火场热、烟、毒等规律的探讨

火场热 烟 毒等规律的探讨火场热 烟 毒等规律的探讨 从我们的祖先钻木取火时起 人类就与火结下了不解之缘 而伴随着工业化的进程和人类居住地区的密集 火对人类的危 害性越来越大 近几年中国火灾急剧增加 2002 年 我国共发 生 25 8 万起火灾 造成直接经济损失 15 4 亿元 死亡 2393 人 2003 年全国发生火灾数量达 22 6 万起 死亡人数 2091 人 直 接经济损失 14 亿元 2004 年火灾总起数为 252704 起 死亡 2558 人 受伤 2969 人 直接财产损失 16 7 亿元 国内外大量火灾实例的统计数字说明 火灾的伤亡者中大 多数是热烟气所导致 火灾总死亡人数中 受烟害直接致死的 占三分之一到三分之二之间 即使是被火烧死的人多数也是先 受到热 烟和毒而晕倒的 在火灾现场 我们经常会见到既没 有烧伤又无压伤而死亡的人员 究其原因 据火灾后对尸体验 检 发现许多人真正的死亡原因是受热烟气中毒窒息 而非烧 死 因此 研究和掌握火灾现场中热 烟 毒方面的一些规律 对于我们今后认识火灾和在火灾发生后进行合理的避险是有必 要的 热 燃烧就会放出热 普通有机物的燃烧温度最高可达到 1000 c 以上 在 1000 c 火焰的烘烤下 钢结构在很短的时间里 就会失去承受力 从而导致建筑物部分结构坍塌 室内火灾中 存在着可燃物着火 火焰 羽流 热气层 及顶棚射流 壁 面影响和开口等多个过程 在受限空间的特定条件下 可燃物 燃烧产生的火焰和高温烟气 使室内空间达到一定温度 同时 加热该室的各个壁面 整个室内的热量大致这样分布 一部分 可由房间墙壁由内向外以导热而散失 如果有开口 有一部分 热量会被向外流出的烟气带走 其余的热量积蓄在室内 其中 由导热传递的热量所占的比例不大 室内空间的温度 墙壁内 表面的温度 由于可燃物的持续燃烧而继续升高 同时 火焰 热气层和壁面又以对流和辐射的方式把热量返送给可燃物 从 而加剧了可燃物的气化 热分解 和燃烧 使室内温度越来越 高 燃烧面积越来越大 可能将蔓延到其周围的可燃物体或邻 近房间或邻近建筑物上 尤其是辐射热 强烈的辐射会对邻近 建筑造成很大的威胁 当辐射传热很强时 离起火物较远的可 燃物也会被引燃 火势将进一步增强 室内温度也将继续升高 这种相互作用促使火灾转化为一种极为猛烈的燃烧 轰燃 flashover 火灾进入这一阶段后 在相当短的时间内 温 度会从 400 c 500 c 猛增到 800 c 900 c 局部温度甚至高达 1100 c 这时 由斯蒂芬 玻尔兹曼定律 eb cb t 100 4 知 其相应的黑体辐射可高达 200kw min 这一辐射热可以使好多 可燃材料的释热速率增高 在强烈的热辐射和猛烈的温度变化 这一环境下 人的生存必然受到极大的威胁 假若在轰燃出现 时房间内还有尚未逃出的人员 则生还的可能性极低 人体对温度的承受能力 火场温度达到 49 50 c 时 会使 人的血压迅速下降 导致循环系统衰竭 如果吸入的气体温度 超过 70 c 就会使气管 支气管内黏膜充血长出水泡 毛细血 管破坏 以致血液不能循环 组织坏死 特别是会导致脑神经 中枢破坏而死亡 据统计 在人体很快吸热的情况下 它超过 了从体内蒸发出来附在人体表面的湿气的消耗 引起虚脱进而 丧失逃生的能力 燃烧产物产生的很高的热能 会引起热对流 或热辐射 引起新的火点 或将许多可燃物加温到着火点以上 分解出大量可燃性气体 当有大量空气补进时 会使可燃物迅 速着火而形成燃爆 使火势扩大蔓延 烟 