試驗的 不同要求選用不同的試驗曲線。

②燃燒控制器：對整個燃燒運行過程按設定程序進行全自動遠程控制，對每一步運行動作發(fā)出指令同時根據(jù)火焰監(jiān)測器信號判斷火焰的燃燒狀態(tài)，起到熄火安全保護的作用。

2）送風系統(tǒng):由風機進行送風。通過空燃比例閥調(diào)節(jié)燃氣和空氣比例執(zhí)行自動控制；

3）燃燒系統(tǒng)：通過電磁閥組起到關閉和打開燃氣通路的作用。同時可通過變頻器調(diào)節(jié)燃氣流量，使燃氣控制器中空燃比達到最佳狀態(tài)。

4）保護系統(tǒng)：通過壓力開關檢測燃氣和助燃空氣壓力， 在壓力異常時中止燃燒，確保燃燒安全。高、低壓開關對燃氣管道工作壓力進行檢測，一旦低于30KPa或高于50KPa，能報警切斷燃氣供應，切斷燃氣的方式可進行自動和手動切換。

5）反饋系統(tǒng)：點火變壓器通電可產(chǎn)生高壓，傳輸?shù)近c火棒尖端放電產(chǎn)生電火花點燃輔助點火火焰，點火后產(chǎn)生離子電流信號，運用離子信號進行識別火焰是否開啟并將離子信號反饋到燃燒控制器。見圖6-2

6）單向電磁閥：燃燒器氣體自動開關時，采用單向電控電磁閥，確保燃氣不回流泄漏。國外進口品牌，500萬次通斷零泄漏，帶自動檢漏程序；

7）燃氣超壓放散閥：執(zhí)行自動監(jiān)控管道燃氣狀態(tài)，壓力高時自動釋放、壓力低時自動補償；

圖6-1、主燃氣控制部分

圖6-2、燃氣壓力監(jiān)控

5.2空氣管路：見圖7-1

5.2.1組成：由風機、變頻器、手動蝶閥、低壓力開關、空氣氣液分離器等組成。

5.2.2空氣供氣采用兩路供氣，風機功率7.5kw一組組；風機采用集中控制，同時又與燃燒器進行連鎖控制 ，實現(xiàn)故障報警及自動切斷燃氣供應 ；見圖7-2

5.2.3空氣管路安全控制：

1）在兩路供氣部分采用進口低壓力開關監(jiān)控空氣供氣情況，防止風機損壞無法向燃燒器供空氣而引起爐內(nèi)燃氣過量產(chǎn)生轟然。

2）如果空氣壓力低于正常值，低壓力開關會反饋控制中心，關閉燃氣。

圖7-1、空氣供氣系統(tǒng)

圖7-2、空氣兩路供氣

六、燃燒器及燃燒控制系統(tǒng)：

6.1燃燒器：采用高速燃氣燒嘴320kw共16個；見圖8

圖8、高速燃氣燒嘴

6.2燃燒器控制部分：含燃燒器控制器、高壓源、UV火焰監(jiān)測器、空燃比例閥、電磁閥以及配置相應的燃氣調(diào)節(jié)閥、空氣調(diào)節(jié)閥以達到最佳燃燒效果。見圖9

6.3火焰監(jiān)測裝置：帶有離子點火監(jiān)控器以及火焰熄滅自動報警裝置,爐內(nèi)壓力差大于標準規(guī)定值，可控制爐內(nèi)可燃氣濃度達到臨界值,爐內(nèi)火焰監(jiān)測器，自檢在開機和試驗過程中無明火或缺明火頭。

6.4空燃比例控制：自動調(diào)節(jié)空氣和燃氣的比例，使燃氣能充分燃燒；

圖9、燃燒器控制示意圖

6.5點火控制方式：采用計算機程序自動高壓電子點火控制方式；電子點火器為雙電極點火器；連續(xù)點火大于5min，壽命10萬次以上，高壓可達14kv，工作電壓220V±7%，電流≤0.1A；

6.6爐內(nèi)用燃燒器數(shù)量滿足標準時間-溫度曲線要求，并保證爐內(nèi)各點溫度的均勻性。

6.7部分燃燒器無須正常點燃且升溫曲線能滿足相應標準要求時，可手動切斷無須正常工作的燃燒器的燃氣供應和自動點火功能，且不影響其他部件的工作和監(jiān)控。單個燃燒器應有單獨控制功能和系統(tǒng)集中控制功能，可在操作界面人工選擇。

