《物料熱穩(wěn)定性量熱儀聯(lián)用試驗》

ICS83.160.10

41

CCSGCPCIF

中國石油和化學工業(yè)聯(lián)合會團體標準

T/CPCIFxxxx—202x

物料熱穩(wěn)定性量熱儀聯(lián)用試驗

Testmethodforthermalstabilityofchemicalsbymulti-calorimeter

2022-xx-xx發(fā)布2022-xx-xx實施

中國石油和化學工業(yè)聯(lián)合會發(fā)布

T/CPCIFxxxx—202x

物料熱穩(wěn)定性量熱儀聯(lián)用試驗

1范圍

本文件規(guī)定了差示掃描量熱儀、快速篩選量熱儀和絕熱量熱儀聯(lián)合使用測量物料熱穩(wěn)定性的試驗方

法。

本文件適用于化學反應過程中涉及的原料、中間物料、產品等化學品的熱穩(wěn)定性測試及熱力學研究。

2規(guī)范性引用文件

下列文件中的內容通過文中的規(guī)范性引用而構成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，

僅該日期對應的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本

文件。

GB/T6425-2008熱分析術語

GB/T13464物質熱穩(wěn)定性的熱分析試驗方法

SN/T3078.1化學品熱穩(wěn)定性的評價指南第1部分：加速量熱儀法

3術語和定義

GB/T6425-2008界定的以及下列術語和定義適用于本文件。

3.1

物料chemical

化工反應原料、中間產品、產品、副產物等相關物料及化工全流程各單元的物料。

3.2

差示掃描量熱儀DifferentialScanningCalorimeter

在程序控溫和一定氣氛下，測量輸給試樣和參比物的熱流速率或加熱功率（差）與溫度或時間關系

的量熱儀器。

[來源：GB/T6425-2008，3.2.9，有改動]

3.3

快速篩選量熱儀RapidScreeningCalorimeter

按程序控溫改變試樣和參比物溫度時，測量與試樣和參比物溫差相關的溫度和壓力與時間關系的量

熱儀器。

3.4

絕熱量熱儀AdiabaticCalorimeter

具有連續(xù)測量樣品與環(huán)境之間溫度差別的能力，可確保在樣品與環(huán)境之間發(fā)生熱交換量最小的情況

下進行熱量測量的儀器。

[來源：SN/T3078.1-3.1]

1

T/CPCIFxxxx—202x

4儀器和材料

4.1儀器

差示掃描量熱儀、快速篩選量熱儀、絕熱量熱儀。

4.2材料

4.2.1取樣

差示掃描量熱儀取樣應符合GB/T13464第6.1部分要求；快速篩選量熱儀和絕熱量熱儀取樣應符

合SN/T3078.1第8.2部分要求。

4.2.2試樣量

試樣量根據被測試樣的數(shù)量、需要稀釋的程度、升溫速率、樣品池容積等因素決定，未知樣品應從

小劑量開始試驗。

a)差示掃描量熱儀試樣量應符合GB/T13464第6.2部分的要求，宜為1mg~5mg，最大用量不超過

50mg。

b)快速篩選試樣量宜為0.1g-5g，最大用量不超過8g。

c)絕熱量熱儀試樣量宜為0.1g-5g，最大用量不超過10g。

5量熱儀聯(lián)用試驗基本流程

采用差示掃描量熱儀和快速篩選量熱儀分別開展毫克級和克級測試，相互印證判斷物料是否放熱，

如印證物料不放熱，則測試結束，如印證物料放熱，則以其快速篩選量熱儀的溫度和壓力數(shù)據作參考，

開展絕熱量熱儀測試，確定物料的熱穩(wěn)定性，具體流程如圖1所示。

數(shù)據印證

差示掃描量熱儀測試快速篩選量熱儀測試

是否放熱

是否

絕熱量熱儀測試

結束

圖1物料熱穩(wěn)定性量熱儀聯(lián)用試驗基本流程

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T/CPCIFxxxx—202x

6試驗步驟

6.1差示掃描量熱試驗

6.1.1試驗原理

通過差熱分析儀或差示掃描量熱儀進行毫克級劑量試驗，測定物料的焓變溫度(包括起始放熱溫度、

外推起始放熱溫度和峰溫)和反應焓的值，以此判斷物料的放熱情況。[來源：GB/T13464-4，有改動]

