化学性危害及控制精选Word版

1、前言1950年在日本九州水俣市,发生了一连串不寻常的现象,海里生物死亡,陆 地上猫儿行走步态不稳,人体出现奇怪病症状如中枢神经受损,脑部细胞坏死, 行动迟缓及不自主地抽慉抖动,手脚卷曲及脸部肌肉僵硬变形,耳聋失明,精神 失常甚至死亡.这就是后来所谓的水俣病(minamata disease),经过近10年的研 究,才发现甲基汞(methyl mercury)是造成此公害事件之元凶,最后调查发现一家 工厂,使用含汞的化合物作为催化剂,而将含有汞的废水排入大海,在水体底泥 中,微生物将汞转化成甲基汞,甲基汞经海中生物浓缩后,人们和猫食用了含甲 基汞的鱼和贝类而引水俣病,甲基汞还可透过胎盘屏障侵害胎

2、儿,使新生儿发生 先天性疾病. 1952年12月,伦敦城市上空高压,大雾笼罩,连日无风.而当时正值冬季大量 燃煤取暖期,煤烟粉尘和湿气积聚在大气中,使许多城市居民都感到呼吸困难, 眼睛刺痛,仅四天时间内死亡了4000多人,在之后的两个月时间内,又有8000人 陆续死亡.这是20世纪世界上最大的由燃煤引发的城市烟雾事件.从1940年代起, 已拥有大量汽车的美国洛杉矶城上空开始出现由光化学烟雾造成的黄色烟幕.它 刺激人的眼睛,灼伤喉咙和肺部,引起胸闷等,还使植物大面积受害,松林枯死, 柑橘减产,这是最早出现的由汽车尾气造成的大气污染事件. 越战期间,美国空军喷洒大量除草剂-橘剂(agent ora

3、nge)展开灭林行动,除造 成环境污染外,将近有六十万居民因暴露其中戴奥辛而染上重病,如经常性流产, 生产缺陷等疾病. 1979年,台湾彰化一家制油工厂在米糠油加工除色,除臭的过程中,使用多 氯联苯(polychlorinated biphenyls, PCBs)为热媒,其加热管线因热胀冷缩而产生 裂缝,致使多氯联苯从管线中渗漏出来而污染到米糠油.造成台湾中部2,000多位 食用该厂米糠油的民众受到多氯联苯污染毒害.病人初期症状是皮疹,指甲发黑, 皮肤色素沉著,眼结膜充血,后期症状转为肝功能下降,全身肌肉疼痛等,重者 会发生急性肝坏死,肝昏迷,以至死亡. 1984年印度波帕尔 (Bhopal)

4、发生化工厂异氢酸甲酯(主要是用来生产杀虫剂的 中间产物)毒气外泄事件,在很短的时间内造成二千余人死亡,此次灾难是历史上 最严重的工业化学意外,吸入有毒气体的最初反应包括呕吐,眼鼻喉被毒气灼伤 引致剧烈的刺痛,大多数受害者的死因是由於呼吸困难窒息致死,另外有几十万 名居民的健康受到不同程度的影响. 以上的不幸事件均因人类不当使用化学物质引起,不同化学品构成之各类物 质,环绕在我们的生活周遭,许多化学物质对我们有很大助益,但有些化学物质 会产生危害.目前世界登录化学物质约一千万种以上,其中经常流通者约六万种, 而每年约有700至1000种新的化学物质出现,目前已知具有明显危害的约5千种左 右.化学

5、物质如使用不当,误用或滥用可能即可能形成危害.化学物质污染环境 之路径或危害人体之方式包括生产过程废气,废水,废弃物之排放;或经由食物链,生物浓缩,环境蓄积;此外,劳工之职业暴露,食品及化妆品之添加,农药 及清洁剂之使用可能形成危害.毒性化学物质在贮存,运输或制造,使用过程容 易发生意外,亦可能造成环境及人体健康之损失.4.1化学物质进入人体之途径 化学物质进入人体之途径一般化学性有害因子进入人体的途径,大致上可经由食入,吸入与皮肤吸收 等. 1. 食入(ingestion)化学物质可藉由食入途径,并经由消化道消化吸收后进入人体.部分有害因 子经由口腔进入后溶於唾液中,通过胃,小肠与食物养分同

6、时被吸收;部分亦可 经由肠道直接排出体外.平时常洗手可避免手上之有害化学物经附著於食品而进 入人体,空气中之化学物质可能会沉降於食物及饮水中造成误食.影响化学物质 食入吸收的因子包括:分子的大小,脂溶性,主动吸收之进行,化学物质之酸碱 特性及毒性物质停留於消化道的时间等.能被食入的有害物不多,因为蒸气和气 体根本是无法经由食入进入人体的,且受到体内胃液与胰液的作用,会把化学物 质经由水解而成为低毒物质. 2. 吸入(inhalation)2 / 21空气中化学物质可藉由口鼻呼吸作用,经呼吸道而进入人体,一般成年人的 肺泡的接触面约为70平方公尺,使吸入之化学物质透过快速之质量传递而进入肺 泡之

7、微血管,经由血液循环,即可能对人体造成伤害.因此,所有气态,液态和 固态的空气污染物均可以快速地经由呼吸作用进入肺部,如果是颗粒状的化学物 质,其颗粒之大小将会影响其沉降在呼吸道之位置,进而影响其造成之危害.影 响化学物质经呼吸吸收的因子包括:浓度,化学物质在血中之溶解度,分子或粒 子的大小,呼吸速度,暴露时间及化学物质於体内之饱和程度等. 3. 皮肤吸收(skin absorption)许多化学物质可透过皮肤表面进入人体,皮肤上层的角质层可以防止部分化 学物质的穿透,但气态及液态化学物质可穿透皮肤进入血液,随血液而循环全身. 有害物对皮肤之伤害可能因脱脂或毒性而造成皮肤刺激,过敏,发炎,乾裂

