更新时间：2026-09-08
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在化工生产、储存及运输中，冷却失效、搅拌中断或物料堆积等异常工况，随时可能使一个原本处于稳态的体系暴露于热失控风险之中。若热量无法及时移除，反应自放热将加速反应进程，放热与升温形成正反馈，最终引发绝热自加速反应。这种正反馈式的自加速过程，是绝大多数化工失控事故的共同本质。自2017年起，国家安全生产监督管理总局发布的《精细化工反应安全风险评估导则（试行）》就明确将绝热条件作为失控风险评估基准。绝热加速量热仪（ARC）则是准确表征该过程、获取温升速率及压力跃升数据的关键安全评估仪器。
绝热加速量热仪（Accelerating Rate Calorimetry，ARC）是一种在近似绝热条件（即体系与外界无热量交换）下，连续测量样品温度及压力随时间（或温度）变化的方法。
其工作原理可概括为“加热-等待-搜索-追踪"（Heat-Wait-Seek-Track，H-W-S-T，也称H-W-S）循环：先将样品加热至设定温度，待样品与环境（炉体）达到热平衡后，随后“搜索"样品是否出现自放热；一旦样品的温升速率超过设定阈值（如：0.02 °C/min），仪器判定检测到放热，随即切入绝热追踪模式，使炉体温度实时跟随样品温度，以尽量消除热散失，从而营造近似绝热的测量环境。
图1 H⁃W⁃S⁃T 升温模式示意图（GB/T 22232.2-2026）
在绝热追踪过程中，仪器连续记录温度、压力曲线，据此可计算出一系列关键安全参数：
起始放热温度（T0）——样品自加热速率首次超过阈值时对应的温度，用于判断样品开始放热的早晚；
放热最高温度（Tmax）——样品发生剧烈放热后达到的最高温度；
终点温度（Tf）——放热结束、温升速率回落到阈值以下时的温度；
实测绝热温升（ΔTad）——放热过程中体系的温升；
实测最大反应速率到达时间（TMR）——“致爆时间"，直接用于评估失控发生的可能性；
起始放热温度对应时间（t1），最大反应速率对应时间（t2）——反应特征时间；
单位质量反应放热量（ΔH）——经热惯性因子（Φ）校正后，单位质量样品释放的热量；
ARC Athena
绝热加速量热的价值，在于将安全评估中难以直接观测的“最坏情形"转化为可量化的数据。得益于温度动态特性补偿与测量速度提升两项关键技术改进，ARC Athena在“测得更准"与“测得更快"之间取得了更好的平衡。
Accelerating Rate Calorimetry
（一）将“绝热"测得更准
绝热量热的前提是炉体温度与样品温度保持实时一致，唯有二者接近无温差，反应释放的热量才不致散失，据此反推的参数才真实可靠。
ARC Athena的智能温度动态特性补偿技术，让ARC能够“预判温度"。常规绝热加速量热的温控被动依赖滞后的反馈跟随，即待温度偏差出现后再行调整。ARC Athena引入智能寻优算法，实时辨识滞后环节、精准补偿，使炉体提前动作，显著改善绝热性能。
图3 ARC Athena的智能温度动态特性补偿技术
（二）让“绝热"测得更快
在保证精度的同时，ARC Athena同时具备了更强的适应性与工程落地能力。H-W-S-T循环中，等待与搜寻是耗时主体。ARC Athena设计了全新的热平衡算法，通过精确判定“样品-炉体"的热平衡达成时间并消除温度回摆，使平衡判定不再依赖固定的最长等待时长，而是随体系动态收敛自行回归。热平衡时间由常规设计的约30 min缩短至约12 min。同时，等待与搜寻时长可自由设置，单台阶总耗时可由常规设计的约60 min降至约30 min，达到国标下的最优搜索速度。
图4 ARC Athena的H-W-S-T搜索优化策略
（一）测试条件
本次实验在焦耳智能绝热加速量热仪ARC Athena上进行，采用“加热-等待-搜寻-追踪（H-W-S-T）"模式。具体试验条件如下：
项目 | 具体参数 |
样品 | 20% DTBP甲苯溶液,5 g |
样品池材质 | 哈氏合金池（17.14 g,不含卡套） |
环境条件 | 20~25 °C,≤ 85% RH |
温度程序 | 100 °C → 210 °C，升温速率5 °C/min,间距3 °C |
每级时序 | 等待15 min，搜寻10 min |
检测阈值 | 0.02 °C/min |
（二）测试结果
