中國科技大學火災爆炸安全工程

1、課件下載地址6/火災爆炸安全工程課件/煙氣的性質、流動和控制內(nèi) 容煙氣的產(chǎn)生與性質煙氣的遮光性煙氣的流動煙氣的控制 煙氣的產(chǎn)生與性質煙氣的定義可燃氣熱解或燃燒產(chǎn)生的氣相產(chǎn)物由于卷吸而進入的空氣 多種微小的固體顆粒和液滴 塵、炭煙、霧氣溶膠原生粒子以固體顆粒進入氣相中的物質再生粒子由氣體轉變?yōu)楣腆w或液體的粒子火災煙氣是一種特殊類型的氣溶膠 煙氣的產(chǎn)生與性質煙氣對人的危害煙氣對人的直接危害高溫煙氣對人構成灼傷危險煙氣的窒息作用煙氣的有毒成分會造成致命危險煙氣的遮光性大大降低能見度，以致嚴重影響人員疏散和滅火行動煙氣對人的間接危害煙氣使人群陷入受威脅狀態(tài)，從而使人員的運動特點在火災時產(chǎn)生與正常時很大

2、的區(qū)別80%左右的人死于煙氣煙氣的產(chǎn)生與性質煙顆粒的產(chǎn)生組分濃度梯度造成的不完全燃燒下的產(chǎn)物陰燃材料熱解生成的揮發(fā)分,與冷空氣混合，濃縮成較重的高分子組份，并形成薄霧有焰燃燒高溫下脫離固體的灰分不完全燃燒和高溫分解形成的氣相中碳顆?？扇紦]發(fā)分高溫熱解生成的高分子化合物煙顆粒當中通常含有相當多的可燃組份，條件合適會繼續(xù)燃燒（溫度、氧濃度）煙氣的產(chǎn)生與性質煙顆粒的產(chǎn)生母體可燃物的化學性質對煙氣產(chǎn)生有重要影響低分子量的燃料基本上不產(chǎn)生煙氣一氧化碳、甲醛、甲醇、乙醚等高分子燃料易產(chǎn)生煙氣燃料的化學組分是決定煙氣產(chǎn)生量的主要因素經(jīng)過部分氧化的燃料發(fā)出的煙量比生成這些物質的碳氫化合物的發(fā)煙量少PMMA煙氣

3、的產(chǎn)生與性質煙氣的濃度由煙氣中所含固體顆?；蛞旱蔚亩嗌偌靶再|決定煙氣中顆粒量的測量過濾法：煙氣流過一定的濾紙或濾網(wǎng)后的重量 G粒子數(shù)目測量法：光子裝置置于煙氣通道上，利用遮光性或反光性測單位體積煙氣通過的煙顆粒數(shù)目 O光學濃度表示法：確定煙氣在已知容積的容器內(nèi)的遮光性（光學密度）固定容積式 S流動式 D煙氣的產(chǎn)生與性質煙氣的毒性火災煙氣中都會含有有毒物體含量最大的是CO：火災中的死亡人員約有一半是由CO中毒引起的NOX氰化氫（HCN)木材、皮革、含氮塑料、人造革等燃燒SOx、HCl等塑料制品的燃燒缺氧是氣體毒性的特殊情況固體顆粒的毒害煙氣的產(chǎn)生與性質煙氣的溫度100的溫度下：30分鐘幾分鐘溫度

4、與極限忍受時間的關系式空氣濕度增大，極限忍受時間降低衣服的透氣性和隔熱程度對忍受溫度也有影響煙氣的遮光性表示方法光通過煙氣或灰塵后會發(fā)生折射、散射、反射等現(xiàn)象，光強減小遮光性：一定光束穿過煙場后強度的衰減光學密度：光通過煙氣后透射率倒數(shù)的常用對數(shù)煙氣的遮光性煙氣遮光性的幾種表示方法煙氣的光學密度 ： D = lg(I0/I) = -lg(I/I0)單位：貝爾（bel)，單位較大分貝(db)：貝爾的1/10, OD = -10 lg(I/I0)單位長度光學密度 ：D0 = -lg(I/I0)/L 減光系數(shù)： Kc = ln(I/I0)/L= 2.303D0煙的百分遮光度： B = (I0I)/I