8、等皮 肤本身之伤害,此外进入人体循环或代谢系统后,也可能造成严重伤害甚至致死. 影响化学物质经皮肤吸收的因子包括:化学物质分子或粒子的大小,脂溶性,水 溶性,酸碱特性及皮肤的状况等.4.2危害性化学物质 危害性化学物质4.2.1有害化学物 有害化学物 有害物,系指致癌物,毒性物质,剧毒物质,生殖系统致毒物,刺激物,腐 蚀性物质,致敏感物,肝脏致毒物,神经系统致毒物,肾脏致毒物,造血系统致毒物及其他造成肺部,皮肤,眼,黏膜危害之物质.我国环保署将毒性化学物质 分为四类(表4-1): 表4-1 我国环保署将毒性化学物质分类 毒性化学物质分类 定义 例子 第一类毒性化学物质 化学物质在环境中不易分

9、多氯联苯,三氯甲烷,汞 解或因生物蓄积,生物浓 缩,生物转化等作用,致 污染环境或危害人体健康 者. 第如二类毒性化学物质 化学物质有致肿瘤,生育 重 铬 酸 钾 , 二 甲 基 甲 醯 能力受损,畸胎,遗传因 胺,石绵 子突变或其他慢性疾病等 作用者. 第三类毒性化学物质 化学物质经暴露,将立即 氯,氰化钾,四氯化碳 危害人体健康或生物生命 者. 第四类毒性化学物质 化学物质有污染环境或危 二氯甲烷,十溴二苯醚, 害人体健康之虞者. 乙苯15世纪欧洲名医(Paracelsus,1493-1541)说所有的物质都是有毒的;没有一种 物质不是毒物;而毒物与药物的区别在於剂量是否用对.影响化学物质

10、毒性 之因素包括:毒性物质本身的毒性,毒性物质存在的形式,毒性物质的浓度,暴 露途径,暴露频率及暴露时间.化学物质的毒性可藉由毒性实验加以评估,一般 的毒性试验有:急性毒 (Acute toxicity),慢毒性与亚慢毒性 (subchronic and chronic toxicity),皮肤刺激 (skin irritancy),眼刺激 (eye irritancy),接触过敏性皮肤炎 (allergic contact dermatitis) 致癌性 (carcinogenicity) 生殖与发育毒性 (reproductive , , and developmental toxicit

11、y)及遗传毒性 (genetic toxicity)等,分别说明如下: 1. 急性毒性效应(acute toxicity effect)是指在暴露后相当短暂期间内(通常是几分钟至数天的时间)显示的毒性症状, 一般是由於高剂量情况单一暴露造成.也就是毒物一次大量的暴露立即产生的临 床症状或死亡,或是系统性毒性症状. 2. 慢性毒性效应是指毒物长期低剂量暴露吸收后所引起的健康危害作用,通常是指三个月以上 的暴露吸收后才产生的中毒现象,像致癌作用,生殖影响,行为的影响都是属於此 种效应. 3. 致癌性癌症乃是指不能控制的细胞增生, 所以凡是能引起生物体细胞不能控制的生 长因素进一步发展成为肿瘤的过程

12、,就称此类物质具有致癌性,此物质就叫做致癌 物 (carcinogen).通常致癌物都能引起细胞的突变,也就是具有致突变性,但要注意 的是,突变并不一定会致癌.世界卫生组织下之国际癌症研究院将致癌物分为 1, 2A,2B,3,4 五类.(表 4-2)表4-2IARC致癌物分类表IARC致癌物分类表 IARC 分类 Group 1 分类定义 例子Group 2AGroup 2BClass 3 Class 4流行病学研究证明系致癌物 砷,石绵,芥子气,苯,对二 氨基联苯,铍,槟榔嚼块和香 菸,二氯甲醚,镉,铬,焦油, 环氧乙烷,镍,香烟,煤灰, 硫酸雾滴,氯乙烯 流行病学研究资料不足 但是 丙烯醯

13、胺,丙烯腈,苯并芘, , 动物毒性实验资料充足 1,3-丁二烯,四氯丹,柴油引 擎排气,二溴乙烷,甲醛,多 氯联苯,溴乙烯 动物毒性实验资料充足 乙醛,碳黑萃取物,四氯化 碳,氯丹,氯仿,DDT,汽油, 异戊二烯,铅 资料不足不能判别其致癌性 异丙醇,乙腈 目前资料可认定为非致癌物4.致突变性是指致使生物体的 DNA (去氧核糖核酸)遗传讯息发生改变的过程;而能使 DNA 产生改变的化学物质或游离辐射称为致突变物(mutagen) 5. 致畸胎性是指在外界环境中的化学物质或有害因素在母体娃振期间影响胚胎发育,使 子代出现先天畸形的作用.而会导致畸胎的物质称为致畸胎物(teratogen),目前

14、已 知会造成畸胎的主要物质,包括放射线,药物及化学物质如有机氯杀虫剂,甲基汞. 6. 化学敏感物与刺激物 这些化学物会因一些反应而发生作用.举例而言,在机械性伤害方面,主要因皮肤受到机械性损伤或细小颗粒进入皮肤,而造成皮肤起疹或发炎等等.刺激 物作用在皮肤接触化学物的区域,造成皮肤发炎;过敏性化学物则是造成皮肤炎 及气喘.常见敏感物与刺激化学物如甲醛,酚六价铬,环氧氯丙烷,镍,苯胺等. 7. 腐蚀性化学物(corrosive chemicals)与皮肤接触时,会使皮肤组织有看得见的破坏或造成永久的改变,或者皮肤 会因受到化学反应而受伤.依据化学物的浓度与接触的时间产生不同的伤害程 度,即短时间