6.1.2試驗步驟

差示掃描量熱試驗的測試按標準GB/T13464第7部分進行。

6.1.3試驗結果

記錄如下數(shù)值：

a)物料的起始放熱溫度

b)外推起始放熱溫度

c)物料分解峰溫

d)物料分解放熱的反應焓值

6.2快速篩選量熱試驗

6.2.1試驗原理

通過快速篩選量熱儀進行克級劑量測試，測定物料受熱過程中的壓力和溫度變化，對照差示掃描量

熱試驗結果確定物質是否放熱，初步確定絕熱量熱試驗的溫度和壓力條件。

6.2.2試驗步驟

a)記錄樣品池質量、卡套質量，用于后續(xù)數(shù)據分析。

b)稱量試樣的質量并記錄，將試樣裝入樣品池。

c)將樣品池和參比池接入儀器的測試管道，擰緊泄壓管道上的泄壓閥，確保泄壓通道關閉。

e)設置快速篩選量熱儀溫控模式為掃描模式。

d)根據試樣的性質和儀器的正常工作溫度區(qū)間和壓力范圍來確定試驗溫度和壓力試驗參數(shù)。

f)啟動升溫控制器，控制升溫速率在0.5℃/min~10℃/min的范圍內，分別記錄溫度、壓力與時

間的關系曲線。

6.2.3試驗結果

記錄如下數(shù)值：

a)物料起始放熱溫度

b)物料分解峰溫

c)物料分解產生的最大壓力

6.3物料放熱判定

a)差示掃描量熱實驗與快速篩選量熱試驗都測出物料放熱，判定物料放熱；

b)差示掃描量熱試驗未測出物料放熱，快速篩選量熱試驗測出物料放熱，判定物料放熱；

c)差示掃描量熱試驗與快速篩選量熱試驗都未測出物料放熱，判定物料無放熱。

6.4絕熱量熱試驗

對判定為放熱的物料，進一步開展絕熱量熱試驗。

6.4.1試驗原理

通過絕熱量熱儀試驗獲取理想條件下，物料受熱分解產生的熱量和壓力情況，計算絕熱溫升和最大

反應速率到達時間。

6.4.2試驗步驟

絕熱量熱試驗的具體測試參照標準SN/T3078.1第8部分進行。

注：設置絕熱量熱測試參數(shù)設置時，宜參考快速篩選量熱分析得到的物料起始放熱溫度和物料分解

3

T/CPCIFxxxx—202x

產生的最大壓力。

6.4.3試驗結果

記錄以下數(shù)值：

a)物料起始放熱溫度

b)最大反應速率到達時間

c)最大實測放熱速率

d)計算出的絕熱溫升

e)物料分解峰溫

f)物料分解產生的最大壓力

7精確度

差示掃描量熱儀測試精確度參照GB/T13464第9部分執(zhí)行。

絕熱量熱儀測試精確度參照SN/T3078.1-2012第11部分執(zhí)行。

快速篩選量熱儀測試取三次測定結果的平均值作為試驗結果，重復度有95%的置信區(qū)間，超出范圍的結

果不應采納。

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中國石油和化學工業(yè)聯(lián)合會團體標準

《物料熱穩(wěn)定性量熱儀聯(lián)用試驗》

編制說明

一、任務來源

任務由中國石油和化學工業(yè)聯(lián)合會下達，立項通知：中石化聯(lián)質

發(fā)（2021）27號。由南京工業(yè)大學、常州大學、中國安全生產科學

研究院組織人員制定。

二、目的和意義

為有效防控反應失控誘發(fā)的化工生產事故，應急管理部（原國家

安監(jiān)總局）出臺了關于加強精細化工反應安全風險評估工作的指導意

見和精細化工反應安全風險評估導則，其中明確反應中涉及的原料、

中間物料、產品等化學品需進行熱穩(wěn)定測試。國內有關省份（如江蘇、

山東、河北）相繼出臺文件，要求對反應原料、中間產品、產品及副

產物進行熱穩(wěn)定性測試，評估蒸餾、干燥、儲存等單元操作風險，建

立高危工藝反應、蒸餾等各環(huán)節(jié)的熱力學研究數(shù)據臺賬。物料熱穩(wěn)定

性測試數(shù)據可支撐反應安全風險評估，及物料儲存、運輸?shù)陌踩珬l件