6.8單個燃燒器可遠程控制和就地控制，燃燒器數(shù)量和安裝位置應滿足標準及升溫曲線的要求。

圖10、燃燒器控制電氣圖

6.9燃氣選擇：

6.9.1燃氣:使用使灌裝液化石油氣（LPG或管道天然氣(LNG);

6.9.2使用灌裝液化石油氣作為燃料,需要氣化爐氣化把液化石油氣由液相轉化為氣相。采用多瓶管道安裝方式，即8瓶串聯(lián)為一組，二組共十六瓶，自動化控制電路，試驗時當壓力低于設定值，液相切換閥會自動轉換到另一組，這樣可防止試驗中燃氣突然耗盡，使試驗中斷。

6.9.3燃料消耗量：（300m~550）m3/h。

圖11、多瓶管道安裝方式

七、溫度測量和控制系統(tǒng):

7.1溫度測量

7.1.1爐內(nèi)熱電偶: 爐內(nèi)采用符合GB/T 16839.1規(guī)定的絲徑為2.0mm的k型鎳鉻-鎳硅熱電偶，外罩耐熱不銹鋼套管，中間填裝耐熱材料，其熱端伸出套管的長度不少于25mm，共8支，溫度的準確度小于±15℃。見圖11

圖11、工業(yè)爐耐高溫熱電偶

7.1.2背火面溫度測量：采用直徑為0.5mm熱電偶，熔焊在厚0.2mm，直徑為12mm的圓形銅片上，符合GB/T16839.1規(guī)定的大型鎳鉻-鎳硅的熱電偶，應覆蓋長、寬均為30MM厚度為2.0mm的石棉襯墊。共計8支。

7.1.3環(huán)境溫度測量：采用直徑為3.0MM的鎧裝熱電偶，符合GB/T16839.1規(guī)定的大型鎳鉻-

鎳硅的K型熱電偶。

7.2溫度控制系統(tǒng)：見圖14

7.2.1爐膛溫度控制方式：為全自動，在計算機出現(xiàn)故障時能切換到手動方式進行人工控制。

7.2.2每個燃燒器控制管路上安裝一套電動控制系統(tǒng)，自動執(zhí)行爐溫控制；

7.2.3爐膛溫度采集：爐溫數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)具有實時曲線、歷史曲線存儲功能，熱電偶斷路、短路報警功能；

圖14、溫度控制系統(tǒng)

7.2.5爐內(nèi)升溫曲線；滿足GB9978.1-2008標準升溫曲線；見圖15

圖15-1、標準升溫曲線圖

圖15-2、現(xiàn)場采集的標準升溫曲線

八、壓力測量和控制系統(tǒng)：

8.1爐內(nèi)壓力測量：

8.1.1爐內(nèi)壓力測量：測量范圍量程0～100Pa;采用微差壓力計，為T形測量探頭，測量精度±0.5pa.測量點共2個，具有超壓保護功能，爐內(nèi)壓力高于100Pa執(zhí)行程序超壓保護，停止供氣，終止試驗；符合GB/T9978.1-2008標準。

8.1.2爐膛內(nèi)壓力數(shù)據(jù)為3次/秒連續(xù)采集。記錄設備準確度為1 s。爐膛壓力能保證各個標準要求與排煙系統(tǒng)組成控制回路進行實時控制；

8.1.3 T形測量探頭：采用USU310S耐高溫的不銹鋼管，壓力傳感器置于不受到火焰沖擊的地方且不在煙氣排放的路徑上，從爐內(nèi)穿過爐墻到達爐外，爐內(nèi)和爐外的壓力保持同一水平高度。

8.1.4爐內(nèi)壓力傳感器安裝：試驗爐運行時，可控制距理論平面500mm高度處的爐內(nèi)壓力值為零，但通過適當調(diào)整中性壓力平面的高度使得在爐內(nèi)試件頂部的壓力值不應超過20Pa。測量壓力值為階梯壓力值，頂部壓力值試驗開始5分鐘之內(nèi)為15pa±5pa，10分鐘后為17pa±3pa。

8.2壓力控制系統(tǒng)：

8.2.1爐內(nèi)壓力控制：采用電動變頻器控制，控制方式由工控機執(zhí)行全自動控制。

8.2.2在爐子底部采用彌散式排煙系統(tǒng)。在爐腔內(nèi)底部與側墻交叉處，用耐火磚徹有泄壓通道，并在上面均勻的開有泄壓孔，壓力從這些均布的孔進入泄壓管道，能更好地保證爐腔內(nèi)各個位置壓力的均勻性。見圖16。連接到排煙管道，將爐體內(nèi)的煙氣排出控制壓力。