15、接触和较低浓度的化学物只会造成局部伤害,长时间接触或高浓度 则会造成组织灼伤.若这些腐蚀性物质被吸收至深层组织中则会导致系统中毒. 吸入腐蚀性化学物通常会造成呼吸严重但可逆的伤害,此外,也会有肺炎,肺水 肿,呼吸道黏膜的完全破坏以及系统性中毒.例如:氨气会造成呼吸道严重的伤 害.常见腐蚀性化学物如硫酸,硝酸,盐酸,碱类,酚,脱水剂等.4.2.2 气体 有毒气体可分为三类:单纯窒息剂,化学窒息剂,刺激剂.单纯窒息剂包括 氮,甲烷和二氧化碳.化学窒息剂包括一氧化碳,四羰基镍,硫化氢,氰化氢, 砷化氢,磷化氢,和锑化氢.刺激剂包括氨,二氧化硫,氯,光气等.今择要分 述如下. 1. 单纯窒息剂:氮气能

16、使人窒息.甲烷的危害,一为窒息,一为与空气混合而成爆炸性的气 体.二氧化碳能刺激呼吸中枢,使人呼吸困难,高浓度 (10%) 时,使人神志丧失, 患者若无急救,短时间内死亡. 2. 化学窒息剂:一氧化碳对血红素的亲和力极强,浓度 50%以上,可使患者神志不清,浓度 超过 60%,患者呼吸中枢受抑制而死.四羰基镍先使人头痛,恶心,头昏,神志 丧失,继之则呼吸困难,发绀,软弱,肺水肿,心脏衰竭.硫化氢可使人流泪, 畏光,头昏头痛,呼吸中枢麻痹而死.氰化氢能抑制细胞色素氧化脢,使之麻痹, 患者因而无法摄取氧气,窒息而死.砷化氢为电子工业用的半导体的原料,能使 患者出现黄疸,心脏衰竭. 3. 刺激性气体

17、:氨有腐蚀作用,接触皮肤造成局部烧伤,接触眼睛造成结膜炎,角膜炎或失 现,经吸入肺部,而引起呼吸困难,肺水肿.二氧化硫具刺激性的臭味,使人流 泪,打喷嚏,咳嗽,若吸入高浓度的二氧化硫,则造成呼吸困难,虚脱而死.氯 具辛辣的刺激性气味,其中毒症状为流泪,咳嗽,上腹部疼痛,恶心,呕吐,若 浓度太高(超过 40ppm),可能会产生肺水肿.光气有一种甜味,毒性较氯为强, 主要刺激呼吸器官,使患者发生咳嗽,呕吐,肺水肿等症状.4.2.3 粒状物 粉尘(dust)系一种经由机械力所产生的固态粒子,其粒径大小可从数m至 100m以上.喷雾(spray)系一种经由机械力所产生的液态粒子,其大小约略与粉尘 相同

18、,或称为液滴(droplet).滴雾(mist)系经由凝结过程所形成之细小液滴,其大小 可大至数m.熏烟(fume)系一种微细的固态粒子,藉由气态分子高温冷凝而成, 通常熏烟粒子可视为由许多大小约为数m之小粒子组成所聚结而成的组合粒子, 其大小经常小於1m.烟尘(smoke)系经由不完全燃烧所产生的固态或液态之颗 粒.烟尘本身亦由许多小颗粒聚结而成,其聚结后之烟尘形状常十分复杂(如长 链状,网状),其整体大小经常小於1m. 微粒具有下列一般物化特性: (1) 微粒通常为多种化学物质的混合物,其组成份颇为复杂,通常甚少有 均质之化学组成. (2) 微粒之表面积通常分布不均,单一颗粒相对於其本身质

19、量而言,通常 有极大的表面积. (3) 对单一颗粒而言,由於其体积小及溶解度高之特性,其对人体健康的 危害与其化学组成或吸附其上之化学物质有密切关系.细微粒(小於 2.5m)则具有特殊的呼吸运动特性,其可能会穿越肺泡,而被身体呼 吸道摄入之比例高达70%以上 且吸附其上的化学物质亦会被身体所吸 , 收,被吸附之化学物质可能为致基因突变物质而具有影响人体DNA之 性质.人体可靠纤毛来排除部分微粒,但由於排除的过程中的滞留效 应,会增加其摄入量及加重其化学危害性.若以微粒粒径来区分较大 颗粒在呼吸过程中被上鼻腔及咽喉部分捕集,而粒径小於2.5m者则易 到达肺泡而被人体摄入,而其他粒径界於2.540

20、m之间的微粒,部分 会被支气管捕集,微粒的健康影响除了化学组成外,其颗粒大小亦十 分重要.微粒在呼吸过程中除了滞留在呼吸道外,有一部份会被呼出, 另一部份会因吞咽动作藉由消化道吸收而危害人体.4.3 危险性物质危险性物质系指爆炸性物质,著火性物质,氧化性物质,引火性液体,可燃 性气体等.常用之危险性物质如表4-3所示. 4.3.1 危险物质物化特性 1. 沸点(boiling point):引火性液体的沸点愈低,愈易蒸发,其闪火点也低,产生火灾爆炸的可能性 也较高. 2. 熔点:可燃性的固体物,如石腊,萘等易熔融的有机物,一遇火源,即形成液态, 与可燃性液体一样具有相同的危害. 3. 液体的比

21、重:大部分引火性液体的比重比水低,且不易溶於水,一有火灾,以水灭火,则 引火性液体将浮於水面,有扩大火灾范围的危险性. 4. 气体,蒸汽的比重:可燃性气体或引火性液体的蒸汽若比空气轻,可漂浮於空中,易形成具爆炸 性的混合性气体;若比空气重,则流泄於地面或低洼之处,易造成人员窒息的危 害. 5. 水溶性:易溶於水的引火性液体因水稀释,可降低其蒸汽压,增加其闪火点,降低著 火的危险.在容易产生静电的地方,也因溶於水而增加导电性,减少静电累积. 6. 导电性:引火性液体的导电性与静电的累积有关.凡导电性低者,在管壁内流动或经 过筛网,很容易累积静电,而放出电弧火花. 7. 燃烧热: 物质的燃烧热愈大

