火灾与消防中的化学，本文主要内容关键词为：火灾论文,化学论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
火灾，是指在时间和空间上失去控制的燃烧所造成的灾害。在各种灾害中，火灾是最经常、最直接、最普遍地危害公共安全的主要灾害之一。火给人类带来文明进步、光明和温暖，但是，失去控制的火，就会给人类造成灾难性的后果。随着社会的不断发展，在社会物质财富日益增多的同时，潜在的火灾隐患也在增多，火灾的危害性也越来越大，火灾损失上升及火灾危害范围扩大的总趋势是客观的规律。据统计，我国70年代火灾年平均损失不到2.5亿元，80年代火灾年平均损失不到3.2亿元，但1991年—2000年的10年间全国共发生火灾888485起，死亡24564人，伤43422人，直接经济损失116.4亿元，4项指标分别占建国50年火灾总数的25.8％、14.7％、13.6％和58.8％。火灾的频繁发生，尤其是重特大火灾不断，给社会财产和公民的生命财产安全造成了巨大的危害，严重影响了社会的稳定和经济建设的健康发展。如何运用现代科技手段去预防和遏制火灾，以保护生命财产的安全是一个重要的课题。燃烧是一种剧烈的氧化还原反应，火灾的预防和扑灭均是围绕着可燃物的燃烧特点而展开的。因而，化学已渗透到了消防科研的各个领域：燃烧原理、不同物质燃烧特性的研究，预防火灾的相关技术和产品的面世，扑灭火灾所需的各类灭火器材，化学事故的抢险救援等等。
1.对燃烧现象的研究
人类对燃烧现象的认识，经历了3个认识阶段：燃素说（17世纪到18世纪欧洲，脱胎于炼丹术）；燃烧的氧化学说（1777年法国化学家拉瓦锡提出，燃烧是一种可燃物与氧的化合反应，从而科学地解释了燃烧现象）；链锁反应理论（前苏联谢苗诺夫等人提出，认为燃烧是一种游离基的链锁反应，解释了燃烧的历程问题）。国标（GB5907—86）规定：燃烧是可燃物与氧化剂作用发生的放热反应，通常伴有火焰、发光和（或）发烟现象。物质燃烧是氧化反应，而氧化反应不一定是燃烧，只有剧烈的氧化还原反应才是燃烧（剧烈指燃烧通常伴有放热、发光、火焰和发烟4个特点）。
实验证明物质发生燃烧的充分条件是：（1）一定量的可燃物：可燃物指凡能在空气、氧气或其他氧化剂中发生燃烧反应的物质，可燃物在燃烧反应中是作为还原剂出现的。如：氢气、木材、硫等等。（2）一定比例的助燃物：助燃物是与可燃物质结合并能帮助、支持和导致着火或爆炸的物质，助燃物实质上是氧化剂。氧化剂的种类很多，最常见的就是氧气、空气、氯、氯酸钾等等。（3）一定能量的点火源：凡是能引起可燃物着火或爆炸的热能源，统称为点火源。如：明火焰、炽热体、化学反应热和生物热等等。（4）必须使可燃物、助燃物和点火源3者相互作用。
从燃烧的整个过程来看，燃烧是一种复杂的物理化学现象，研究燃烧现象的科学，也就成为一门介于物理和化学之间的科学。燃烧学的研究趋向民用燃烧工程技术的节能，防治污染等方面。而消防燃烧学主要是研究物质燃烧条件、着火机理、燃烧类型、燃烧过程和各类可燃物的燃烧特征以及防火与灭火基本原理等，为建立燃烧模型，促进消防新技术、新设备的研究、预防和扑灭火灾提供理论依据。
2.燃烧产物