8.2.3排煙氣采用22kw大排氣風量耐高溫風機以及變頻器進行控制，其風量大小由計算機程序自動控制以達到壓力與溫度平衡的要求。

8.2.4壓力釋放管路：在爐膛內(nèi)的部分采用耐高溫的直徑400mm，USU310S不銹鋼管，能耐高溫1300℃，在上開有手動閥作風冷卻。在爐膛外采用壁厚5mm的焊管。

8.2.5冷卻方式：采用風冷和水冷卻方式。排煙溫度≤150℃；見圖16

8.2.6爐膛壓力控制及數(shù)據(jù)采集，爐膛壓力能保證根據(jù)以上標準要求與排煙系統(tǒng)組成控制回路進行實時控制；

圖16-1、彌散式泄壓系統(tǒng)（示意圖）

圖16-2風冷和水冷卻系統(tǒng)

九、壓力加載系統(tǒng)：

9.1加載系統(tǒng)：分為均布加載和集中加載；

9.2加載整體結構設計：整個爐子為貫穿式地基結構設計，長7.0m，寬1.5m，內(nèi)含400型H鋼，用鋼筋混凝土制成；見圖17

圖17、貫穿式地基結構設計

9.3均布加載：見圖18

9.3.1采用四點同步加載，每點加載能力200kN。共1000KN；

9.3.2梁試驗加載自反力架：承載載荷1000kN，最大變形量不超過0.5mm。

9.3.3均布加載方式：采用伺服液壓加載，總加載量為1000KN。

9.3.4滿足GBT 9978.6-2008《建筑構件耐火試驗方法 第6部分：梁的特殊要求》以及GB14907-2018《鋼結構防火涂料》要求；

9.3.5加載點分布：四個加載點布置在距離不超過一端1/8、3/8、5/8、7/8跨度（Lsup）的位置。

圖18-1、均布加載示意圖

圖20-2、均布加載（現(xiàn)場實物圖）

9.4集中加載：見圖19

9.4.1試驗加載自反力架：承載載荷1000kN，最大變形量0.5mm。滿足GB/T9978.5-2008要求；

9.4.2集中加載方式：采用伺服液壓加載，總加載量為2000KN；

圖19-1、集中加載（示意圖）

圖19-2、集中加載（現(xiàn)場實物圖）

9.4.3加載頭：采用耐高溫材質(zhì)，避免測量探頭由于受熱產(chǎn)生數(shù)值漂移；

9.4.4支承框架：當進行均布加載時，試件安裝在一個能承載的框架內(nèi)，該框架的剛性大于試驗構件的剛性并能承受試驗過程中施加的加載量，在框架的平面內(nèi)當荷載分布結構的跨距中心承受10kN的力時，承載框架結構的任一邊變形量不大于1mm。

9.4.5試驗爐頂四周配有單獨的鋼平臺（平臺的承載能力0.5t/m2），并且配有1.2m高的安全護欄。

9.4.6約束部件：試件安裝在特殊的支承和約束框架內(nèi)，在試驗中，支承末端和邊界的約束采用不燃的耐火高溫棉封堵，與實際應用一致。邊界條件：一個邊界條件提供膨脹、收縮或轉動

的約束，另一個邊界條件提供試件變形自由變化的空間。檢測試件可選擇任意一個邊界條件分別確定為約束和/或自由變化。邊界條件的選擇應通過仔細分析其實際應用的條件加以確定。如果構件試件在實際應用中的邊界條件不確定或是變化的，采用保守的方法在試件兩邊或兩端提供支承。

9.4.8承載能力喪失的跟蹤：試驗前人工對試件約束部分在受到膨脹力、收縮力或扭矩作用之前的約束狀態(tài)進行記錄。試驗過程中，通過約束傳導到試件的外部力和力矩采用計算機實時跟蹤和記錄試驗承載能力喪失的時間。為維持其約束條件，實時記錄和跟蹤力在發(fā)生適當改變時的時間和變形（位移）量。

9.4.9變形量（位移）測量:

9.4.9.1采用紅外線測量，自動測控（聯(lián)動控制）測量位移，測量點在跨度的中間；

9.4.9.2測量參數(shù)：含變形速率和變形總量；

9.4.9.3變形量記錄：采集數(shù)據(jù)每分鐘15次，記錄次數(shù)每分鐘二次；

9.4.9.5變形量測定：應符合GB/T9978.1-2008中5.5.4的有關規(guī)定。

9.4.9.6軸向壓縮或膨脹值測量：±0.5mm.