22、者,在火灾爆炸的过程中,危害程度愈大. 8. 爆炸界线:物质的爆炸下限愈低者,或爆炸范围愈广者,愈危险.物质的爆炸界限因温 度,压力与氧气的增加而扩大,反之则缩小. 9. 最小著火能:使可燃性气体或其混合气体,或爆炸性的粉尘,著火燃烧爆炸的最低能量, 称为最小著火能.一般而言,粉尘的最小著火能高於混合气体.最小著火能愈低 者,愈具危险性. 10. 闪火点: 易燃的液体表面因蒸发作用释出的蒸气和空气中的气体混合,形成可燃性的 混合气体,此时只要有一点火种,即可闪火,此时的温度称为闪火点.在此温度 中,火焰不能继续燃烧,除非继续加热.通常可燃性液体的燃点均高於闪火点5 20左右.11. 粉尘爆炸:

23、 粉末状之可燃性固体在空气中以分散(悬浮)之状态存在时,与爆炸性混合气体 相同,当供给热能时则起爆炸.以煤炭为例,粒子愈小表面积则大而对单位质量 之燃烧速度则增大.粉末状之固体与空气混合物之爆炸称为粉尘爆炸.木材,淀 粉,铝粉等粉尘以适当之比率使悬浮於空中时则呈易爆炸状态.不易挥发之液体 如重油,倘以雾状悬浮於空气中时具有与固体粉尘相同之易爆状态. 4.3.2 物质安全资料表 ,表内含物品与厂商 物质安全资料表(material safety data sheet简称为MSDS) 资料,成分辨识资料,危害辨识资料,急救措施,灭火措施,泄漏处理方法,安 全处置与储存方法,暴露预防措施,物理及化学

24、性质,安定性及反应性,毒性资 料,生态资料,废弃处置方法,运送资料,法规资料,其他资料等十六项,内容 详实简明扼要,故一般人称之为化学品的身份证.它是化学物质资讯的提供者, 也是化学物质管理的基本工具.它能帮忙作业人员了解各类危害物质的特性,贮 存或使用此类物质的潜在危险,以及如何做好事故应变及急救的要领,因此物质 安全资料表要放在人员易取得之处所.於采购危害物质时,必定要求厂商提供本 表,出售时亦应提供此表给购买厂商,做好危害物质的预防工作. 化学安全的基 础在於危害物清单以及物质安全资料表,清单可提供该场所使用之化学物种类用 量等,而物质安全资料表中列有物质毒性,防范危害措施,火灾爆炸特性

25、,适当 灭火方式等,对於化学物质毒性之了解,防范以及紧急处理皆有相当帮助.表4-3 危险性物质 危险性物质分类 爆炸性物质 著火性物质 引火性液体 氧化性物质 化学物质 硝化乙二醇,硝化甘油,三硝基甲苯 金属钠,金属钾,黄磷,赤磷,镁粉,铝粉 乙醚,汽油,乙醛正,环氧乙烷,丙酮,苯,丁酮 氯酸钾,氯酸钠,过氧化钾,过氧化钠,过氧化钡 及其他无机过氧化物,硝酸钾,硝酸钠,硝酸铵及 其他硝酸盐类. 氢.乙炔,乙烯,甲烷,乙烷,丙烷,丁烷.可燃性气体4.4 火灾4.4.1 火灾的基本特徵 火灾或燃烧程序是物质的氧化反应,物质是否能著火燃烧,必须具备下列几 个条件:1. 2. 3. 4.燃料(易燃,可

26、燃性物质),氧化剂(氧气或提供氧的物质),点火源(热, 明火,电弧,物理或化学源)等三个基本条件必须同时存在(图4-1). 可燃性物质的温度必须达到点燃温度. 由火焰回馈至裂解或蒸发的可燃性物质的热能控制火势的大小. 燃烧在下列几种情况下,会停止燃烧: 燃料耗尽 氧的浓度低於维持燃烧的最低浓度. 大量的热能被传送出去. 火焰被化学药剂抑止或冷却,无法继续反应.燃料氧气点火源 (热能) 图4-1 著火的三个因素(火三角)4.4.2火灾种类 火灾种类 火灾依燃烧物质不同可区分为四大类: A类火灾: 普通火灾普通可燃烧物如木制品,纸纤类,绵,布,合成只树脂,塑胶等发 生之火灾.通常建筑之火灾即属此类

27、.可以藉水或含水溶液的冷却作用使燃烧物 温度降低,以致达成减火效果. B类火灾: 油类火灾可燃物液体如石油,或可燃性气如乙烷气,乙炔气,或可燃性油脂 如涂料等发生之火灾.最有效的是以掩盖法隔离氧气,使之窒息.此外如移开可 燃物或降低温度亦可达到灭火效果. C类火灾:电气火灾涉及通电中之电气设备,如电器,变压器,电线,配电盘等引起之 火灾.有时可用不导电的灭火剂控制火势,但如能截断电源再视情况依A或B类火 灾处理,较为妥当. D类火灾: 金属火灾活性金属如铨,钾,锂,铛,钛等或其化禁水性物质燃烧引起之火 灾.这些物质燃烧时温度甚高,只有分别控制这些可燃金属的特定灭火剂能有效 灭火.(通常均会标明

28、专用於何种金属). 4.4.3 火灾对人之危害作用 火灾可怕的主要乃是火灾过程中材料燃烧产生的结果明显胁到人员性命,无 论是对火灾燃烧系内及邻接区域之人员,但其相对严重性依每次火灾状况而定. 火灾对於人命安全之效应概分述如下: 1. 氧气耗尽( oxygen depletion )一般人类惯於在大气之21%氧气浓度下自在活动,当氧浓度低至17%,肌肉功 能会减退,此为缺氧症( anoxia )现象.在1014%氧气浓度时,人仍有意识,但显 现错误判断力,且本身不察觉.在68分钟内发生窒息( asphyxiation )死亡.由火灾 引致之亢奋及活动量往往增加人体对氧气之需求,所以实际上在氧气浓

