陈有为 王志远 黄红花 康立 张威波 史丹 赵秀玲

气雾剂是指由金属、玻璃或塑料制成的符合联合国《关于危险货物运输的建议书规章范本》（ST/SG/AC.10/1/Rev.22）第6.2.4节要求的不可再充装的贮器，内装加压的压缩、液化或溶解气体，并装有释放装置，可使内装物以气体、泡沫、糊状物或粉末喷射出来，因为该类产品的主要成分及喷射剂多为有机溶剂，故遇到火源后极易剧烈燃烧，对设施和环境构成极大威胁^[1]。联合国《关于危险货物运输的建议书规章范本》（ST/SG/AC.10/1/Rev.22）、国际海事组织《国际海运危规》（IMDG CODE(2020)）、联合国《全球化学品统一分类和标签制度》（ST/SG/AC.10/30/ Rev.9）等都考虑了气雾剂的易燃特性。气雾剂类产品按照产品特性主要分为泡沫气雾剂和喷雾气雾剂，所谓喷雾气雾剂是指内装物以液态或气态形式喷雾的气雾剂产品。此类商品在进出口运输和使用过程中如果在封闭空间或有限空间中遇到火源，极易造成起火爆燃，给人身及财产安全带来重大危害。因此亟须开展对此类产品易燃性的识别研究。目前，喷雾气雾剂在封闭空间中的易燃性主要是依据联合国《试验和标准手册》（ST/SG/AC.10/11/Rev.7）第31.5项封闭空间点火试验进行评估，在该项试验中，喷雾气雾剂在封闭空间内燃爆状态的感应识别对于其易燃性的鉴定具有关键作用，常见的爆燃状态的感应识别通常只采用单一传感器检测的方法，例如机器视觉图像法、差压法、辐射检测法、声波法、电极法等^[2-6]，上述单一方法存在系统实现复杂且难以消除单类传感器带来的偶然误差等问题。因此，本研究针对上述问题，研发了气雾剂燃爆状态双传感器组合检测技术，采用压力传感器检测点火过程中压力的变化，采用红外光光敏传感器识别起火状态，满足了喷雾气雾剂在封闭空间中非接触、高精度、低成本的易燃性识别需求。

1 喷雾气雾剂易燃性识别试验仪结构设计

试验仪采用MCU+ARM架构，通过多维度组合气雾剂固定装置对喷雾气雾剂在试验状态下进行固定，并设计有气雾剂自动喷射触碰装置，能够实现气雾剂按要求自动喷射。通过高精度压力传感器和红外光光敏传感器精准识别封闭空间内气雾剂的燃爆状态，从而自动判断是否发生点火，根据检测数据自动得到该类商品点燃时的时间当量和爆燃密度信息，试验仪通过上述信息自动化识别并评估喷雾气雾剂类小商品的易燃性。上述技术能有效保证操作人员的安全，并满足联合国《试验和标准手册》第31.5项封闭空间点火试验和GB/T 21631—2008《危险品 喷雾剂封闭空间点燃试验方法》的试验要求。

易燃性识别试验仪由气雾剂固定和自动喷射触碰装置、测试圆筒（模拟封闭空间）、火源、压力传感器、光敏传感器、排雾装置、硬件控制系统等组成，仪器的整体结构如图1所示。

图1 喷雾气雾剂易燃性识别试验仪整机结构

Fig.1 Overall structure of the aerosol spray flammability identification tester

1.1 喷雾气雾剂固定和自动喷射触碰装置

喷雾气雾剂因使用场景不同，存在多种不同的形状、尺寸及高度，为适应上述气雾剂小商品的形态特点，满足试验过程中的自动喷射要求，本研究设计了能够适应其尺寸规格的气雾剂自动喷射触碰装置和固定装置，其中，喷雾气雾剂自动喷射触碰装置包括喷雾器喷射触碰装置、喷射触碰位置调节装置，能够实现试验过程中喷雾气雾剂喷嘴的自动触碰和喷射；喷雾气雾剂固定装置能适应常见的不同高度、大小的喷雾气雾剂的固定，并能调整罐体的不同固定方向（正立和倒立），从而使气雾剂喷嘴位置能够对准封闭圆筒的喷射口，保证喷射出的气雾剂能够全部进入封闭圆筒。其结构如图2所示。

图2 喷雾气雾剂自动喷射触碰装置和固定装置

Fig.2 Automatic spray touch and fixing device for aerosol spray

1.2 测试圆筒

测试圆筒可通过圆筒调节手轮调节圆筒与样品瓶喷嘴之间的距离以满足检测需求，通常为35 mm；圆筒下方安装有积屑盘，可收集喷雾瓶喷出的残余液体，并按要求进行处理，其结构如图3所示。

图3 测试圆筒结构

Fig.3 Test drum structure

1.3 排雾装置设计

在圆筒的左下方和圆筒的后上方各有一组排雾装置，主要为了做完试验后将筒内烟雾排出，避免再次试验时造成燃爆状态辨识误差，影响系统准确度。通过左下方排雾装置向筒内吹风，经后上方的排雾装置将筒内烟雾抽出。排雾装置由风扇、挡板、导向板、微动开关、把手和底座构成，其结构如图4所示，挡板向外抽出至极限位置时，风扇开启；向内推进至极限位置后风扇停止；微动开关通过向外抽出挡板和向内推进挡板控制风扇的启动和停止。

