陳 偉

新疆克拉瑪依市公安消防支隊(duì)克拉瑪依區(qū)大隊(duì)，新疆 克拉瑪依 834000

0 引言

所謂灰分，指在規(guī)定條件下灼燒后，所剩的不燃物質(zhì)，以百分?jǐn)?shù)表示。油品中的灰分主要是各種金屬、非金屬、形成的鹽化合物等礦物。塑料、橡膠灰分主要來自聚合加入的催化劑和凝聚水中的金屬鹽類。而這些灰分雜質(zhì)對(duì)石油化工產(chǎn)品的質(zhì)量有著較大影響，因此，經(jīng)常性的對(duì)出廠產(chǎn)品的灰分進(jìn)行分析就成為化驗(yàn)的日常工作。

灰分分析過程一般需經(jīng)過試樣加熱燃燒碳化、高溫煅燒成灰，恒重，稱量，計(jì)算等步驟。通常測(cè)定石油化工產(chǎn)品灰分的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)有《塑料灰分通用測(cè)定方法GB9345》、《石油產(chǎn)品灰分測(cè)定法GB508》和《有機(jī)化工產(chǎn)品灰分的測(cè)定GB/T7531》等，其中塑料灰分的分析過程，由于分子量高，燃燒不完全，產(chǎn)生的煙較大，對(duì)化驗(yàn)分析產(chǎn)生諸多危害。因此，本文結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，重點(diǎn)對(duì)塑料灰分的分析過程中煙的危害進(jìn)行探討。

1 試驗(yàn)部分

1.1 《 塑料灰分通用測(cè)定方法GB9345》測(cè)定原理的基本方法[1]

常用的基本方法有3種。第一種是直接煅燒法，即燃燒有機(jī)物并在高溫下（750℃±50℃）處理其殘留物直至恒重；第二種是燃燒后用硫酸處理法，即燃燒有機(jī)物，用濃硫酸使無幾殘留物轉(zhuǎn)變成硫酸鹽，再在高溫下處理該殘留物直至恒重；第三種是燃燒前用硫酸處理法，即把有機(jī)物與濃硫酸一起加熱至冒煙，接著有機(jī)物燃燒，最后在高溫下處理殘留物直至恒重。

1.2 儀器

1）坩堝：與試驗(yàn)物不起作用的陶瓷坩堝；

2）電爐；

3）馬福爐：能適合控制750℃±50℃范圍內(nèi)；

4）分析天平：準(zhǔn)確到0.1mg；

5）干燥器：盛有與灰分不起作用的有效干燥劑；

6）稱量瓶。

1.3 操作步驟

1）把坩堝放在馬福爐內(nèi)，在試驗(yàn)條件下加熱到恒重，放入干燥器內(nèi)至少1小時(shí)，使其冷卻至室溫，并在分析天平上稱重，正確至0.1mg；

2）將試樣放入已知質(zhì)量的稱量瓶中，稱重，準(zhǔn)確至0.1mg；

3）把試樣放入坩堝中，不能超過坩堝高度的一半，然后直接在電爐上加熱，使其緩慢地燃燒。燃燒不可太劇烈，以免灰分顆粒損失。冷卻后再加入其余的試樣，重復(fù)上述操作直到全部試樣燒完；

4）把坩堝放入已預(yù)熱至規(guī)定溫度的馬福爐內(nèi)，煅燒半小時(shí)；

5）把坩堝放入干燥器內(nèi)1小時(shí)，使其冷卻至室溫，并在分析天平上稱重，準(zhǔn)確至0.1mg；

6）在相同的條件下，每次再煅燒半小時(shí)，直至恒重，即相繼二次稱重結(jié)果之差不大于0.5mg。

1.4 結(jié)果計(jì)算

灰分以質(zhì)量百分?jǐn)?shù)表示

式中：m0為試樣質(zhì)量，g；

m1為所得灰分質(zhì)量，g。

2 討論部分

由以上試驗(yàn)部分得知，在進(jìn)行塑料灰分分析過程中，需要使用電爐進(jìn)行加熱灼燒塑料樣品，必然會(huì)產(chǎn)生煙，而煙本身具有一定的形態(tài)等理化特性，如果控制不好將對(duì)分析質(zhì)量、人員健康、設(shè)備設(shè)施安全產(chǎn)生不良影響。

2.1 煙的形態(tài)

所謂煙是指可燃物在燃燒時(shí)含有的瓦斯液體微粒子及固體粒子等物質(zhì)，當(dāng)他們懸浮擴(kuò)散在空氣中時(shí)便形成煙。煙粒子在表面及內(nèi)部吸附多種有毒氣體和容易發(fā)生反應(yīng)的熱分解生成物。煙的液狀粒子由于表面張力，形成略呈球狀的液狀物，此時(shí)主要成分為水或油類為主的粒子構(gòu)成，使能溶在內(nèi)部及附在表面的毒氣量較有限。而固體粒子的形狀與液體粒子的形狀不同，固體粒子有時(shí)為多孔質(zhì)狀，這樣的煙粒比實(shí)心粒子能吸附較多的各種氣體。因此，在灰分分析灼燒時(shí)，可燃物試樣的種類、燃燒時(shí)的溫度、環(huán)境的氧氣量等因素，直接影響著煙的毒性高低，濃度大小。

一般塑料材料在燃燒時(shí)產(chǎn)生的煙粒子，能吸附約有20%的揮發(fā)物，當(dāng)有火焰而氧氣不足時(shí)黑煙就多，這種粒子與白煙的形狀、大小有顯著不同，其直徑通常在0.1至數(shù)十微米之間，不定形粒子中常有多數(shù)球形粒子凝集成為一團(tuán)，白煙粒子當(dāng)兩個(gè)以上的粒子碰撞時(shí)，很容易成為一個(gè)粒子而迅速沉降。