29、度尚高 时,即可能已出现氧气不足症状.一般人存活的氧气浓度低限为10%,然而能否到 达些程度及多快到达,则依每次火灾及燃烧系内不同位置而异,因为此浓度受可 燃物浓度,燃烧速度,燃烧系体积及透气速率所影响. 2. 焰( flame )烧伤可能因火焰之直接接触及热辐射引起.由於火焰鲜少与燃烧物质脱离, 所以对邻接区域内人员常产生直接威胁,这点与燃烧气体及烟不同.皮肤若维持 在温度66(150)以上或受到辐射热3 W/cm2以上,仅须1秒即可造成烧伤,故 火焰温度及其辐射热可能导皮立即或事后致命. 3. 热( heat )热对於燃烧系内及邻接区域之人员皆具危险性.姑且不论任何氧气消耗或毒 害性效应,

30、由火焰产生之热空气及气体,亦能引致烧伤,热虚脱,脱水及呼吸道 闭塞( 水肿).生存 极限之 呼吸 水平 温度 ( breathing level temperature )约为 131(300) ;但室内气温高达140时仍能存活短暂时间.又呼吸水平高度 ( breathing level height ),从地板向上算起一般约为1.5公尺(5呎)以上之距离,有 时居室人员中儿童占有显著比例时,安全设计上则采用1.2公尺(4呎)水平高.对 於呼吸而言,超过66(150)之温度便难以忍受,此温度领域可能会使消防人 员救援及室内人员逃生迟缓. 4. 毒性气体( toxic gases )一般高分子材

31、料之热分解及燃烧生成物成分种类繁杂,有时多达百种以上, 然而对人体生理有具体毒性效应之气体生成物仅是其中一部分,如表4-4所列举. 这些气体之毒害性成分基本上可分为三类: (1) 窒息性或昏迷性成分. (2) 对感官或呼吸器官有刺激性之成分. (3) 其他异常毒害成分. 虽从火灾死亡统计资料得知,大部分罹难者是因吸入一氧化碳等有害燃烧气 体致死,但有时不宜过於强调,因为没有一次火灾情况是相同的.此外一部分火 灾试验也显示有许多情况下任一毒害气体尚未到达致死浓度之前,最低存活氧气 浓度或最高呼吸水平温度即已先行到达.表4-4 有机高分子材料燃烧产生之毒性气体 成份 来源材料 CO;CO2 所有有

32、机高分子材料 HCN;NO;NO2;NH3 羊毛,皮革,聚丙烯睛PAN,耐龙,聚尿酯PU SO2;H2S;COS;CS2 硫化橡胶,含硫高分子材料羊毛 聚氯乙烯PVC,含卤素防火剂,高分子材料, HCL;HF;HBr 聚四氟乙烯PTFE 烷;烯 聚烯类及许多其化分子 苯 聚苯乙烯,聚氯乙烯,聚酯等 酚;醛 酚醛树脂 丙烯醛 木材纸 甲醛 聚缩醛 甲酸;乙酸 纤维素纤维织品5.烟烟之定义为材料发生燃烧或热分解时所释放出散播於空气中之固态,液态 微粒及气体 .烟是火灾燃烧过程中一项重要的产物,因为能见度( Visibility ) 是 避难者能否逃出发生火灾之建筑物,以及消防人员能否找出火灾,扑灭

33、火灾的影 响因素.烟会助长凤慌状况,因为它有视线遮蔽及刺激效应.在许多情况,逃生 途径上烟往往比温度更早达到令人难以忍受程度. 6. 结构强度衰减因热危害火烧造成建筑物之结构组件破坏具有明显潜在危险.可能发生情况 有脆弱化,地板承受不起人员重量,或墙壁,屋项崩塌.另外,火灾对结构之破坏,有歹不易单从外观察觉,因此火灾后结构强度衰减程度的评估相当重要.建 筑物因结构受火害而崩塌毁坏的情况不多,但不可轻忽建筑受第二次外来灾害 (如 地震)可能发生之危险. 4.4.4 可燃性物质 1. 气体依照美国消防协会( National Fire Protection Association, 简称NFPA)

34、的习惯用 语,著火性气体系指在空气中正常氧气的浓度下可燃烧的气体,例如甲烷(天然 气的主要成份),丙烷,丁烷(液化石油气的主要成份)等是最普遍的工对及家 庭用的气体燃料,其他低分子量的碳氢他合物如乙炔,乙烯,丙烯等石化工业原 料亦属於著火性气体.表4-5 列出一般著火性气体的燃烧特性. 非著火性气体(不可燃气体)无法在空气或氧气中燃烧,可分为氧化剂及惰 性气体两类,一氧化氮,空气等气体或混合物本身虽无法燃烧,但可提供燃烧所 需的氧气,为氧化剂或助燃剂;而氮气,二氧化碳,氢,氦等本身既无法燃烧又 不具助燃,氧化功能,则被视为惰性气体. 2. 液体依照美国消防协会等321号报告( NFPA 321

35、 ),著火性及可燃性液体的基本分 类( Basic Classification of Flammable and Combustible Liquids ),液体的定义为; 在 摄氏38度(华氏100度)温度下蒸气压低於275kpa(400psia)的流体.著火性液体 ( Flammable Liquids )或I级液体( Class I Liquids )为闪火点低於摄氏38度的液体,它 又可分为IA,IB,IC三类. IA:闪火点低於 23,沸点低於 38的液体. IB:闪火点低於 23,沸点高於 38的液体. IC:闪火点低於(含)至於 38的液体. 可燃性液体( Combustibl