由燃烧或热分解后产生的全部有关物质叫燃烧产物，包括物质燃烧时生成的气体、蒸气和固体物质。无机可燃物完全燃烧时其产物为该单质元素的氧化物，如：二氧化碳、水、二氧化硫、五氧化二磷等；大部分可燃物都属于有机物，在空气中燃烧时，除生成上述完全燃烧产物外，如果空气不足或温度较低，还会生成一氧化碳、酮类、醇类、醚类等不完全燃烧产物。特别是高分子材料燃烧时除生成二氧化碳外，还会生成氯化氢、光气、氨、氰化氢等有毒或有刺激性气味的气体。燃烧过程中产生的这些气体大多为有毒、有害的气体。据科学实验的数据表明，火灾发生后的烟雾是造成人员伤亡的主要原因。吸入的烟雾能引起人单纯窒息（如缺氧或二氧化碳含量过多）、化学窒息（如吸入一氧化碳、氰化氢、硫化氢）或具有刺激性（如氯化氢、二氧化硫、光气、氯气等）。被困人员借助湿毛巾捂住鼻孔可减少烟雾对人体的侵入，而消防队员可通过氧气呼吸器、空气呼吸器、防毒面具、移动供气源、强制送风呼吸器等来保护自身。
3.材料的阻燃处理
所谓阻燃，实质上是延缓、抑制燃烧的传播，减少热引燃出现的概率，是一种从根本上抑制、消除失控燃烧的技术。阻燃剂是能够保护材料不着火或使火焰难以蔓延的化学物质。阻燃剂之所以具有阻燃效果，是因为阻燃剂在燃烧过程中能起到如下作用：（1）捕捉自由基。根据链锁反应理论，燃烧能够继续并发展，是因为自由基的作用。（2）吸收热量。某些阻燃剂在燃烧的过程中吸收大量热量，使燃烧温度难以升高。（3）覆盖作用。阻燃剂高温下生产覆盖层，起到隔热、隔绝空气，使热分解产生的可燃气体难于逸出。（4）稀释作用。阻燃剂在燃烧时产生的一氧化碳等不燃气体，使材料受热分解的可燃气体被稀释而达到阻燃的目的。（5）转移作用。（6）增强效应。几种阻燃剂同时使用其阻燃作用会大大加强。在建筑、电气及日常生活中使用的木材、塑料和纺织品，大多数是易燃材料。为了预防火灾的发生，或者发生火灾以后阻止或延缓火灾的发展，往往用阻燃剂对易燃材料进行阻燃处理，使易燃材料变成难燃、不燃的材料；或仅炭化而不着火、不发烟；或者虽炭化、着火和发烟，但燃烧难以扩展。如可对塑料、木材、高分子化合物等材料进行处理等。
阻燃剂主要涉及元素周期表中第三、五、七主族中的元素，或是它们的单质，或是化合物。例如第三主族的硼、铝的化合物；第五主族氮、磷、砷、锑和铋的化合物；第七主族的氯和溴的化合物。其中最重要的是磷、溴、氯、锑和铝的化合物。阻燃剂以化合物来分类，可以分为无机阻燃剂和有机阻燃剂2大类，其中无机阻燃剂使用率占60％。无机阻燃剂具有热稳定性好、不产生腐蚀性气体、不挥发、效果持久、无毒性等优点。如：氧化铝、氢氧化铝、铝酸钙等。其中氢氧化铝阻燃剂能使燃烧时烟量少、能捕捉有害气体，以及着色性好、价格低廉等优点。有机阻燃剂有磷系阻燃剂和卤系阻燃剂2大类，经验表明，如果在高聚物中含有5％以上的磷就有阻燃效果。如：磷酸三辛酯（含磷7.1％），磷酸三（2，3-二溴丙基）酯。
消防队员的某些个人防护装备也利用了阻燃剂的原理，如避火服为多层次结构，面层采用特制耐火纤维布；中间层为防火层和耐火绝热层；内层为经防火处理的棉、绒织物层。使用于扑灭石油液化气、飞机坠落等特种火灾穿着，可穿越火焰区或短时间进入火焰区。又如隔热服，采用铝箔复合阻燃织物内加舒适层制成，其反射辐射热效果好。国产消防隔热服耐高温性能：接近300℃为1个小时，500℃高温为30分钟，瞬间接近高温为700℃。适用于辐射温度不大于700℃，接近火场高温区短时间关闭阀抢险作业。
4.灭火剂和灭火器