5、0 100%光學密度和遮光度的關系：D= -lg(1-B/100)煙氣的遮光性煙氣的遮光性和人的能見度能見度的概念：人在一定環(huán)境下能看到的最遠距離，具有一定的主觀標志。人員疏散的一個重要影響因素，決定人員是否有危險影響煙氣能見度的因素：煙氣本身的性質：顏色、濃度、顆粒大小、刺激性等目標物的性質：顏色、尺寸、光照條件、發(fā)射光還是反射光等背景人員本身的身體和精神狀態(tài)、視力情況煙氣的遮光性煙氣的遮光性和人的能見度能見度與減光系數(shù)和單位光學密度的關系 V = R/Kc= R/2.303D金實驗白煙減光系數(shù)較小發(fā)光標志：R取510反光標志：R取24有反射光存在的建筑物： R取24 巴切爾、帕乃爾自發(fā)光標

6、志可見度 比反光標志的大2.5倍 發(fā)光標志的能見度與減光系數(shù)的關系500cd/m2 白煙2000cd/m2 黑煙500cd/m2 黑煙2000cd/m2 白煙 0.4 0.5 0.7 1 1.5 2201510 7能見度V(m)減光系數(shù) Kc (1/m) V=8煙氣的遮光性刺激性氣體對能見度的影響刺激性氣體對眼睛構成危害，人無法睜眼在刺激性氣體中能見度和減光系數(shù)間的關系不適用在刺激性與非刺激性氣體中人的能見度能見度 V(m)減光系數(shù) Kc (1/m)0.20.30.50.711.5232357102030刺激性煙氣非刺激性煙氣經(jīng)驗方程V=6煙氣的遮光性刺激性氣體對能見度的影響可大大降低人的行走

7、速度減光系數(shù)為0.4時，刺激性氣體中行走速度為非刺激性中的70%減光系數(shù)大于0.5時，刺激性氣體中行走相當于盲人對刺激性煙氣，金(Jin)給出能見度經(jīng)驗公式 V（0.133-1.47logKc)R/Kc對煙氣濃度的研究 廣泛應用于火災探測在刺激性與非刺激性煙氣體中人的行走速度非刺激性煙氣刺激性煙氣減光系數(shù) Kc (1/m)0.2行走速度 (m/s)0.40.60.81.01.2000.50.31.01.5盲人的行走速度煙氣的遮光性材料的發(fā)煙性能測試材料的發(fā)煙性能不是材料的固有性質，與火災環(huán)境有關但它建立了一種可評價材料發(fā)煙性的方法，仍得到廣泛應用不同測試方法的設計略有差別，但光學密度的測量都是

8、將煙氣收集到固定的容器中進行的名稱場合類型參考Rohm-Haas XP2FOSASTM, 1977NBS試驗ROSASTM, 1979Arapahoe試驗FGASTM, 1982Steiner隧道法FODASTM, 1981(a)輻射板試驗RODASTM, 1981(b)OSU量熱計RODASTM, 1980(b)ISO煙箱ROSISO, 1980煙氣的遮光性材料的發(fā)煙性能測試大多方法都是NBS煙箱法的改進型和衍生型常用的NBS煙箱法 實驗材料：75cm2 熱源：豎直上方2.5W/cm2的固定熱源 下方6個小火焰組成的有焰燃燒陣 結果：裝置內(nèi)試樣光學密度的最大值 Dm = D0(V/As)只考

9、慮了試樣的暴露面積，沒考慮試樣的厚度再現(xiàn)性和重復性好，誤差在25間浮動煙氣的遮光性材料的發(fā)煙性能測試拉斯巴希法：煙收集在13m3的容器中引入發(fā)煙勢的概念：煙氣生成的最大可能性 Dp = D0 (V/W1)考慮了可燃組份質量的影響根據(jù)質量損失和容器大小，可求出光學密度房間總煙載荷 煙氣的遮光性可燃固體處在煙囪結構中發(fā)出的煙很少實驗爐中產(chǎn)生的煙較多 一些問題具體建筑物應當按什么值來選擇材料通風和轟燃對發(fā)煙量的影響發(fā)煙速率和發(fā)煙勢的聯(lián)系導向火焰研究可燃固體自由燃燒時發(fā)煙性能的裝置煙氣的流動煙氣的有效流通面積煙氣流動的驅動力中性面位置的計算中性面以上樓層內(nèi)的煙氣濃度煙氣的流動有效流通面積某種流體在一定

10、壓差下流過系統(tǒng)的總的當量流通面積存在并聯(lián)流動、串聯(lián)流動、混聯(lián)流動有效流通面積的計算并聯(lián)流動：每個出口的壓差P都相同，總流量QT 為各出口流量之和 QT = Q1+Q2+Q3 Q = CA (2P/)1/2 加壓空間Q1AQA2A3Q3Q2A1并聯(lián)出口煙氣的流動有效流通面積的計算串聯(lián)流動每個出口的體積流率相同總壓差 為各壓差之和 PT = P1+P2+P3 加壓空間Q1AQA2A3Q3Q2A1煙氣的流動有效流通面積的計算混聯(lián)流動：既有并聯(lián)，又有串聯(lián)并聯(lián)：A2和A3， A4和A5串聯(lián)：A23e、A45e與A1串聯(lián) A3A2Q3Q2Q1Q4A5Q5QA加壓空間A4A1混聯(lián)出口 煙氣的流動溫度與流通系