36、e Liquids )为闪火点为摄氏38或超过摄氏38度的液 体,又可区分为下列三类: II:闪火点在 38(含)至 60之间的液体. IIIA:闪火点在 60(含)至 93之间的液体. IIIB:闪火点在 93(含)以上的液体. 3. 固体可燃性固体物质可分为下列三类: (1) 碳氢化合物如煤,高分子聚合物(聚乙烯,聚丙烯),石腊,脂肪等. (2) 含部份氧化学 CH(OH)n 的纤维物质,如绵花 C6H10O5 ,麻,木 材等.(3) 可燃性金属如锂,钠,钾,锌,铝,镁或其化合物. 表4-6 列出固体可燃物质的燃烧特性.表4-5 一般著火性气体的燃烧特性 气体名称 总热值 (千焦耳/立 立

37、方公尺) 著火限值(%) 下限 4.7 5 33.2 4.4 2.15 1.9 6.0 2.5 4.0 16.0 12.5 2.7 上限 14.5 15 71.3 34.0 9.6 8.5 17.0 81.0 75.0 25.0 74.0 36.0 燃烧一立方公 点燃温度 比重 尺所需空气量 (摄氏度数) (空气=1) (立方公尺) 0.620-0.719 0.55 1.04-1.00 0.38 1.52 2.0 0.79 0.91 0.07 0.60 0.97 0.98 9.4 9.52 0.8 4.7 24.0 31 6.5 11.9 2.4 8.3 2.4 14.3 482-6.32 6

38、.30 492-604 482-583 305 500 651 609 490天然气 39.9-41.9 (高热能) 甲烷 39.6 炼钢高炉气 3.0-4.1 21.4 焦炉气 丙烷(工业用) 93.7 丁烷(工业用) 122.9 下水道沼气 24.9 乙炔 208.1 氢 12.1 氮(无水) 14.4 一氧化碳 11.7 乙烯 59.6表4-6 固体可燃物质的燃烧特性 名称 白橡木 长茎松 美国西部杉木 硫磺 炭 天然纤维(绵) 羊毛 人造纤维 醋酸纤维 亚克力 聚丙烯 点燃温度() 210 220 192 245 345 255-400 570-600 440-520 460-560

39、500-570 燃烧温度() 燃烧热(KJ/Kg) 19000-20000 22000-23000 18000-20000 26000-29000 850 940 960 850 8404.4.5 物质著火特性 1. 著火浓度范围即使在著火条件之下,可燃性气体与空气的浓度比例必须在一定的范围之 内,才会著火燃烧,此一范围是以气体在空气中的浓度的上限及下限表示.气体 浓度若低於著火浓度下限( low flammability limit, 简称LFL )时,则气体浓度太稀 薄,无法著火,如若浓度超过著火浓度上限( upper flammability limit, 简称 UFL ), 空气浓度稀

40、薄,也无法著火.著火浓度上,下限亦称为爆炸浓度上,下限( lower explosive limit, LEL或upper explosive limit, UEL )著火浓度上, 下限视气体燃料与空 气分子作用的比例而定. 著火浓度范围会受历力,温度,周围环境重力场,火焰延伸方向的影响,由 於其数值系由实验得来的,数值精确性与实验方法及条有关.目前最普通的测试 方法为美国矿业局所发展的,测试的主要设备为一上闭下开,5公分直径,1.5公尺 高的圆管,管中充满了气体与空气的混合物,著火源则放置於管的下端.一般的 测试是在常压(一大气压),常温的条件下进行,火焰则由下向上延伸,但是也 可在其他压,

41、温度,火焰方向及惰性气体的混合条件下进行.(表4-7)列出一些 常见的有机化合物的著火浓度上,下限,以及其他特性,如闪火点及自燃温度的 数据,以供参考使. 2. 闪火点液体燃料必须吸收热能挥发成气体后,才会著火燃烧,液体燃料的著火难易 度与其挥发性有关,易於挥发的汽油远较难以挥发的重油易於著火.闪火点( Flash Point )是决定液体物质危害性的主要的物理特性,当温度达到闪火点时,液体挥发 成气体的质量足以与空气混合,而形成可燃混合物,此时虽燃可以著火,但是挥 发的质量不足以维持火势的延续.闪火点与压力有关,压力增加时,闪火点会上 升.(表4-7)亦列出一般碳氢化合物的闪火点.混合物的闪

42、火点可由实验求得. (图4-2)显示液体的蒸气压,著火浓度上,下限及自燃温度的相互关系. 3. 液体著火点当温度达到著火点( fire point )时,著火后,可燃性液体所挥发成气体的质量足 以维持火焰的持续,著火点略高於闪火点.图4-2 蒸气压,著火浓度上,下限,闪火点,及自燃温度的相互关系表4-7 有机化合物著火特性 化合物名称 闪火点 著火浓度下限 著火浓度上限 自燃温度 (中文) (英文) () (空气中百分比) (空气中百分比) () 丙酮 Acetone 0.0 2.5 13 538 丙炔 Acetylene 2.5 110 305 丙烯醛 Acrolein -26 2.8 31

43、 丙烯睛 Acrylonitrile 0 3.0 17 苯胺 Aniline 1.3 11 70 苯 Benzene -11 1.3 7.9 562 丁烷 Butane -60 1.6 8.4 405 一氧化碳 Carbon Monoixide 12.5 74 氯苯 Chlorobenzene 29 1.3 9.6 638 环己烷 Cyclohexane -18 1.3 8 245 乙硼烷 Diborane 0.8 88 环氧己烷 Dioxane 12 2.0 22 乙烷 Ethane -135 3.0 12.5 515 乙醇 Ethyl Alcohol 3.3 19 13 423 乙烯 Et

44、hylene 2.7 36.0 490 环气乙烯 Ethylene Oxide 3.0 100 -29 427 乙醚 Ethyl Ether 1.9 36.0 -45 82 甲醛 Formaldehyde 7.0 73 汽油 Gasoline 1.4 7.6 -43 庚烷 Heptane 1.1 6.7 -4 223 己烷 Hexane 1.1 7.5 -26 223 氢 Hydrogen 4.0 75 400 异丙醇 Isopropyl Alcohol 2.0 12 12 455 异丙醚 Isopropyl Ether 1.4 7.9 0 443 甲烷 Methane -188 5.0 15

