火灾烟气毒性及危害性研究.doc

安全科学发展动态学习报告 题目： 火灾烟气毒性及危害性研究 文献综述 学生姓名： * 学 号： * 指导教师： * 专业班级： * 火灾烟气毒性及危害性研究文献综述【摘要】 火灾是我们现在面临的最严重的安全问题之一，其中烟气对人类的危害最大。通过对火灾烟气毒性的研究，介绍烟气的危害性，为对火灾烟气防范提供参考方法，对以后进一步研究该专题提出建议，尽量减轻火灾烟气造成的损失。【关键词】 火灾烟气； 毒性； 危害性Fire smoke toxicity and harmfulness research Literature review Abstract: Fire is one of the most serious security problems we faced , of which the exhaust gas is the biggest threat for us . According to the researching about the smoke toxicity coming from the fire , I will talk about the dangers of the smoke toxicity and give some useful reference approach to keep a lookout about the fire smoke .which can give some suggestions about the monographic study for future . Let the damage made by fire smoke reduce to the lowest .Key words: fire ; exhaust gas ; smoke toxicity1. 引言 近年来，火灾事故频发。现代建筑物内可燃装饰、化纤地毯和泡沫塑料填充的家具陈设较多，这些可燃物在燃烧过程中会产生大量的有毒烟气和热量，同时要消耗大量的氧气。火灾危害主要是热量、烟气和缺氧这三种因素的作用。在大多数火灾之中，烟气的危害是最大的，有毒气体是造成人员伤亡的罪魁祸首。美国国家消防协会将火灾分为四类:A类,木材、纸类、橡胶和塑胶等普通可燃物的火灾；B类，可燃性液体或气体的火灾；C类，电器设备的火灾；D类，钾、钠镁等可燃金属或其它活性金属的火灾。但这四种火灾都或产生不同的有害气体。火灾统计资料表明 ,火灾中的死亡者中有4 0 %50 %死亡原因与烟气有关。如新疆克拉玛依友谊宾馆大伙，死亡月人，其中95%以上死于烟气中毒；辽宁阜新艺苑歌舞厅“11.17”大火，因易燃的棉丙化纤布燃烧时分解产生大量有毒气体，造成余人中毒窒息死亡；2000年河南洛阳东都商厦“1225”特大火灾中的309名死者绝大多数系一氧化碳中毒死亡；烟气中各种有毒有害成份、腐蚀性成份、颗粒物等以及火灾环境的高温、缺氧,对生命财产以及生态环境都造成很大破坏。如果把火灾比作恶魔，那么烟气就是恶魔中的蒙面杀手。严重的火灾事实使人们越发关注火灾烟气对人员的伤害,从而就更重视火灾烟气问题。国内外研究机构都正在积极开展这方面研究,并且希望借助这些工作建立相关的安全标准。2. 火灾烟气分析烟气是物质在燃烧反应过程中生成的含有气态、液态和固态物质与空气的混合物。烟是由热解或燃烧作用所产生的悬浮在气体中的可见的固体或液体微粒，含有烟的气体叫做烟气，火灾中所产生的烟气叫做火灾烟气。由于燃烧产物温度高、比重小，在浮力作用下向上流动，火源底部形成负压区，周围大量冷空气从火焰底部涌入，提供了继续燃烧需要的氧气，并在燃烧热的作用下上升，与热解产物、燃烧产物共同构成了火灾烟气。