9.4.9.7其它變形量精度：±2mm。

9.4.10加載條件：加載精度、加載速率均符合GB/T9978.1-2008中6.3條的有關規(guī)定。約束和邊界條件符合GB/T9978.1-2008中6.4條的有關規(guī)定,加載測量精度優(yōu)于：±2.5%。

十、試驗框架和蓋板：

10.1標準GB14907蓋板一套：

10.2鋼結構防火涂料隔熱效率試驗蓋板一套

圖20-1標準GB14907蓋板（1） 圖20-2標準GB14907蓋板（2）

十一、測量儀器的準確度：

11.1測量溫度：爐內(nèi) ：±10℃；

11.2環(huán)境及背火面：±2.0℃；

11.3其他溫度：±5℃

11.4試驗爐外表溫度：為常溫；

11.5爐內(nèi)壓力：±2 pa；

11.6時間：±1s/h；

十二、計算機控制系統(tǒng)：見圖21

12.1控制方式：采用自動、手動兩種控制方式

12.2采用PLC程序。整個控制系統(tǒng)由PLC 對燃氣供應、燒嘴點火、溫度控制、壓力調(diào)節(jié)、風機運行進行連鎖控制；并對錯誤程序操作、窯溫上下限、壓力上下限、燒成曲線失控、風機變頻系統(tǒng)等故障報警，停電時可以實行燃料自動切斷，確保試驗爐的安全運行；

12.3計算機操作界面：包括主控界面，爐溫曲線界面，壓力顯示、試件溫度界面，歷史記錄界面和參數(shù)設定界面。

圖21-1、總控制電路圖（1）

圖21-2、總控制電路圖（2）

12.4 數(shù)據(jù)采集：可采集各爐內(nèi)熱電偶溫度、各背火面熱電偶溫度，各測試點的單點溫度和平均溫度，并設有背火面單點溫度和平均溫度超溫報警，各燃燒器工作狀態(tài)，閥門啟閉狀態(tài)，煙氣溫度等參數(shù)。數(shù)據(jù)采集3次/s，試驗記錄（3 秒/次取平均值）按編號存儲，可隨時查詢；

可以實時查看試驗報表打印效果，只需點擊開始、計算和保存等按鈕就可完成，使用簡便。同

時增加數(shù)據(jù)調(diào)取功能，可以加載以往的實驗數(shù)據(jù)進行從新計算并形成報告；

12.5可實時顯示各爐內(nèi)熱電偶溫度、爐內(nèi)各測量點壓力、各背火面熱電偶溫度，各燃燒器工作狀態(tài)、閥門啟閉狀態(tài)、煙氣溫度等參數(shù)。

12.6最終檢測結果從信息、格式上可以滿足用戶甲方要求，并能夠方便存取數(shù)據(jù)，以方便其他應用。

12.7數(shù)據(jù)顯示與采集：溫度和壓力數(shù)據(jù)應由二次儀表采集和實時顯示，并且能通過采集卡傳輸至計算機進行顯示和采集。

12.8試驗過程軟件自動控制，預留接口，以便今后增加其它試驗方法，并可以自定義升溫曲線；軟件具備定時將數(shù)據(jù)上傳備份的功能。

12.9控制軟件帶擴展功能

圖22 控制部分

圖20數(shù)據(jù)采集界面

十三、安全報警系統(tǒng)：

13.1燃氣探測器：置于燃氣室一個；

13.2探測器與報警控制器分開安裝，氣體報警裝置其組成分為兩部分：探測器與報警控制器，探測器安裝在燃氣室和燃燒現(xiàn)場，報警控制器安裝在設備控制室。當燃氣室管道出現(xiàn)滲漏導致空氣中有可燃氣體時，探測器檢測信號通過電纜立即傳送到報警控制單元，控制器顯示出氣體濃度，當超過設定的報警濃度值時，報警控制器即發(fā)出聲、光報警信號并輸出聯(lián)動控制信號，控制防爆軸流風機及時排出控制險情，從而積極采取措施，避免安全事故發(fā)生。

13.3探測器輸出信號為4-20mA,傳感器穩(wěn)定，抗毒性好，壽命長，反應靈敏。安裝簡單方便。

13.4現(xiàn)場需要配備50kg推車式滅火器二個（需方自備）

13.5燃氣使用安全在“燃氣和空氣供氣系統(tǒng)”嚴謹設計。

十四、售后服務

14.1免費人工服務期、質(zhì)保期1年

14.2報修響應時間:2小時內(nèi)回應，36小時內(nèi)維修。

14.3保修期:終生

14.4軟件維護和更新:終生