1.4 仪器硬件控制系统

仪器控制单元以AT89C55单片机为控制核心，实现直流电机的正反转、推拉电磁铁的运动控制及燃爆检测、识别和喷雾气雾剂易燃性的判断，仪器硬件框图如图5所示。

图4 排雾装置

Fig.4 Fog dispersion device

图5 喷雾气雾剂易燃性识别试验仪硬件控制系统框图

Fig.5 Hardware control system schematic of theaerosol spray flammability identification tester

2 喷雾气雾剂燃爆易燃特性识别方案

燃爆危险特性识别主要由压力传感器和光敏传感器完成。考虑到不同喷雾气雾剂配方和成分不同，选用红外光光敏传感器检测阵列，置于测试圆筒的火源上方，通过检测气雾剂起火爆燃时其红外光光谱的变化来识别气雾剂的燃爆情况，并通过测试圆筒上方喷射口附近安装的压力传感器检测圆筒内部压力的变化，通过双传感器的组合识别技术，准确判断喷雾气雾剂是否发生了燃爆。如果已燃爆，则自动停止试验；如果气雾剂喷射180 s后仍未发生燃爆，则也自动停止试验。同时，仪器自带的计时装置记录从试验开始到检测到燃爆发生时的时间。喷雾气雾剂在封闭空间内发生燃爆时，会在极短时间内产生大量的红外波长的光，同时因为测试圆筒是一封闭的空间，燃爆的发生会使该封闭空间中的气压急速变大，因此通过光敏传感器和压力传感器组合检测的方式，能够根据光谱信号和压力信号的变化情况识别出爆燃状态的发生^[7-8]。同时根据计时装置给出的爆燃发生时间信息，自动评价喷雾气雾剂的易燃特性。依据联合国《试验和标准手册》第31.5项，相关计算公式如下。

在1 m³内实现点火所需的时间当量（t_eq），可用式（1）计算：

t_eq = (1)

试验中实现点火所需的爆燃密度（D_def），可用式（2）计算：

D_def = (2)

如果喷雾气雾剂经封闭空间点火测试得到的时间当量低于或等于300 s/m³，或燃爆密度低于或等于300 g/m³，则该气雾剂发生了燃爆，列为易燃气雾剂，否则气雾剂列为不易燃气雾剂。

3 喷雾气雾剂易燃性识别试验仪的应用

采用所研制的喷雾气雾剂易燃性识别试验仪，依据联合国《试验和标准手册》（ST/SG/AC.10/11/Rev.7）第31.5项的试验要求，选取了进出口和使用场景中最常见的部分喷雾气雾剂样品进行封闭空间内的易燃性识别测试，表1为选取的5种常见喷雾气雾剂的试验结果。由表1可见，日常生活中经常使用的喷雾气雾剂在封闭空间使用时存在燃爆的可能。

选取3罐相同品牌和同一生产批次的杀虫气雾剂进行3次独立封闭空间易燃性识别测试，结果表明，该气雾剂易燃，特定封闭空间使用场景中具有潜在燃爆危险性（表2）。3次平行测试得到的时间当量和燃爆密度较为一致，验证了仪器测试结果的重复性较好。

试验结果表明，该仪器能够快速准确地对喷雾气溶胶在封闭空间的爆燃进行检测，检测流程符合标准的要求。

4 结论

本文研究的喷雾气雾剂易燃性识别试验仪采用MCU+ARM架构，通过喷雾气雾剂固定和自动喷射触碰装置实现了气雾剂的多尺寸固定和自动喷射，相比较于联合国《试验和标准手册》中需要通过试验人员手动固定气雾剂和人工操作喷射气雾剂的设计，解决了自动化水平低、人机未隔离导致安全风险高等技术难题。同时，通过高精度红外光光敏传感器和压力传感器实时识别封闭空间内气雾剂的燃爆状态，自动识别和计算实现点火所需的时间当量（t_eq）和爆燃密度（D_def）数据，并根据上述结果依据评价标准由试验仪自动做出喷雾气雾剂易燃性的评价，相比于人工识别和评价具有自动化程度高、重复性好、检测精度高的特点。本研究为海关实验室对进出口喷雾气雾剂类小商品的检验提供了自动化、高精度的检验方法，对促进喷雾气雾剂类小商品的进出口贸易和保障喷雾气雾剂类小商品的进出口安全具有重要意义。

参考文献

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表1 常见喷雾气雾剂样品在封闭空间使用场景中的易燃性测试结果

Table 1 Flammability test results of common aerosol spray samples inenclosed space usage scenarios

注: 气雾剂易燃性测试的条件为环境温度25℃, 环境湿度70% RH, 样品温度20℃.

表2 相同喷雾气雾剂样品（杀虫气雾剂）的试验结果

Table 2 Test results of the same aerosol spray sample (insecticide aerosol spray)

注: 气雾剂易燃性测试的条件为环境温度25℃, 环境湿度70% RH, 样品温度20℃.

基金项目：海关总署科研项目（2021HK213）

第一作者：姚伟琴（1978—），女，汉族，新疆奇台人，硕士，高级工程师，主要从事食品检测研究，E-mail: weiqinyao123@163.com

通信作者：巩志国（1979—），男，汉族，新疆奎屯人，硕士，高级工程师，主要从事食品检测研究，E-mail: 472688422@qq.com

1. 乌鲁木齐海关技术中心食品安全实验室 乌鲁木齐 830000

2. 新疆农业大学食品科学与药学学院 乌鲁木齐 830052

1. Technical Center for Food Safety Laboratory of Urumqi Customs, Urumqi 830000

2. College of Food Science and Pharmacy of Xinjiang Agricultural University, Urumqi 830052