烟气的成分和数量取决于可燃物的化学组成和燃烧反应条件（温度、压力和助燃物的数量等）。可燃物多为有机物，还有少量金属。有机物的化学成份主要有碳（C）、氢（H）、氧（O）、氮（N），此外还含有硫（S）、磷（P）和卤素（F、Cl、Br、I）等元素。其燃烧产物主要有一氧化碳、二氧化碳、水蒸汽、二氧化硫和五氧化二磷等，在不完全燃烧状态下还会生成大量的中间产物，尤其是一些高分子合成材料。在火场温度达到不同的程度时会生成不同的中间产物，其中间产物的种类非常多，常见的有硫化氢、氨气、氰化氢、苯、甲醛、氯化氢、氯气和光气等，有些产物还不为我们所知。此外，烟气中还含有数量相当可观的游离基，气浓度甚至可达一氧化碳的三倍多。物质名称燃烧时产生的主要有毒气体木材、纸张二氧化碳、一氧化碳棉花、人造纤维二氧化碳、一氧化碳羊毛二氧化碳、甲苯、一氧化碳、氨、氰化物聚四氯乙烯二氧化碳、一氧化碳聚苯乙烯二氧化碳、一氧化碳苯、甲苯、乙醛聚氯乙烯二氧化碳、一氧化碳氯化氢、光气、氯气尼龙二氧化碳、一氧化碳、氨、氰化物酚树脂一氧化碳、氨、氰化物三聚氰胺、醛树脂一氧化碳、氨、氰化物环氧树脂二氧化碳、一氧化碳、丙醛 燃烧产物有气态、液态和固态三种形式，其中液态和固态产物悬浮在空气中，形成烟尘。通常认为火灾现场中的烟气是燃烧产物与空气的混合物，本人认为还应包括用水扑救火灾时汽化的水蒸汽（有些初起火灾在消防队到达现场前自动喷水灭火系统已动作），因其热容大而携带大量热量更容易造成人员灼伤。 当在室外开敞空间发生火灾时，由于空气的对流作用和风力作用，烟气很快散失，不致于在某空间较大浓度聚集，故危害不大。只有在相对密闭的建筑内发生火灾，烟气才会造成大的危害。3. 火灾烟气毒性、危害性分析火灾烟气危害性极大，经常造成巨大伤亡损失，其中，由于火灾烟气致死的有很多方式，如下：3.1窒息死亡3.1.1单纯窒息死亡正常情况下，空气中的氧气含量为21%，火灾发生时，可燃物燃烧过程要消耗大量的氧气，致使烟气中的氧气含量降低，而且往往低于人们生理正常所需要的数值。脑缺氧仅3-4分钟便会发生不可逆的缺氧性损伤，因此在缺氧的环境中，大脑首先受影响，产生功能障碍，情况严重则会使人窒息死亡。3.1.2烟尘堵塞窒息死亡含有大量烟尘的烟气被火灾现场中人员吸入后，会粘附在鼻腔、口腔和气管内，进入支气管、细支气管和小支气管，甚至由扩散作用能进入肺部粘附在肺泡上。所以火灾中受害者的鼻腔、口腔、舌体上表面和气管处会发现大量烟尘，有时会是厚厚的一层，严重时会堵塞鼻腔和气管，致使肺通气不足，最终窒息死亡。 3.1.3热力损伤窒息死亡人吸进高温烟气后，高温烟气流经鼻腔、咽喉、气管进入肺部的过程中，会灼伤鼻腔、咽喉、气管甚至肺，致使其粘膜组织出现水泡、水肿或充血。影响新鲜空气的吸入和废气的呼出，致使肺通气不足。情况严重时，伤者可出现窒息。另外，高温烟气流经鼻腔、咽喉、气管进入肺部后，温度虽有所降低，但还是能够灼伤肺部气管、支气管壁的毛细血管和肺泡壁毛细血管，使毛细血管通透性增加，致使大量渗出液积聚于气管、支气管管腔中以及肺间质、肺泡腔内，直接影响肺换气，氧气、二氧化碳就不能最终实现体内体外的交换，人就会因缺氧而窒息死亡。 3.1.4粘膜刺激窒息死亡有些燃烧产物会对人的喉、气管、支气管和肺产生强烈的刺激作用，致使其不能正常呼吸而窒息死亡。二氧化硫、氨和炭粒刺激喉部粘膜引起咳嗽反应，可作用于平滑肌或通过轴索反应诱发支气管痉挛，增加气道阻力。光气、二氧化氮刺激肺感受器，使呼吸浅快，产生呼吸困难，引起肺水肿，影响肺通气。二氧化硫、氨气和氯化氢等易溶性气体进入湿润的呼吸道后便迅速溶解，造成上呼吸道化学性烧伤，继发炎性水肿后引起上呼吸道阻塞。