確定。現(xiàn)有相關試驗規(guī)程推薦了差示掃描量熱儀和絕熱量熱儀的量熱

測試方法，但缺乏快速篩選量熱的測試方法及量熱儀聯(lián)用熱穩(wěn)定性測

試方法。這導致不同量熱儀的測試數(shù)據無法相互印證，可靠性不高、

測試效率低，準確性、規(guī)范性、安全性仍需進一步提高。否則可能因

反應失控風險認知不清，采取不當防控措施最終導致事故。因此亟待

推進物料熱穩(wěn)定性量熱儀聯(lián)用試驗的規(guī)范工作。

本標準旨在建立量熱儀聯(lián)用的物料熱穩(wěn)定性試驗規(guī)范。應用差示

掃描量熱與快速篩選量熱對物料是否放熱進行比對判斷，解決測試周

期長和判定準確性差的問題；應用快速篩選量熱為絕熱測試能級篩選

確立提供判據，解決絕熱量熱數(shù)據準確性和測試安全性問題。

本標準為試驗規(guī)程，旨在推薦一種規(guī)范的量熱儀聯(lián)用流程和試驗

方法，為反應安全風險評估提供基礎數(shù)據。應用差示掃描量熱與快速

篩選量熱對物料是否放熱進行比對判斷，解決測試周期長和判定準確

性差的問題；應用快速篩選量熱為絕熱測試能級篩選確立提供判據，

解決絕熱量熱數(shù)據準確性和測試安全性問題。

三、起草工作的簡要過程

（一）成立標準編制小組

《物料熱穩(wěn)定性量熱儀聯(lián)用試驗》由南京工業(yè)大學主要負責。根

據項目任務書，成立了《物料熱穩(wěn)定性量熱儀聯(lián)用試驗》編制小組，

常州大學校長蔣軍成擔任總負責人，成員由倪磊、潘勇、王如君、魏

丹、江佳佳、王媛媛組成。通過組織機構的成立，一方面加強標準編

制過程中的協(xié)調和領導，另一方面保證編制標準的規(guī)范性和科學性。

（二）編制標準初稿

2021年2月項目組完成了中國石油和化學工業(yè)聯(lián)合會團體標準

的立項，中國石油和化學工業(yè)聯(lián)合會專家聽取了本試驗的立項論證報

告，認為立項依據充分，標準內容、技術路線、實施方案和編制提綱

可行，并確定了規(guī)程的主要內容。

根據中國石油和化學工業(yè)聯(lián)合會下達的立項意見，編制小組改善

了標準的結構和相關內容，在此基礎上開展了標準的編制工作。本標

準制定嚴格按GB/T1.1-2020《標準化工作導則第1部分：標準化文

件的結構和起草規(guī)則》的規(guī)定起草。

項目初期，編制組成員收集了國內外有關物料熱穩(wěn)定性測試的資

料，主要包括GB/T6425-2008《熱分析術語》，ASTME1981-98（2004）

《StandardGuideforAssessingThermalStabilityofMaterialsby

MethodsofAcceleratingRateCalorimetry》，SN/T3078.1《化學品熱穩(wěn)

定性的評價指南第1部分加速量熱儀法》，ASTME537-2002《Standard

TestMethodforTheThermalStabilityOfChemicalsByDifferential

ScanningCalorimetry》，GB/T13464《物質熱穩(wěn)定性的熱分析試驗方法》

等標準的內容。在廣泛征求專家和企業(yè)的意見和建議后，于2021年

10月完成了《物料熱穩(wěn)定性量熱儀聯(lián)用試驗》標準初稿。

四、編寫原則和確定標準主要內容的依據

根據立項報告和立項意見，確定本標準主要內容。說明如下：

（一）遵循的原則及內容確定依據

編制本規(guī)范遵守以下原則及依據：

1.標準編制遵循“科學性、實用性、統(tǒng)一性、規(guī)范性”的原則。

2.差示掃描量熱儀的試驗方法來源于《物質熱穩(wěn)定性的熱分析試

驗方法》（GB/T13464），絕熱量熱儀的試驗方法來源于《化學品熱穩(wěn)

