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安全科学发展动态学习报告
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火灾烟气毒性及危害性研究
文献综述

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火灾烟气毒性及危害性研究
文献综述

【摘要】 火灾是咱们当前面临最严重安全问题之一，其中烟气对人类危害最大。通过对火灾烟气毒性研究，简介烟气危害性，为对火灾烟气防范提供参照办法，对后来进一步研究该专项提出建议，尽量减轻火灾烟气导致损失。
【核心词】 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 toxicity

1. 引言

  近年来，火灾事故频发。当代建筑物内可燃装饰、化纤地毯和泡沫塑料填充家具陈设较多，这些可燃物在燃烧过程中会产生大量有毒烟气和热量，同步要消耗大量氧气。火灾危害重要是热量、烟气和缺氧这三种因素作用。在大多数火灾之中，烟气危害是最大，有毒气体是导致人员伤亡罪魁祸首。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火灾；B类，可燃性液体或气体火灾；C类，电器设备火灾；D类，钾、钠镁等可燃金属或其他活性金属火灾。但这四种火灾都或产生不同有害气体。火灾记录资料表白 ,火灾中死亡者中有4 0 %～50 %死亡因素与烟气关于。如新疆克拉玛依情谊宾馆大伙，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，因易燃棉丙化纤布燃烧时分解产生大量有毒气体，导致余人中毒窒息死亡；河南洛阳东都商厦“12·25”特大火灾中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分、腐蚀性成分、颗粒物等以及火灾环境高温、缺氧,对生命财产以及生态环境都导致很大破坏。如果把火灾比作恶魔，那么烟气就是恶魔中蒙面杀手。严重火灾事实使人们越发关注火灾烟气对人员伤害,从而就更注重火灾烟气问题。国内外研究机构都正在积极开展这方面研究,并且但愿借助这些工作建立有关安全原则。
2. 火灾烟气分析

烟气是物质在燃烧反映过程中生成具有气态、液态和固态物质与空气混合物。烟是由热解或燃烧作用所产生悬浮在气体中可见固体或液体微粒，具有烟气体叫做烟气，火灾中所产生烟气叫做火灾烟气。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，周边大量冷空气从火焰底部涌入，提供了继续燃烧需要氧气，并在燃烧热作用下上升，与热解产物、燃烧产物共同构成了火灾烟气。
烟气成分和数量取决于可燃物化学构成和燃烧反映条件（温度、压力和助燃物数量等）。可燃物多为有机物，尚有少量金属。有机物化学成分重要有碳（C）、氢（H）、氧（O）、氮（N），此外还具有硫（S）、磷（P）和卤素（F、Cl、Br、I）等元素。其燃烧产物重要有一氧化碳、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中间产物，特别是某些高分子合成材料。在火场温度达到不同限度时会生成不同中间产物，其中间产物种类非常多，常用有硫化氢、氨气、氰化氢、苯、甲醛、氯化氢、氯气和光气等，有些产物还不为咱们所知。此外，烟气中还具有数量相称可观游离基，气浓度甚至可达一氧化碳三倍多。

物质名称
燃烧时产生重要有毒气体
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。普通以为火灾现场中烟气是燃烧产物与空气混合物，本人以为还应涉及用水扑救火灾时汽化水蒸汽（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导致人员灼伤。

　　当在室外开敞空间发生火灾时，由于空气对流作用和风力作用，烟气不久散失，不致于在某空间较大浓度汇集，故危害不大。只有在相对密闭建筑内发生火灾，烟气才会导致大危害。

3. 火灾烟气毒性、危害性分析

火灾烟气危害性极大，经常导致巨大伤亡损失，其中，由于火灾烟气致死有诸多方式，如下：

3.1窒息死亡

3.1.1单纯窒息死亡
正常状况下，空气中氧气含量为21%，火灾发生时，可燃物燃烧过程要消耗大量氧气，致使烟气中氧气含量减少，并且往往低于人们生理正常所需要数值。脑缺氧仅3-4分钟便会发生不可逆缺氧性损伤，因而在缺氧环境中，大脑一方面受影响，产生功能障碍，状况严重则会使人窒息死亡。

3.1.2烟尘堵塞窒息死亡
具有大量烟尘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。因此火灾中受害者鼻腔、口腔、舌体上表面和气管处会发现大量烟尘，有时会是厚厚一层，严重时会堵塞鼻腔和气管，致使肺通气局限性，最后窒息死亡。

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、气管进入肺部过程中，会灼伤鼻腔、咽喉、气管甚至肺，致使其粘膜组织浮现水泡、水肿或充血。影响新鲜空气吸入和废气呼出，致使肺通气局限性。状况严重时，伤者可浮现窒息。此外，高温烟气流经鼻腔、咽喉、气管进入肺部后，温度虽有所减少，但还是可以灼伤肺部气管、支气管壁毛细血管和肺泡壁毛细血管，使毛细血管通透性增长，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、二氧化碳就不能最后实现体内体外互换，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喉、气管、支气管和肺产生强烈刺激作用，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映，可作用于平滑肌或通过轴索反映诱发支气管痉挛，增长气道阻力。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呼吸道后便迅速溶解，导致上呼吸道化学性烧伤，继发炎性水肿后引起上呼吸道阻塞。醛类具备很强刺激性和蛋白质变性作用，实验表白给动物吸入10ppm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浮现化学窒息死亡。一氧化碳与血红蛋白亲和力要比氧大210倍，正常状况下空气中氧含量为21%，当空气中一氧化碳含量达0.1%时，血液中将形成50%碳氧血红蛋白和50%氧合血红蛋白，此时已是一氧化碳重度中毒，会使呼吸中断。而在实际火灾现场中几分钟内烟气中氧含量会远低于21%，一氧化碳含量会远高于0.1%，能导致人短时间内死亡。氰化物具备极强细胞毒作用，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
长期容许浓度(ppm)
火灾疏散条件浓度（ppm）
单纯窒息性
缺O2
/
低于14%
CO2
5000
3%
化学窒息性
CO
50