醛类具有很强的刺激性和蛋白质变性作用，实验表明给动物吸入10ppm的丙烯醛能迅速诱发肺水肿，动物在数分钟内即死亡。 3.1.5化学窒息死亡人吸入一氧化碳、硫化氢及氰化物后会出现化学窒息死亡。一氧化碳与血红蛋白的亲和力要比氧大210倍，正常情况下空气中的氧含量为21%，当空气中一氧化碳含量达0.1%时，血液中将形成50%的碳氧血红蛋白和50%的氧合血红蛋白，此时已是一氧化碳重度中毒，会使呼吸中止。而在实际火灾现场中几分钟内烟气中的氧含量会远低于21%，一氧化碳含量会远高于0.1%，能造成人短时间内死亡。氰化物具有极强的细胞毒作用，少量进入体内后会迅速与细胞色素氧化酶结合生成氰化高铁细胞色素氧化酶，使细胞色素丧失传递电子的能力，使呼吸链中断细胞死亡，致人短时死亡。毒性分类气体名称长期允许浓度(ppm)火灾疏散条件浓度（ppm）单纯窒息性缺O2/低于14%CO250003%化学窒息性CO502000HCN10200H2S101000粘膜刺激性HCI53000NH350/Cl21/COCl20.125 3.2麻醉 有些气体(如笑气、醚类)吸入不会使人窒息死亡，但对人体有麻醉使用，人被麻醉神志不清活动能力下降而不能及时逃离现场，最终会被火烧死或其他因素致死。 3.3.高温 火灾烟气温度可高达几百度，在密闭性高的空间内（如地下室）烟气的温度可高达千度。人对高温烟气的忍耐是有限的，65时，可短时忍受；120时，15分钟内可产生不可恢复的损伤；140时，可忍受5分钟；170时，可忍受1分钟；温度再高些，1分钟也忍受不了，会有强烈的疼痛感，心率加快，肌肉痉挛，出现休克，不能及时逃离火场而被烧死或其他因素致死。3.4其他危害 火灾烟气对可见光有较强的遮蔽作用，使能见度大大降低，同时火灾烟气中的氯化氢、氨气和氯等气体对眼睛有强烈的刺激使用，使人睁不开眼睛，严重影响逃离现场的速度。火灾现场产生的大量浓烟会使人们产生恐怖感，惊慌失措，失去理智，给火场逃生造成混乱局面，具有很强的危害性。 近年来，人们大量采用木材和高聚物来进行室内装修，高聚物在燃烧时有一下特点：1. 发热量大，温度高。2. 易于发生不完全燃烧而产生黑烟。3. 燃烧过程中释放多种有毒有害气体。因此，一旦发生火灾，就将给逃生、救护和消防等带来较大的困难。4. 火灾烟气毒性危险状态判定烟气毒性的评价需要考虑多种气体的综合作用。一般来讲，可对场景中有毒烟气各组分的有效剂量进行计算，实现混合气体的毒性评估。目前国内外相关研究提出了多种量化指标，其中应用最广的是有效剂量分数FED，由Hartzell与Emmons于1988年提出。在FED理论的基础上，美国国家技术标准局(NIST)提出了NGas模型，其假设为：火灾中材料燃烧产物的毒性主要由为数不多的N种气体产生。这个假设已被很多实验证明。由于建模时考虑的气体种类可能有所不同，实际存在着多种NGas模型。最常用的为六气体模型，即考虑CO，CO：，HCN，HCl，HBr以及缺氧条件的毒性评估模型，其计算公式见式(1)： 式中：括号内的气体浓度为某气体折算到30 min时的平均浓度；参数m，b描述了CO与C0：的共同作用对混合气体的毒性贡献，在暴露时间为30 rain的条件下，m，b取值与C02浓度有关，由式(2)确定：经试验测定，对于暴露时间取30 min的情况，上式的各气体的LC。值参见表l。根据FED的相关定义，当FED值达到10时，在平均意义上对人员是致命的。经验统计数据表明，一般情况下推荐将03作为该指标的阈值，在此情况下114的人员具有明显反应10。基于此，笔者选取03作为评价指标的阈值。