11、數(shù)變化的影響并聯(lián)：串聯(lián)：煙氣的流動流動的驅動力煙囪效應 內(nèi)外溫差密度差壓力差底部開口 正煙囪效應：內(nèi)部溫度高 負煙囪效應：外部溫度高 煙氣的流動煙囪效應上下雙開口形成流動：正向上，負向下存在中性面，約在豎井中部，取決于上下口面積正煙囪效應中性面之下：中性面中上：假定理想氣體煙氣的流動煙囪效應實際中，氣體流動豎井樓層外界對任意一樓層，其有效流動面積為：通過該層的質量流率為：對于串聯(lián)路徑，有從而得到豎井與建筑內(nèi)部房間之間的壓差： 煙氣的流動煙囪效應通常，比值Asi/Ai0在1.7到7之間，表明豎井與建筑物內(nèi)部房間之間的壓差比豎井與外界之間的壓差小得多。 若著火樓層有較多窗口被燒破，Ai0變大，比值

12、Asi/Ai0將變小，以致Psi接近于Pso，即豎井與該層房間的壓差幾乎等于豎井與外界的壓差。樓層高度的影響。中性面以下發(fā)生火災，煙氣一般不會進入中性面以下樓層，而容易進入中性面以上樓層。中性面以上由正煙囪效應產(chǎn)生的空氣流動可限制煙氣的流動，空氣從豎井流進著火層能夠阻止煙氣流進豎井。 煙氣的流動煙囪效應建筑物中正煙囪效應引起的煙氣流動(a)(b)(c)著火層著火層中性面中性面著火層煙氣的流動煙氣的浮力與膨脹力密度差引起的房間與外界環(huán)境的壓差著火房間溫度恒定時：當外界壓力為標準大氣壓時，有 煙氣的流動煙氣的浮力與膨脹力壓差與燃燒狀況的關系煙氣流出與空氣流入的體積流量之比煙氣的流動風的影響風壓的產(chǎn)

13、生及影響因素壓力差的大小與風速的平方成正比 使用空氣溫度表述，上式可寫為風壓系數(shù)Cw： -0.8+0.8, 與建筑物的幾何形狀、當?shù)氐膿躏L情況、墻壁與風向之間的風向角有關煙氣的流動風的影響建筑物的高寬比建筑物的長寬比 風向角( ) 不同墻壁上的風壓系數(shù)正面 背面 側面 側面090 090+0.7 -0.2 -0.5 -0.5-0.5 -0.5 +0.7 -0.2+0.7 -0.25 -0.6 -0.6-0.5 -0.5 +0.7 -0.1090 090+0.7 -0.25 -0.6 -0.6-0.6 -0.5 +0.7 -0.25+0.7 -0.3 -0.7 -0.7-0.5 -0.5 +0.

14、7 -0.1090 090+0.8 -0.25 -0.8 -0.8-0.8 -0.8 +0.8 -0.25+0.7 -0.4 -0.7 -0.7-0.5 -0.5 +0.8 -0.1煙氣的流動風的影響由風引起的建筑物兩個側面的壓差為：風壓影響自然排煙風速與高度的關系：n：無量綱風速指數(shù)平坦區(qū)（野外）：0.16不平坦區(qū)（村鎮(zhèn)）：0.28很不平坦區(qū)（市區(qū)）：0.40煙氣的流動不同地形下的風速分布情況煙氣的流動機械通風系統(tǒng)造成的壓差管道本身通風或煙囪效應管道相通，容易傳播煙氣風機啟動時壓差較大防范措施關閉引風機，切斷聯(lián)系關閉風道，安裝防火閥特殊設計控制煙氣流動通風系統(tǒng)作為排煙設施？煙氣的流動電梯的活

15、塞效應活塞效應：前部壓縮氣體，后部抽引氣體火災中電梯的使用存在爭議電梯上方與外界環(huán)境的壓差煙氣的流動電梯的活塞效應流通通道：電梯井 門廳 房間 室外有效流通面積：Ae=(Ars-2+Air-2+Aoi-2)-1/2門廳與建筑物內(nèi)部房間之間的壓差壓差不能超過下述值適用于通風口關閉的電梯井單井大于多井煙氣的流動中性面位置連續(xù)開縫的豎井 煙氣的流動中性面位置上下雙開口的豎井煙氣的流動連續(xù)開縫和一個上開口的豎井流出豎井的質量是由連續(xù)開縫流出的質量與由開口流出的質量之和。根據(jù)豎井內(nèi)的質量連續(xù)方程，流出的質量應 等于流入的質量。 當Av0：中性面以上樓層內(nèi)的煙氣濃度假設：煙氣質量流率穩(wěn)定；樓層之間沒有縫隙

