Установление факта работы ТЭНа бытовых электрокипятильников в аварийном режиме (без жидкостного охлаждения)
Методика установления факта работы электрокипятильника без водяного охлаждения методом измерения микротвердости трубчатой оболочки ТЭНа была предложена в работе [55]. В дальнейшем методика была усовершенствована c применением металлографического анализа [48, 54, 56].
Дополнительные сведения о получаемых микроструктурах можно получить из Атласа микроструктур [51].
Металлографический метод. Оболочка ТЭНа из латуни
Пожарная опасность электрокипятильников
Бытовые электрокипятильники погружного типа (далее - кипятильники), как одна из разновидностей электронагревательных приборов, характеризуются повышенной пожарной опасностью. Надежно и эффективно работающие в штатном режиме (т. е. будучи погруженными в жидкость), кипятильники довольно быстро перегреваются до опасных в пожарном отношении значений температур при работе на воздухе. Такие ситуации возникают на практике, например, при выкипании нагреваемой жидкости или при опрокидывании содержащей ее емкости.
При работе в нештатных условиях (на воздухе) происходит нагрев трубчатой оболочки кипятильника до свечения, что может сопровождаться разрушением (для алюминиевых оболочек) или существенными изменениями структуры более термостойких металлических оболочек. Контактирующие с раскаленной оболочкой горючие материалы при этом могут воспламениться. Кроме того, передача тепла вдоль металлической оболочки может вызвать разрушение (оплавление, растрескивание) пластмассового узла крепления концов трубчатой оболочки (изолятора), расплавление припоя в месте соединения внутри этого узла нихромовой проволоки (спирали) с токопроводящими проводами, разрушение (оплавление, пиролиз) изоляции электропроводов. Эти явления характеризуются возможностью возникновения в не отключенном от электросети устройстве вторичных явлений электрической природы - искрения, дуговых разрядов в режиме КЗ.
|
|
|
При обнаружении на месте пожара остатков кипятильника, в качестве одной из версий о причине возникновения пожара прорабатывается причастность к этому кипятильника, работавшего в нештатных условиях. Соответственно, перед экспертом ставится вопрос: произошло ли повреждение кипятильника вследствие только внешнего теплового воздействия или еще и в результате нагрева электрическим током на воздухе, что является нештатным режимом его работы? Как свидетельствует практика, неметаллические части кипятильников нередко уничтожаются в процессе пожара, поэтому при решении поставленного вопроса следует опираться, прежде всего, на исследование металлических частей, в частности их трубчатых оболочек.
|
|
|
Экспериментальные сведения о работе кипятильника в аварийном режиме
В [48] приводятся результаты серии экспериментов с использованием стандартных бытовых электрокипятильников мощностью 300 Вт, модели ЭПМ-0,3/220 по ГОСТ 14087-80 (рисунок 2.67). Устройство имеет трубчатую оболочку из медно-цинкового сплава марки Л-96 с развернутой длиной 550 мм, диаметром 6,5 мм. Внутри оболочки располагается проволочная нагревательная спираль диаметром 0,14 мм из сплава марки 9Х20Н80. Концы спирали с помощью электроконтактной сварки присоединены к медным штырям диаметром 1,25 мм, находящимся внутри изолятора. Противоположные концы штырей припаяны к медным жилам шнура ШВП-2ХО,5 сплавом ПОС-40.
Рисунок 2.67 – Внешний вид кипятильника
При проведении экспериментов было установлено, что данные кипятильники работают на воздухе от 4 до 6 мин, при этом различные участки трубчатой оболочки нагреваются до разных температур. Наиболее нагретым является спиральный участок - два средних витка (800 °С); наименее нагретыми являются участки, непосредственно примыкающие к изолятору – выводной участок (540 °С). Внешний нагрев не может привести к столь значительной разности температур между отдельными участками оболочки, учитывая ее размеры и высокую теплопроводность материала.
|
|
|
Очевидно, что если материал трубчатой оболочки в исходном состоянии имеет однородную структуру и однородные свойства во всем объеме и если эта однородность сохраняется в процессе длительной эксплуатации кипятильника в штатном режиме (нагрев в воде), то нагрев в режиме работы кипятильника на воздухе может привести к существенной неоднородности структуры и свойств материала трубчатой оболочки. Под однородностью в данном случае понимается отсутствие различий по микроструктуре и свойствам между отдельными участками трубчатой оболочки, по ее длине.
Металлографический анализ трубчатой оболочки кипятильника
Для проведения металлографического исследования из трубчатой оболочки кипятильника вырезается два образца. Первый образец должен быть расположен на спиральном участке, второй образец на выводном участке (рисунок 2.68). При этом необходимо избегать деформации отобранного образца, поскольку это может привести к искажению его микроструктуры.
|
|
Рисунок 2.68 - Места вырезки образцов (заштрихованные области) из кипятильника
|
|
|
Металлографическое исследование показало, что материал оболочки кипятильника в исходном состоянии имеет по длине однородную структуру, которая характеризуется наличием равноосных зерен, по размеру соответствующих 4 - 5 номеру зерна по эталонной шкале (рисунок 2.69 а). Нагрев кипятильника электрическим током в воде в течение 100 ч не приводит к нарушению структурной однородности и не вызывает заметного роста зерен во всем объеме материала трубчатой оболочки. В случае нагрева кипятильника электрическим током на воздухе в материале трубчатой оболочки в области средних витков спирали наблюдается рост зерен до размера, соответствующего 2-3 номеру зерна (рисунок 2.69 б, 2.70 а). При этом величина зерен на участке, примыкающем к изолятору, сохраняется практически такой же, как у материала оболочки в исходном состоянии (рисунок 2.70 б).
|
| ||||
Рисунок 2.69 - Микроструктуры материала оболочки кипятильника
в области спирального участка (160х)
|
|
Рисунок 2.70 - Микроструктуры материала оболочки кипятильника при нагреве током на воздухе и последующем нагреве в печи до 600 °С (160х)
Если работающий на воздухе кипятильник явился причиной возникновения пожара, то его оболочка во время пожара будет подвергаться общему внешнему нагреву, что может привести к изменению характера структуры и свойств, возникших ранее от нагрева током на воздухе.
Экспериментальные исследования показали, что внешний нагрев до температуры 600 °С не приводит к значительным изменениям размера зерен на указанных участках (рисунок 2.70). В интервале температур от 600 до 700 °С в материале участка, примыкающего к изолятору, происходит интенсивный рост зерен, в результате которого их размер становится соизмеримым с размером зерен [48].
Признаки работы кипятильника в аварийном режиме
- Если у изъятого с места пожара поврежденного кипятильника в материале трубчатой оболочки имеются различия в размере зерна между спиральным и выводным участками (рисунок 2.69), и зерна на указанных участках отличаются друг от друга по размеру (хотя бы на один номер зерна, согласно эталонной шкалы), значит, повреждение кипятильника произошло вследствие его нагрева электрическим током на воздухе и от последующего внешнего теплового воздействия, причем температура внешнего нагрева не превышала 600 °С;
- Если у изъятого с места пожара поврежденного кипятильника в материале трубчатой оболочки различия в размере зерна между спиральным и выводным участками отсутствуют, то сделать однозначный вывод о причине повреждения кипятильника не представляется возможным [48].
Дата добавления: 2020-12-22; просмотров: 248; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!