关于ARC测试单元最大工作压力的建议

by 肯·库科 , 首席技术官, 福斯克& Associates, LLC

肯·库科 首席技术官 福斯克& Associates, LLC

At 福斯克&Associates，LLC（FAI），通常会询问我们提供的加速量热仪（ARC）测试单元的破裂压力。 ARC高 热惯性绝热量热仪，用于获得失控的化学反应数据和 热稳定性 在此设备中发生失控反应时，测试室中的压力自然会升高，无论是由于蒸汽压力效应，不可冷凝气体的产生还是两者兼而有之。失控反应产生的压力必须包含在测试单元中。由于该要求，与所用测试样品的质量相比，测试单元的质量相对较大。这意味着随着反应失控的进行，反应产生的热量会被测试单元吸收，并且数据无法直接应用于过程规模。

标准ARC测试池的体积约为10 ml，通常由不锈钢，Hastelloy C，钛或钽制成。这种尺寸的测试电池的内径为1.0英寸。测试单元的壁厚可以为0.020、0.025或0.035英寸。图1提供了测试单元的示意图。

图1标准10毫升 ARC测试单元

希望知道爆破压力的原因是，可以将尽可能多的样品材料添加到测试池中，而不会在测试过程中引起破裂。这样可以减少热惯性（或实质上减少测试单元吸收的热量），并确保不会掩盖较低的能量放热活动。但是，无论将多少样品加载到测试单元中，所产生的热惯性都永远无法代表过程规模（1.05-1.10）。

ARC曾经也从未打算成为低热惯性量热仪。来自该设备的数据将需要对热惯量进行校正。如果需要低热惯性数据，则量热仪应在低热惯性下运行排气口尺寸调整套件2（VSP2 ^{TM值 值} ）或高级反应系统筛选工具  (ARSST ^{TM值 值} ）应该使用。

此外，这个问题并不像告诉ARC用户特定测试单元的爆破压力那么简单。设计测试时，必须平衡多个变量以确保获得最佳结果：样品质量，测试过程中可以达到的最高温度，测试过程中可以达到的最大压力，维持了哪些绝热条件，以及测试池和样品之间的材料相容性。

为了解决有关测试单元破裂压力的原始问题，我们将集中讨论给定测试单元材料的极限拉伸强度和壁厚与测试过程中产生的峰值温度和峰值压力之间的关系。极限抗拉强度随温度升高而降低。图2说明了温度对普通测试电池材料极限抗拉强度的影响。基于这些抗拉强度，可以使用下面的公式1计算表1中提供的具有指定尺寸的球的理论爆破压力。

σ_t = 

哪里
σ_t =极限抗拉强度（Pa）

t_w =测试单元球形部分的壁厚（m）

r =测试单元的内半径（m）

P =内部表压（Pa）

图2 ARC测试单元材料的极限拉伸强度与温度的关系

当然，这些是对球体的“理想”计算，它不考虑测试单元的实际几何形状，也不考虑制造过程中不可避免地出现的缺陷。例如，与锻造产品相比，焊缝的存在和焊接金属内不均匀的微观结构会导致较高的腐蚀速率。需要考虑诸如此类的因素类型。因此，理论爆破压力不应用于测试设计，而应使用2到3的安全系数。表1总结了我们提供的各种ARC测试单元的理论爆破压力和建议的最大工作压力。

表1标准ARC测试单元的理论爆破压力和建议的最大工作压力与最大测试温度的关系

参考文献

Haynes International，“ Hastelloy C-276合金的拉伸强度和伸长率”。检索2018年9月5日
from http://haynesintl.com/alloys/alloy-portfolio_/Corrosion-resistant-Alloys/HASTELLOY -C-276-Alloy/tensile-strength-and-elongation

北美不锈钢，“扁平产品不锈钢牌号316-316L。”检索2018年9月5日
from //www.northameric anstainless.com/wp-content/uploads/2010/10/Grade-316-316L.pdf

神户钢铁集团神钢，“现有金属材料的最高比强度-特性s”。检索2018年9月5日
from http://www.kobelco.co.jp/english/titan/files/details.pdf

摘自金属粉末工业联合会的PM，“什么是难熔金属？”检索2018年9月24日
from //www.pick pm.com/wp-content/uploads/2016/08/What-Are-Refractory-Metals.pdf

戴维斯（J.R。），《 ASM专业手册-耐热材料-第I部分：简介》。 ASM国际（1997）。检索2018年9月5日
from //app.knovel.com/hotlink/pdf/id:kt00URR 0YB /asm-speci alty-handbook/part-i-introduction