定性的評價指南第1部分加速量熱儀法》（SN/T3078.1），快速篩選量

熱儀測試和量熱儀聯(lián)用的方法為首次制定。

3.本標準中試驗要求及步驟為已有商業(yè)設備或使用者自開發(fā)設

備可以實現(xiàn)且便于操作的。

3.本標準的編寫參考了物料熱穩(wěn)定性評估的工程實踐經驗。

（二）結構層次說明

本標準在常規(guī)標準要素的基礎上，首先介紹了物料熱穩(wěn)定試驗涉

及的儀器和材料，然后介紹了量熱儀聯(lián)用試驗的基本流程，最后介紹

了各量熱儀的的試驗方法。

（三）主要內容

本標準正文內容由7部分內容組成。具體結構如下：

前言

1范圍

2規(guī)范性引用文件

3術語和定義

4儀器和材料

5量熱儀聯(lián)用試驗基本流程

6試驗步驟

6.1差示掃描量熱試驗

6.2快速篩選量熱試驗

6.3物料放熱判定

6.4絕熱量熱試驗

7精確度

五、技術經濟分析論證和預期的經濟效益

現(xiàn)有物質量熱試驗方法未將不同量熱儀的試驗結果聯(lián)系比較，試

驗周期長、準確性不高。比如在毫克級試驗未檢出物質分解放熱，但

無法排除該物質在大劑量條件下的分解可能性。因此采用差示掃描量

熱與快速篩選量熱試驗判斷不同量級物質的分解放熱特性，解決測試

周期長和判定準確性差的問題。應用快速篩選量熱測試為絕熱測試能

級篩選確立提供判據，解決絕熱量熱數(shù)據準確性和測試安全性問題。

本標準通過建立量熱儀聯(lián)用的試驗方法，形成一套規(guī)范測試流程。試

驗人員可基于本標準進行物料熱穩(wěn)定性測試，高效、安全、準確地獲

取試驗數(shù)據。

六、執(zhí)行本規(guī)程的建議

本標準規(guī)定了物料熱穩(wěn)定性試驗的量熱儀聯(lián)用方法，包括量熱儀

聯(lián)用流程、差示掃描量熱儀、快速篩選量熱儀、絕熱量熱儀的試驗方

法，適用于化工過程中反應原料、中間產品、產品及副產物的熱穩(wěn)定

性測試及熱力學研究。

七、與有關的現(xiàn)行法律、法規(guī)和強制性國家標準的關系

國內現(xiàn)有的相關國標和行標如下，所列五個標準均在本標準中被

引用且與本標準無沖突。

GB/T6425-2008熱分析術語

GB/T13464物料熱穩(wěn)定性的熱分析試驗方法

SN/T3078.1化學品熱穩(wěn)定性的評價指南第1部分：加速量熱

儀法

試驗案例1

采用差示掃描量熱儀對物料A進行毫克級測試，樣品量4.45mg，

鍍金坩堝，測試結果如圖1所示，物料A在整個測試過程中沒有放

熱，在150-200℃之間有吸熱峰。

圖1物料A差示掃描量熱儀測試結果

采用快速篩選量熱儀對物料A進行克級測試，將物料A樣品量

1.01g放入樣品池1，樣品池2為參比測試池，測試溫度和壓力結果

如圖2、圖3所示。從圖中可知，物料A有一段吸熱，剛開始樣品池

1壓力上升，等溫度降下來以后，樣品池1壓力又下降至與樣品池2

壓力保持一致，說明壓力的產生主要是飽和蒸汽壓，綜合物料A溫

度和壓力數(shù)據，物料A在整個測試過程中未放熱。

圖2物料A快速篩選量熱儀溫度測試結果圖3物料A快速篩選量熱壓力測試結果

綜合差示掃描量熱儀毫克級實驗和快速篩選量熱儀克級實驗可

以確定物料A不放熱。

試驗案例2