16、；外界溫度低于豎井內(nèi)溫度。質量流率： 煙囪效應造成的壓差：污染物的質量守恒方程： 污染物濃度：煙氣的流動煙氣的控制煙氣控制 所有可以單獨或組合起來以減輕或消除煙氣危害的方法?？刂茻煔獾耐緩綋鯚煂煔庾钃踉谀承┫薅▍^(qū)域排煙通過對人和物沒有危害的渠道導出煙氣自然排煙機械排煙大規(guī)模建筑，煙氣控制是幾種方法的結合 煙氣的控制煙氣控制的基本方式防煙分隔防煙分隔的物體：墻壁、隔板、樓板等防煙阻體擋煙主要是在建筑物內(nèi)形成一定大小的防煙分區(qū)防煙阻體材料必須具有一定的耐火性能 跨越防煙分區(qū)的活動，則必須設置活動的門或窗簾 分隔物存在一定的煙氣泄漏煙氣泄漏的一階近似：開口流動方程煙氣的控制煙氣控制的基本方式防煙分

17、區(qū)：讓煙被限制在一個分區(qū)內(nèi)，再利用該區(qū)獨立的排煙系統(tǒng)將煙排出，達到煙控制的目的。防煙分區(qū)的劃分方法平面分區(qū)：樓地板面積較大的使用空間，大多與防煙垂壁相配合。分區(qū)原則可分為以樓地板面積，及以距排煙口長度來劃分。 垂直分區(qū)：電梯豎井、樓梯間或其它管道井等，用防火墻及防火門作分區(qū)，以防止煙流入豎井中并經(jīng)由豎井向其它樓層蔓延。層間分區(qū)：樓層為基礎，所構成之天花板和樓地板間的分區(qū)。 煙氣的控制煙氣控制的基本方式防煙分區(qū)的面積計算走道內(nèi)有排煙，房間內(nèi)沒有 門為防火門：只按走道面積劃分 門不是防火門：房間和走道面積都算房間內(nèi)有排煙，走道內(nèi)沒有 門為防火門：只按房間面積劃分 門不是防火門：房間和走道面積都算煙

18、氣的控制煙氣控制的基本方式非火源區(qū)域的煙氣稀釋煙氣稀釋可是煙氣或粒子濃度控制在人可承受的程度煙氣在空間的濃度分布為： 由此得到：稀釋率 時間煙氣的控制煙氣控制的基本方式加壓控制使用風機在防煙分隔物的兩側造成壓差從而控制煙氣流過。加壓控制的兩種狀況利用分隔物兩側的壓差控制利用平均流速足夠大的空氣控制設計煙控系統(tǒng)時，應分別考慮兩種情況加壓系統(tǒng)中應設計一種可將煙氣排到外界的通道 煙氣的控制煙氣控制的基本方式空氣流應用于鐵路、公路隧道、地下鐵道等的煙控Thomas給出的臨界速度公式： 煙氣的控制煙氣控制的基本方式空氣流取下游氣體參數(shù)為離火源足夠遠區(qū)域的參數(shù)，有 系數(shù)kv約為0.0292。適用于走廊內(nèi)煙

19、氣流動根據(jù)火源功率可確定臨界流速建筑物內(nèi)一般不采用浮力用于風機驅動和自然通風系統(tǒng)噴淋對浮力的削弱煙氣的控制空氣流率與壓差的計算通過縫隙的流率與壓差的關系可表述為：壓差可表述為：雷諾數(shù)： 為路徑的特性尺寸 空氣流率與壓差的計算動力控制的流動Re較大時（2500-4000)： C（無量綱流通系數(shù)）一般在0.50.7 標準溫度和標準大氣壓下的流率公式：空氣流率與壓差的計算粘性力控制的流動 在1001000流率與壓力損失成正比其類似無限長平行板泊松（Poiseuille）流實際流動與平板泊松流存在偏差 空氣流率與壓差的計算指數(shù)流動方程計算公式 ： 指數(shù)方程的流通系數(shù) n： 流通指數(shù) 內(nèi)部路徑的指數(shù)取0.5外部墻壁的指數(shù)取0.6或0.65空氣流率與壓差的計算縫隙流動的