凡是能够有效地破坏燃烧条件，使燃烧中止的物质，统称为灭火剂也就是用来灭火的物质。为有效地预防和扑灭现代高层建筑、地下工程、大型文化娱乐场所以及石油化工、交通运输工具、森林等的火灾，人们研制和生产出了多种灭火设备、灭火器材以及新型灭火剂等。其中灭火器和灭火剂是消防队员和一般民众在火灾发生时最直接、最有效地控制和消灭火情的有力武器，它能最大限度地减少人员伤亡和财产损失。现代使用的灭火剂不仅品种日趋繁多，能够适应扑灭各种火灾的需要，而且质量上不断提高，向着高效、低毒和通用的方向发展。最常用的有：水、泡沫、干粉、卤代烷、二氧化碳、烟雾、7501等。这些灭火剂大多为化学物质，按一定的化学配比制备而成。由于燃烧物的类型不同，因而需根据扑救的对象而选择不同的灭火剂，以便及时、有效地控制火势，最大限度地减少人员伤亡和财产损失。如表1。
灭火器是指在其内部压力作用下，将所充装的灭火剂喷出以扑救初起火灾的灭火器具。因灭火器结构简单，操作轻便灵活，被广泛应用于工厂、机关、学校商场等各行各业和部门。灭火器按充装灭火剂的类型划分为：水型灭火器、空气泡沫灭火器、干粉灭火器、卤代烷灭火器、二氧化碳灭火器。
5.化学灾害事故的抢险救援
化学事故是指化学危险品因意外泄露、排放或外界条件的变化引起剧烈化学反应而燃烧或爆炸，从而在较大范围内造成严重的人员伤亡和环境污染的灾害事故。世界化学工业的迅速发展，使化学物品的数量猛增，在已知的化学物品中，有的具有爆炸、易燃、毒害、腐蚀、放射等危险性质，并在一定的条件下能引起燃烧、爆炸、造成人身伤害和财产损失等事故。如氢氧化钠、汽油、甲烷、苯、有机磷、氯气、光气等。据有关资料介绍，全世界在近40多年发生的化学事故中，一次经济损失超过3亿美元的特大事故就有近万起。由于经济的迅猛发展和管理上的滞后，我国化学事故发生的频率也不断增大，1949年至1982年期间发生的造成人员中毒和环境污染等后果的化学事故占工业事故总数的13.9％，到1988年则猛增至27.6％，全世界1969年至1983年间共发生伤亡千人以上的化学事故102起，其中最大的一次伤亡超过5000人。尤其是1993年8月5日，深圳罗湖区清水河安贸危险品仓库发生猛烈爆炸、燃烧，几公里外的房屋玻璃被震碎，造成15人死亡，500多人受伤（其中重伤137人），直接经济损失2.4亿多元。广东省消防部队出动百余辆消防战车，600余名消防官兵在4000余名军警的配合下，经10多个小时的艰苦战斗，才将大火扑灭。
化学事故的特点：（1）突发性强，扩散迅速；（2）危害范围广，伤害途径多；（3）侦察不易，救援难度大；（4）污染环境，洗消困难；（5）社会涉及面广，政治影响大。化学事故发生后，事故现场及附近的道路、水源都可能受到严重的污染，若不及时进行洗消，污染会迅速蔓延，造成更大的危害。洗消应根据毒物的理化性质和受污染物体的具体情况采用相应的洗消方法和洗消剂（也称消毒剂）。化学事故的发生会造成国家和人民生命财产的重大损失，且会严重影响社会的稳定和经济建设的发展。鉴于这种情况，需要有一个专门的机构来承担这项重任。按《中华人民共和国消防法》规定，公安消防部队除承担防火监督和火灾扑救任务，还应参加其他灾害事故的抢险救援工作。其中最主要的任务就是——各种化学危险品泄露、爆炸事故的救援工作。如易燃易爆或有毒化学品发生泄露时实施堵漏、对有毒空间进行洗消等。
以上介绍的有关化学在预防和扑灭火灾、抢险救援方面这一领域的研究和所取得的一些成果，仅仅是冰山的一角。人类在使用火的同时，不断总结火灾发生的规律及防范措施，以期在最大限度地实现并达到利用价值的同时，尽可能地减少火灾及其对人类造成的危害。作为和我们生活紧密相连的化学，随着在这些领域的深入研究，将为我们同火灾做斗争提供更多的科学指导。