对燃烧产物的实际危害评估来讲，该取值是偏于保守的；对建筑性能化防火设计而言该取值是偏于安全的。5. 烟气预防措施5.1 选取合适的装修材料建筑物在装修时尽量使用难燃、不燃以及那些发烟量小、毒性小的材料。这在消防法第十一条有明确规定：建筑构件和建筑材料的防火性能必须符合国家标准和行业标准。建筑内部装修设计防火规范也具体规定了室内装修应根据其装修的不同用途、重要性、规模等因素，应选用相应耐火性能的装修材料。消防监督部门应加大宣传力度，增加设计施工人员对规范中材料的了解程度，严格执行技术规范进行选材。各大科研单位也应加大新型防火装饰材料的开发力度，研究出价格低廉防火性能和装饰效果好的装饰材料。新型材料要有专业检测机构评定的燃烧性能等级的检测报告。5.2利用防排烟设施进行阻止烟气蔓延和排烟在高层建筑及其他公共场所，防排烟设施是十分重要的，通常建筑物可利用以下三种方式来排烟：A自然排烟。自然排烟是在自然力的作用下，使室内外空气对流进行排烟。一般采用可开启的外窗和窗外阳台或凹廊进行自然排烟。B机械排烟系统。机械排烟方式一般都是利用排风机进行强制排烟。据有关资料介绍，一个设计优良的机械排烟系统在火灾中能排出80的热量，使火灾温度大大降低，因此对人员安全疏散和灭火起到重要作用。利用这种方式进行排烟在设计和使用上应划分防烟分区，合理有效地利用隔墙、挡烟垂壁等进行排烟。C机械加压送风防烟系统。向楼梯间和防烟楼梯间前室加压送风，使该区域的空气压力高于火灾区域的空气压力、防止烟气的侵入形成正压，将烟气排挤在楼梯间及前室之外，控制火灾的蔓延，保证人员的安全疏散。6. 结束语火灾中，烟气的危害性确实非常大，所以我们要积极了解它们，并从源头上预防危险的发生。通过发现与掌握火灾烟气对人体的伤害作用机制, 可以对减少火灾损失,保护人员生命起到积极的作用。目前在研究烟气的危害作用方面,已经做了较多工作,并且还在继续发展和更新，我们要通过我们的努力，尽可能地降低烟气造成的各种损失。【参考文献】 1范维澄 王清安. 火灾简明教程M. 中国科学技术大学出版社，19952张树平主编， 建筑防火设计M. 中国建筑工业出版社，2000. 3梁锋，建筑火灾延误的危害及控制J. 公共安全，20044杨晓勇，关于对火灾烟气致人死亡的原因分析N. 甘肃日报20085李晓，典型建筑结构下火灾烟气组分生成规律的研究D. 中国科学技术大学2011. 6吴爱尘，付海明. 排烟系统开启时间对安全疏散影响的数值模拟J. 消防科学与技术 2010(11)7杨立中,方伟峰. 可燃材料火灾中的毒性评估方法 J. 中国安全科学学报. 2001 (01)8 刘军军，李风，张智强，兰彬. 火灾烟气毒性评价和预测技术研究J.中国安全科学学报 2006(01)9翁庙成. 建筑火灾烟气中CO/CO2的浓度分布及毒性研究 D. 重庆大学. 200710霍然，袁宏永性能化建筑防火分析与设计M安徽科学技术出版社，2003 11许镇，唐芳勤，任爱珠. 建筑火灾烟气危害评价模型及应用D.清华大学防灾减灾研究所，2010.12方积乾主编. 卫生统计学M. 人民卫生出版社, 200313范维澄，孙金华，陆守香火灾风险评估方法学M北京：科学出版社，200414刘军军,李风,兰彬,张智强. 火灾烟气毒性研究的进展 J. 消防科学与技术. 2005 (06)15宇德明，徐德蜀火灾烟气伤害机理和伤害模型J中国安全科学学报1996，6(S1)：12512816张海卿. 建筑物火灾烟气模拟及应急疏散对策研究 D. 北京化工大学. 201017江见鲸，徐志胜防灾减灾工程学M北京：机械工业出版社，200518刘艳军. 建筑火灾烟气危害及其评价分级研究D. 东北大学，2005