火灾烟气是火灾发生过程中因热解和燃烧作用形成的 产物 是可燃物在燃烧时散发的含有瓦斯的液体微粒子和固体 的煤烟颗粒等形成的悬浮物 烟气对人的眼睛有很大的刺激作 用 使眼睛充血流泪 严重的还会造成剧烈疼痛 影响人的视 线 另外 烟气积聚使能见度下降 影响人们的疏散速度 当 烟在一般房间中 物质燃烧产生的烟随热气流上升至顶部 烟 碰到天花板后向四周水平散开在天花板下作水平运动 当遇到 四壁时 即向下运动 但因其温度仍较下部高 旋即又上浮 逐渐在天花板下面形成一层高温烟气层 当烟层底面低于门窗 等开口部位时 烟从开口处流出室外 并沿走廊 楼道和开口 处进入建筑物的其他部位 烟气的温度刚离开火焰时可达 1000 c 从密闭起火房间流出的烟气温度为 600 700 c 房间内着火 时烟气向上的速度为 2 3m s 当烟气充满房间上部时以 0 5 1m s 的速度水平扩散 随着扩散距离增大 温度下降 烟粒子 下沉 一般认为烟层下降至地面 1 5 米 即会造成能见度下降 威胁人身安全 烟的密度与温度成反比 温度越高 烟的密度越小 热烟 密度小 就产生向上的浮力 建筑物内上部的压力大于室外压 力 下部的压力小于室外压力 当外墙上有开口时 通过建筑 物上部的开口 室内空气流向室外 通过下部的开口 室外空 气流向室内 这种现象就是建筑物的烟囱效应 它是由高层建 筑物内外空气的密度差造成的 高层建筑的外部温度低于内部 温度而形成的压力差将空气从低处压入 穿过建筑物向上流动 然后从高处流出建筑物 这种现象被称为正热压作用 在低处 外部压力大于内部压力 在高处则相反 在中间某一高度 内 外压力相同 即存在一个中性压力面 烟囱效应随建筑物的内 部温度差以及建筑物高度的增加而增加 在火灾发生于较低层 时 烟囱效应对竖井和较高层的烟污染的影响尤为显著 因此 此时烟从低层上升至高层内的潜力更大 由烟囱效应造成的压 力差和气流分布 以及中性压力面的位置 取决于建筑物内分 隔物的开口对气体流动的限制程度 发生火灾时 由于燃烧放 出大量热量 室内温度快速升高 建筑物的烟囱效应更加显著 使火灾的蔓延更加迅速 毒 近年来 随着高分子合成材料在建筑 装修及家具等 行业中的广泛应用 火灾中烟雾的毒性日趋严重 物质燃烧时 可能形成主要有害气体包括 一氧化碳 二氧化碳 氯化氢 氮的氧化物 硫化氢 氰化氢 光气等 火场上大多数可燃物质含有碳 当供给的空气充足时 碳 燃烧并生成二氧化碳 但当空气不足时 便形成危险的一氧化 碳 而燃烧区的空气通常是不充足的 火灾初起阶段 燃烧产 物中不仅有水蒸气 二氧化碳 而且还有不完全燃烧生成的一 氧化碳等其他有害气体 其中一氧化碳的含量在浓烟中可高达 1 一氧化碳吸入人体后与血红蛋白结合成碳氧血红蛋白 严 重阻碍血液携氧及解离能力 形成低氧血症 引起组织缺氧及 碳酸蓄积 形成内窒息 一氧化碳与血红蛋白的亲合力比氧大 200 300 倍 而碳氧血红蛋白的离解又比氧合血红蛋白慢 3600 倍 大量的一氧化碳一旦进入血液 就会干扰氧的传递 导致 内组织中毒 所以当空气中一氧化碳含量达到 1 时 人呼吸数 次后就会失去知觉 1 2 分钟内即可死亡 空气中正常二氧化碳浓度为 0 03 而火灾现场则大大超 过这一浓度 根据实验 二氧化碳在高浓度时有显著毒性 实 验条例为低氧 5 状态下 用含量为 11 二氧化碳即可使实 验动物于 60 分钟内全部死亡 而单纯在低氧 5 的气体中 仅能使 1 10 的动物死亡 在现代的装饰材料中 大量使用聚氯乙烯物质 当聚氯乙 烯在温度达到 200 c 300 c 时即