45、 538 醋酸甲酯 Methyl Acetate -9 3.1 16 502 甲醇 Methyl Alcohol 12 6.0 36 464 氯化甲烷 Methyl Chloride 0 8.1 17.4 632 -4 516 异丁酮 Methyl Ethyl Ketone 1.4 11.4 Methyl Isobutyl 23 460 异己酮 1.2 8.0 10 421 甲基丙烯酸甲酯 Ketone 1.7 8.2 Methyl Methacrylate 7 505 异戊酮 1.5 8.2 Methyl Propyl -49 288 石油脑 1.2 6.0 Ketone 13 220 辛烷

46、 1.0 6.5 Naptha -40 309 戊烷 1.51 7.8 Octane 79 酚 1.8 8.6 Pentane 466 丙烷 2.1 9.5 Phenol -108 497 丙烯 2.0 11.1 Propane 16 557 二氯化丙烯 3.4 14.5 Propylene -37 465 环氧丙烯 2.3 36 Propylene Dichloride 31 490 苯乙烯 1.1 7.0 甲苯 4 1.2 7.1 5364.4.6 燃烧 1. 点燃能点燃能( ignition energy )是引发物质燃烧所需的最低能量,它与物(或混合物) 的成分,浓度,压力及温度有密切

47、的关系: (1) 点燃能随著压力增加而降低. (2) 点燃能随惰性气体如氮气,二氧化碳的浓度增加而上升. (3) 可燃性尘粒的点燃能与可燃性气体的点燃能相近. (表4-8)列出常见可燃性气体的点燃能,烷类的点燃能很低,仅为0.25毫焦 耳(mJ),而汽车火星塞的点燃能为25毫焦耳(mJ),如果可燃性气体存在时,任何一 个小火花或摩擦产生的静电能足以点燃气体,而造成火灾.表4-8 常见可燃气体及尘粒的点燃能 可燃气体或尘粒 压力(atm) 点火能(mJ) 甲烷(Methane) 1 0.29 乙烷(Ethane) 1 0.24 丙烷(Propane) 1 0.25 丁烷(Butane) 1 0.

48、25 乙烯(Ethylene) 1 0.12 苯(Benezene) 1 0.22 氨(Ammonia) 1 100 氢(Hydrogen) 1 0.019 玉米粉尘(Corn Starch Dust) 0.3 铁粉 0.122.自燃可燃气体,液体或固体在未与点火源接触的条件下,自行点火燃烧的现象称 为自燃( autoignition or spontaneous ignition ).自燃是物质在适当条件 (温度,压力, 体积)之下与氧的反应,由於反应所产生的热能超过系统损失的热能,因之燃烧 得以维持.物质开始自行燃烧的温度称为自燃温度( atuoignition temperature,简

49、称 AIT,或spontaneous ignition temperature,简称SIT ).自燃温度受系统压力,体积, 或氧气浓度的升高会降低自燃温度;容器表面含有催化氧化物质或尘埃时,自燃 温度可能会降低至摄氏100200度,应用自燃温度数据时,宜事先了解数据测试 时的条件.(表4-7)列出一些常见的有机气体的自燃温度,有些物质如二硫化碳 (CS2),自燃温度很低,仅摄氏90度,处理此类物质时应避免其与空气或氧化剂接 触,以免形成可燃性混合气体.3.燃烧方式火势的大小与燃烧方式及燃烧速率有关,燃烧反应是否顺利进行视可燃性物 质与氧分子是否可以充分混合,则可增加燃烧速率,此时化学因素是决定

50、燃烧速 率的主要参数,混合不完全歹,分子间的扩散及混合等物理程序往往成为限制反 应的主要参数. 由於燃料及氧化物的物态,混合方式及程度的不同,燃烧的过程可以分为预 混焰,扩散焰,单推进剂及推进剂燃烧,爆炸等几种(表4-9).燃烧发生於火箭, 导向飞弹,太空船的动力系统中,爆炸则是枪炮主要的动力程序.项次 I II III IV V表4-9 燃烧方式 反应前物态 燃料与反应物 燃料 氧化物 预先混合 未混合 气体 气体 预混焰 扩散焰 扩散焰 液体 气体 预混焰 液体 液体 单推进剂燃烧 - 固体 气体 - 扩散焰 - 固体 固体 推进剂燃烧 爆炸4.4.7 点火源 如图4-1所显示,点火源是造

51、成火灾或燃烧的三个必要条件之一,如欲防止火 灾的发生,必须设法避免这三个必要因素同时存在.由於空气无所不在,难以有 效避免或去除;化学程序中所使用的原料,中间产品及最终产品多为可燃性物质, 仅能设法降低其储存量或使用量,或者设法增加其安全性,但是无法完全去除; 因此最有效的防止失火的方法为去除或控制点火源,避免点火源与可燃物质接 触.工程师在控制点火源之前,必须先鉴定程序中的点火源. 工业程序中的点火源很多,最主要的有下列几个大类: (1) 火焰源,直接加热或高温设备外表. (2) 物理点火源,如压缩能,吸附热,机械摩擦,切割及碰撞. (3) 化学源,甘催化剂,发火物质,化学能. (4) 电源

52、,如电器设备,静电,电线短路,辐射频疗,雷电等. 美国工厂互助工程公司( Factory Mutual Engineering Corporation )曾分类过 25000个以上工业火灾的原因,其中以火焰源所占的比例最高(44%)电源次之(25%),如果除去人为性纵火及吸烟所造成的火灾,火焰源与电源所造成的火灾比 例相当(表4-10).表4-10 工业火灾造成的原因 原因 百分比(%) 电源 电器设备或电线短路 静电 雷电 小计 物理源 机械摩擦 机械设备 小计 火源 燃烧器火焰 燃烧产生的火花或余烬 吸烟 纵火 焊接,切割所产生的火花 高温设备(锅炉,火炉,塔等)表面 小计 化学源 化学反