HCN
10
200
H2S
10
1000
粘膜刺激性
HCI
5
3000
NH3
50
/
Cl2
1
/
COCl2
0.1
25

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，最后会被火烧死或其她因素致死。

3.3.高温

　　火灾烟气温度可高达几百度，在密闭性高空间内（如地下室）烟气温度可高达千度。人对高温烟气忍耐是有限，65℃时，可短时忍受；120℃时，15分钟内可产生不可恢复损伤；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，会有强烈疼痛感，心率加快，肌肉痉挛，浮现休克，不能及时逃离火场而被烧死或其她因素致死。

3.4其她危害

　　火灾烟气对可见光有较强遮蔽作用，使能见度大大减少，同步火灾烟气中氯化氢、氨气和氯等气体对眼睛有强烈刺激使用，使人睁不开眼睛，严重影响逃离现场速度。火灾现场产生大量浓烟会使人们产生恐怖感，惊慌失措，失去理智，给火场逃生导致混乱局面，具备很强危害性。

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. 燃烧过程中释放各种有毒有害气体。
因而，一旦发生火灾，就将给逃生、救护和消防等带来较大困难。

4. 火灾烟气毒性危险状态鉴定

烟气毒性评价需要考虑各种气体综合伙用。普通来讲，可对场景中有毒烟气各组分有效剂量进行计算，实现混合气体毒性评估。当前国内外有关研究提出了各种量化指标，其中应用最广是有效剂量分数FED，由Hartzell与Emmons于1988年提出。在FED理论基本上，美国国家技术原则局(NIST)提出了N—Gas模型，其假设为：火灾中材料燃烧产物毒性重要由为数不多N种气体产生。这个假设已被诸多实验证明。由于建模时考虑气体种类也许有所不同，实际存在着各种N—Gas模型。最惯用为六气体模型，即考虑CO，CO：，HCN，HCl，HBr以及缺氧条件毒性评估
模型，其计算公式见式(1)：

式中：括号内气体浓度为某气体折算到30 min时平均浓度；参数m，b描述了CO与C0：共同作用对混合气体毒性贡献，在暴露时间为30 rain条件下，m，b取值与C02浓度关于，由式(2)拟定：

经实验测定，对于暴露时间取30 min状况，上式各气体LC。。值参见表l。

依照FED有关定义，当FED值达到1．0时，在平均意义上对人员是致命。经验记录数据表白，普通状况下推荐将0．3作为该指标阈值，在此状况下11．4％人员具备明显反映[10]。基于此，笔者选用0．3作为评价指标阈值。对燃烧产物实际危害评估来讲，该取值是偏于保守；对建筑性能化防火设计而言该取值是偏于安全。

5. 烟气防止办法

5.1 选用适当装修材料

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防火性能必要符合国标和行业原则。《建筑内部装修设计防火规范》也详细规定了室内装修应依照其装修不同用途、重要性、规模等因素，应选用相应耐火性能装修材料。消防监督部门应加大宣传力度，增长设计施工人员对规范中材料理解限度，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开发力度，研究出价格低廉防火性能和装饰效果好装饰材料。新型材料要有专业检测机构评估燃烧性能级别检测报告。

5.2运用防排烟设施进行制止烟气蔓延和排烟

在高层建筑及其她公共场合，防排烟设施是十分重要，普通建筑物可运用如下三种方式来排烟：A自然排烟。自然排烟是在自然力作用下，使室内外空气对流进行排烟。普通采用可启动外窗和窗外阳台或凹廊进行自然排烟。B机械排烟系统。机械排烟方式普通都是运用排风机进行强制排烟。据关于资料简介，一种设计优良机械排烟系统在火灾中能排出80％热量，使火灾温度大大减少，因而对人员安全疏散和灭火起到重要作用。运用这种方式进行排烟在设计和使用上应划分防烟分区，合理有效地运用隔墙、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，使该区域空气压力高于火灾区域空气压力、防止烟气侵入形成正压，将烟气排挤在楼梯间及前室之外，控制火灾蔓延，保证人员安全疏散。

6. 结束语

火灾中，烟气危害性的确非常大，因此咱们要积极理解它们，并从源头上防止危险发生。通过发现与掌握火灾烟气对人体伤害作用机制，可以对减少火灾损失,保护人员生命起到积极作用。当前在研究烟气危害作用方面,已经做了较多工作,并且还在继续发展和更新，咱们要通过咱们努力，尽量地减少烟气导致各种损失。

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