在相同测试条件下，采用标准参考物质进行量热测试，并将实测结果与标准给出的参考值逐项比对，是检验量热仪可靠性的常用方式。为考察放热过程测量的准确度，ARC Athena的H-W-S-T模式同时提供R（基于温升速率追踪）与D（基于温差变化追踪）两种温升追踪方法。以20%（质量分数）DTBP甲苯溶液为样品，在焦耳智能绝热加速量热仪上以H-W-S-T模式运行（此处以R方法为例），测试过程如图5~6所示，实测关键参数汇总于表 1：
图5 ARC Athena在H-W-S-T（R）模式下测试样品的“温度—时间"曲线
图6 ARC Athena在H-W-S-T模式下，使用R方法对同批次样品两次测试的曲线对比
得益于ARC Athena的低热惰性设计与温度动态特性补偿功能，各项关键参数均与现行标准及文献参考值保持了良好的一致性。图6中，同一批次样品的两条“温度-时间"曲线几乎重合，说明在相同条件下测量结果稳定、可复现。R与D两种模式在相同的标准参考物质与相同测试条件下运行，此处以R模式为例，实测结果汇总于表1——R与D两种模式的实测结果高度一致，且与GB/T 22232.2-2026、T/CCSAS 057-2025给出的参考值保持良好一致性。
图7 ARC Athena在H-W-S-T模式下，使用R和D两种方法对同批次样品两次测试的曲线对比
表1 ARC Athena在R和D两种模式下测试样品的关键参数
参数 | D模式实测结果 | R模式实测结果 | 参考数值 | 参考数值依据 |
起始放热温度（°C） | 118.4 | 118.6 | 116 | GB/T 22232.2-2026 |
单位质量反应放热量（J/g） | 228.9 | 229.0 | 225 | GB/T 22232.2-2026 |
校正绝热温升(°C) | 131.1 | 131.2 | 128 | GB/T 22232.2-2026 |
终止放热温度(°C) | 189.7 | 190.1 | 187 | GB/T 22232.2-2026 |
实测最大温升速率（°C/min） | 3.85 | 3.76 | ~3.90 | T/CCSAS 057-2025 |
采用极差法统计，起始放热温度重复性为0.359 ℃（国标要求2.7 ℃）、反应放热量重复性为1.518 J/g（国标要求13.0 J/g）、终止放热温度重复性为0.885 ℃（国标要求3.6 ℃），均远优于国标限值；起始放热温度、反应放热量与终止放热温度与参考值的偏差方面（见表1），均小于2.5%。ARC Athena的测量重复性高、结果稳定可复现，且与标准参考值吻合良好。
在此基础上，ARC Athena自带的动力学求解软件可基于绝热升温数据，在线计算反应动力学参数。本组20% DTBP甲苯溶液的活化能实测值Ea=158.0 kJ/mol（此处以R模式为例）。活化能与ASTM E2781中20% DTBP甲苯溶液的参考值（Ea=158.1 kJ/mol）良好吻合。
图8 基于绝热升温曲线的反应动力学求解：起始与终点选取
图9 基于绝热升温曲线的反应动力学：阿伦尼乌斯（Arrhenius）曲线
关键参数决定了量热仪能否在真实工况下同时做到“测得准、测得快"。ARC Athena 关键参数汇总见表 2。
表2 ARC Athena 关键参数
参数项 | 指标 |
控温范围 | 室温～600 °C |
控温模式 | H-W-S-T、恒温、等速扫描等 |
温度显示分辨力 | 0.001 °C |
温度稳定性 | 0.01 °C/min |
温度检测阈值 | 0.005～0.02 °C/min |
温度跟踪速率 | 0.005～40 °C/min |
最高耐压 | 20 MPa |
压力分辨力 | 1 kPa |
样品池材质 | 不锈钢、钛合金、哈氏合金 |
热惯性因子（Phi值） | ≤1.35 |
容器直径/深度 | 90 mm/110 mm |
炉体材质 | 铬锆铜(可选配不锈钢衬套） |
接口/功率 | RJ45/≤3000 W |
热散失修正 | 有 |
温度随动动态特性补偿 | 有 |
搅拌模块 （选配） | 搅拌速率>100 rpm |
杭州焦耳智能科技有限公司ARC Athena全新升级，既满足 GB/T 22232.2-2026 等标准对失控风险评估的测量要求，也通过 H-W-S-T 循环提速显著缩短单次实验耗时，量热能力进一步提升，为反应工艺风险评估与热安全设计提供完整的数据支撑。
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