53、应失控 熔融物质泼洒 物料过热 自燃 小计 其他 23 1 1 25 10 2 12 7 5 18 3 4 7 44 1 2 8 4 15 4台湾地区一般火灾起火原因为人为纵火,炉火烹调,敬神扫墓祭祖,菸蒂, 电器设备,机械设备,烧杂草垃圾等,每年损失近三十亿元. 1. 直接燃烧的火焰 工业程序中的火焰源为: (1) 锅炉,加热炉,工业窑炉,焚化炉,燃烧器的火焰(关闭式). (2) 火炬,燃烧塔的开放式火焰. (3) 香烟. (4) 设备或烟囱排放的高温油烟. (5) 无焰燃烧的悉烟.(6) 高温设备的外表. (7) 车辆或设备的内燃机. (8) 人为纵火. (9) 焊接,切割用火焰. 2.

54、物理点火源 主要的物理点火源为: (1) 压缩热. (2) 机械摩擦,撞击,及火花. (3) 物理吸附等. 3. 化学源化 学 点 火 源 为 化 学 能 , 催 化 剂 , 强 氧 化 剂 , 发 热 熔 结 反 应 ( Thermite Reactions ),不稳定的过氧化物,乙炔衍生物及硝化物等. 4. 电点火源 电点火源包括静电,雷电,乱电流,电器设备等4.5 爆炸爆炸( explosion )是高压气体快速释放至环境时所产生的后果,由於释放速率 非常快速,高压气体所含的能量是震波方式散布,消失. 爆炸依其产生的方式可区分为下列三种: 1. 物理爆炸:如温度升高,密闭容器内气体的压力

55、不断上升,容器无法承受时所产生的爆 炸或充满气体的气球突然被戳破所产生的爆炸. 2. 化学爆炸: 可燃性气体与空气混合后,遇点火源,引燃后所产生的爆炸. 3. 物理/化学爆炸:失控反应产生的大量气体,压力突然升高,容器无法承受或锅炉爆炸.由於 周围环境的不同,爆炸所产生的影响,亦不相同,在密闭容器或建筑物中所产生 的爆炸为局限爆炸,其影响仅限於容器或建筑物之内或附近的区域;散布於大气中的有机蒸气云,经点燃后所产生的爆炸为非局限性爆炸,其爆炸威力甚大,所 有为蒸气云涵盖的空间皆受严重的破坏. 爆炸程序非常复杂,虽然经过数十年的研究,吾人目前仍不能完全了解爆炸 的活动状态,为了安全起见,工程师使用

56、爆炸影响模式或延伸实验数据时,必须 格外小心,并酌加足够的安全系数. 4.5.1 爆震 爆震( detonation )是由燃烧所产生的震波的波峰以声速或高於声速传布的爆 炸,爆震在管中的传布,如图4-3所显示.爆震波是由震动压缩与可燃物质点燃所 释放出化学能量所维持,焰锋与震锋在时间与空间上互相偶合,震波与火焰锋之 前,并无显明的压力变化,爆震传布的速率视气体混合物特性,起始温度,压力 与爆震类别而异,每秒传 布距离在1000至3500公尺之间.由於大量的能量在很 短的时间 (约1/1000秒) 内释出,所造成的压力上升约为大气压力的数十倍或百倍. 爆震产生的方式可分为下列两种: 1. 热爆

57、震:气体的温度由於化学厉应而上升,温度愈高,反应速率愈快,压力及温度在 极短的时间内急速增加. 2. 连锁反应爆震:气体的化学反应产生许多高反应性的自由根,自由根相互作用或与其他气体 作用,产生更多的分子及高反应物,系统压力则在极短的时间内上升. 爆炸的传布呈现下列四种现象: 1. 跳跃式爆震:传布时爆震量周期性的起始与中止,这种现象发生於可燃气体的浓度在其爆 炸(著火)浓度上下限值左右. 2. 过度驱使式爆震:当突然逐渐转变至爆震中的过程而尚未到达稳定时,会发生过度驱使式爆 震,同时会在管壁产生侧面压力比(约500-100). 3. 自转式爆震:在中的传布呈螺旋形轨迹,当气体的成份复杂,而且

58、爆震范围远大於管线直 径时,会产生自转式爆震. 4. 稳定性爆震:爆震已经稳定,震波速率与声速相等,以空气中的碳氢化合物而言,此速率 约为1600-1900公尺/秒.管壁上所受的侧压比约18-30.图4-3 突燃,爆震与压力变化图4.5.2 突燃 突燃( deflagration )的波锋传布速率低於声速,它的传布是以热传送与分子的 扩散方式进行图4-3压力增加比例在8-12之间,传布速率在10至100公尺/秒之间, 偶尔也会发现数百公尺/秒的突燃.突燃焰的速率如果不断地增加,由於燃烧产生 的乱流与压缩的影响,突燃会经过一段突燃至爆震过渡( deflagration-to- detonation transition )阶段,而转变为爆震,当转变发生的瞬间,焰锋前会有一团预压缩的乱流气体以高速及高压爆震,.过压的大小视突燃发生时的预压缩程度而变.突燃 至爆炸的转变通常发生於管线之中. 一般化学反应或火焰的进行,是依赖分子的扩散或气体的乱流,能量释放的 速率受质量传送的速率所限制,压力及火焰移动的速率较为缓慢,远低於声速, 例如,汽车汽缸中汽油与空气的混合物的燃烧引爆为突燃,其释放速率约1/300秒, 远低於爆震速率(1/1000秒). 4.5.3 局限性爆炸 在 一 个 密 闭 的 容 器 或 建 筑 物 内 所 发 生 的 爆 炸 为 局 限 性 爆