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高分子材料火災(zāi)煙氣毒性分析及其防煙措施

  
評論: 更新日期:2011年03月30日

 隨著科學(xué)技術(shù)和建筑業(yè)的飛速發(fā)展,高分子材料正以前所未有的速度改變和提高著人們的生活水平,被廣泛使用在建筑裝修、裝修材料和家具制造中。但是,由于大多數(shù)高分子材料均屬于易燃(B3級)或可燃(B2級)材料,在使用中遇到高溫會分解燃燒且熱釋放速率高,極易引發(fā)火災(zāi)并產(chǎn)生大量有毒煙氣,阻礙了人員安全疏散和消防部隊的滅火救援行動,由此造成巨大的人員傷亡和經(jīng)濟損失。以2007年底為例,在不到3個月的時間里,全國就連續(xù)發(fā)生3起死亡10人以上的重、特大火災(zāi):2007年10月21日,福建莆田一鞋面加工廠發(fā)生火災(zāi),造成37人死亡;2007年12月12日,浙江溫州溫富大廈和廣東東莞樟木頭咖啡廳均發(fā)生火災(zāi),分別造成21人和10人死亡。

  國內(nèi)外大量火災(zāi)案例表明,火災(zāi)死亡人數(shù)中70%-80%是直接受煙害中毒致死的,這些有毒煙氣主要來自于高分子材料在火災(zāi)中的燃燒;其他被火燒死者中,大多數(shù)也是先被有毒煙氣熏倒而后才被火燒死的[1]。因此,高分子材料火災(zāi)煙氣的預(yù)防和控制,已成為當前消防部門急需研究解決的重大課題之一。本文從高分子材料的分類、煙氣毒性、釋放規(guī)律等方面入手,對此進行了初步探討。

  一、煙氣的主要成分及毒性

  煙氣也叫煙霧,是可燃物質(zhì)燃燒時產(chǎn)生的懸浮固體、液體粒子和氣體的混合物,其粒徑一般在0.01-10微米之間,它的成分和性質(zhì)主要取決發(fā)生燃燒物質(zhì)的化學(xué)組成和燃燒條件。人們常說:“風借火勢,火借風威?!逼鋵?,對于火場中的被困人員而言,煙害更甚于火;在建筑失火時,火龍遠未到達之處,無孔不入的煙氣早已開始狂暴施虐了。由于在火災(zāi)中參與燃燒的物質(zhì)和發(fā)生火災(zāi)的環(huán)境條件比較復(fù)雜,特別是高分子材料在建筑、裝修及家具業(yè)中的廣泛應(yīng)用,其燃燒產(chǎn)生的大量有毒氣體,使得火災(zāi)煙氣的毒害性日趨嚴重,已經(jīng)成為火場上導(dǎo)致人員死亡的最主要原因,被形象地稱為“火場第一殺手”。國內(nèi)比較典型的案例有:1994年11月27日遼寧省阜新市藝苑歌舞廳火災(zāi),死亡233人,傷16人;1994年12月8日新疆克拉瑪依友誼館火災(zāi),死亡326人,傷134人;2000年12月25日河南省洛陽市東都商廈火災(zāi),死亡309人。美國的統(tǒng)計資料顯示,過去的四十年中,煙氣吸入致死占火災(zāi)死亡總?cè)藬?shù)的70%-75%,而且該數(shù)字有上升的趨勢[2]。

  高分子材料的燃燒反應(yīng)一般要經(jīng)歷聚合物鏈的高溫分解和分解產(chǎn)物的燃燒反應(yīng),組成不同的高分子材料在高溫下具有不同的分解方式,但結(jié)果都生成多種小分子碳氫化合物中間體而發(fā)生高溫燃燒反應(yīng)。實驗結(jié)果表明,由于火場溫度梯度大、氧氣供應(yīng)不足,高分子材料及其添加劑(如增塑劑、防老化劑、防腐劑、阻燃劑等)在燃燒過程中,常常發(fā)生不完全燃燒而產(chǎn)生大量的有毒氣體,包括CO、C02、S02、NH3、CH4、HCN、HCl等,其中CO、C02、HCN是火災(zāi)中致人死亡的最主要的氣體[3]。

  CO對人體的危害主要取決于它在空氣中的濃度及接觸的時間,CO與紅血球中血紅素(蛋白)的結(jié)合能力是氧氣的230-270倍(另一數(shù)據(jù)200-300),會搶先與血紅素結(jié)合而形成碳氧血紅素(一氧化碳血紅素,COHb),失去攜氧能力,造成組織窒息。接觸1h,安全的CO體積分數(shù)為0.04%-0.05%,人員疏散時CO體積分數(shù)不允許超過0.2%。但火災(zāi)起初階段,CO在煙霧中的體積分數(shù)高達1%,發(fā)展階段CO體積分數(shù)高達4%-5%,最高可以到10%,可以使人瞬間死亡[4]。

  CO2本身僅在體積分數(shù)較高時才有顯著的毒性,但低氧條件下毒性更為嚴重??諝庵姓02體積分數(shù)為0.03%。火場現(xiàn)場中C02體積分數(shù)可達15%-23%。動物實驗表明,在正常含氧量(20%左右)條件下CO2體積分數(shù)升高,動物死亡率增加;在低氧(5%)的氣體中,可使1/10的動物死亡;但如果在低氧(5%)條件下,含11%的CO2便可使動物于60min內(nèi)全部死亡川[4]。

  HCN(氰化氫)是所有氰化物中中毒最快、毒性最強的一種,它可以使人體缺氧,抑制人體中酶的生成,阻止正常的細胞代謝,造成機體組織內(nèi)窒息。人吸入20-40mg/m3數(shù)小時后,出現(xiàn)輕微癥狀;吸入120-150mg/m3后,0.5-1小時死亡;當達到300mg/m3時,立即死去。同時,當氰化氫與一氧化碳同時存在時,兩者的毒性呈相加作用[5]。

  此外,大量的煙氣還會使火場中的含氧量低于人們生理正常所需的數(shù)值。在大部分火災(zāi)情況下,氧體積分數(shù)降低所起的作用與CO相比是次要的。然而,對限定空間的火災(zāi)實驗表明,缺氧的情況會在火災(zāi)中進一步發(fā)展,當氧的體積分數(shù)達到10%-15%時即為臨界狀態(tài),低于此會對人員安全產(chǎn)生嚴重的影響;如果氧的體積分數(shù)低于6%時,段時間內(nèi)就會使人員因重度缺氧而窒息死亡。同時,在缺氧的火災(zāi)環(huán)境下,CO的含量將會增加,此時血液中的氧會在雙重缺氧狀況下,這種缺氧狀態(tài)加之火災(zāi)產(chǎn)生的熱、煙和其他氣體的毒害作用,可能會造成人體更為嚴重的危害[3]。

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