塑料煙均為不定形粒子組成。由熱分解及燃燒產(chǎn)生的煙，根據(jù)可燃物的材質(zhì)、量、燃燒溫度、氧氣濃度等條件不同，所產(chǎn)生的煙成分各異。

2.2 煙的流動(dòng)性

煙粒子的密度比空氣大，在空氣中由大粒子至小粒子依次沉降，粒子半徑在1μm以下的較能長(zhǎng)久懸浮在空氣中。煙粒子有布朗運(yùn)動(dòng)關(guān)系，煙粒子時(shí)?；ハ嗯鲎膊⒛蔀?μm以上粒子而開始下沉。粒徑0.01μm以下的，因擴(kuò)散快，當(dāng)遭遇障礙物時(shí)，易附著于表面不定形且多孔質(zhì)物體上。由此可見，煙的濃度常在變化之中。當(dāng)煙遇到障礙物，部分煙粒子被吸附，煙濃度降低。但吸附煙粒子的障礙物隨著吸附的煙粒子的增多，火災(zāi)危險(xiǎn)性也逐步增加。塑料灰分分析過程中由于使用通風(fēng)柜，加熱燃燒時(shí)含煙的空氣成為熱氣流帶煙移動(dòng)，當(dāng)遇到通風(fēng)柜壁、管壁等障礙物時(shí)，便沉積在其上。如果柜壁、管壁粗糟，產(chǎn)生的煙，特別是燃燒不充分的含碳煙粒子就會(huì)大量沉降聚積。由于強(qiáng)排式抽風(fēng)，煙粒子沉降的多少，受到排風(fēng)管道結(jié)構(gòu)的影響。當(dāng)抽風(fēng)時(shí)，在管道拐彎、過濾網(wǎng)、隔火閥、風(fēng)扇等處，由于碰裝和吸附，煙粒子大量沉降，成為火災(zāi)發(fā)生的潛在著火點(diǎn)。煙的流動(dòng)和沉降如圖1所示。

2.3 煙的化學(xué)性

燃燒時(shí)，煙的生成有兩種徑路，其一為熱分解生成物在氣相中未燃燒前被冷卻，凝集而被排出。另一路徑為熱分解生成物在火焰中生成游離碳。屬于前者的煙沸點(diǎn)高，由分子量大的液體粒子所形成，后者以煤煙為主成分的固體微粒子。

煙的化學(xué)成分依燃燒物的材質(zhì)、構(gòu)成成分、化學(xué)結(jié)構(gòu)、共存物的種類、燃燒物、氧氣量而異。雖屬單一材質(zhì)，但燃燒溫度的高低則產(chǎn)生不同產(chǎn)物，對(duì)生成物間的比例也有變化。煤煙的生成“乙炔學(xué)說”認(rèn)為：燃燒時(shí)產(chǎn)生乙炔，經(jīng)聚合，再脫氫，而成為煤煙?；鹧嬷械奶剂３Ｔ诨鹧鎯?nèi)被氧化而消失，但分解生成物中有過多的含碳物時(shí)部分未完全氧化而排出于火焰外成為煤煙。高分子可燃固體的燃燒能生成液體系及固體系煙，同時(shí)也伴隨著氣體的產(chǎn)生。液體系煙在無焰燃燒時(shí)發(fā)生，固體系煙則在有焰燃燒時(shí)發(fā)生。其燃燒過程如圖所示。它們?cè)谌紵龝r(shí)，首先受熱分解生成氣態(tài)和液態(tài)產(chǎn)物，然后氣態(tài)和液態(tài)產(chǎn)物的蒸汽再發(fā)生氧化燃燒。

圖1 高分子可燃固體的燃燒過程示意圖[2]

塑料屬于高分子可燃固體，在燃燒時(shí)依合成原料產(chǎn)生不同種類的毒氣，其本身又屬于高分子，故黑煙多。塑料在不同溫度下亦產(chǎn)生不同種類及不同比例的熱分解生成物。以酚樹脂為例，一氧化碳在300℃時(shí)產(chǎn)生3.5%，在800℃時(shí)增至16.2%，1200℃時(shí)達(dá)到24.6%。乙炔、乙烯等含量在溫度愈高的情況下有增加的趨勢(shì)。依乙炔學(xué)說，在高溫下，聚合再脫氫，以未完全燃燒的方式排出于火焰外，成為黑色煙的主要來源。塑料在燃燒時(shí)產(chǎn)生的煙含有不同種類的毒氣，如800℃時(shí)聚乙烯能釋放出一氧化碳、醛類；氯聚乙烯能釋放出一氧化碳、醛、氰化物、氨氣等，壓克力系則有氰化物、一氧化碳等釋放出。這些毒氣在火災(zāi)時(shí)對(duì)人體的健康和安全構(gòu)成威脅。因此，在發(fā)生火災(zāi)時(shí)，必須對(duì)火場(chǎng)的煙要正確判斷其流動(dòng)方向、量、成分等，以便采取恰當(dāng)措施進(jìn)行逃生。

2.4 塑料的發(fā)煙特性

火災(zāi)時(shí)產(chǎn)生何種煙則視發(fā)生燃燒材料的種類而定。其發(fā)煙特性可用單位重量的發(fā)煙量及對(duì)單位時(shí)間的發(fā)煙量表示。至于發(fā)煙量則受材質(zhì)的化學(xué)組成、形狀、燃燒溫度、氧氣濃度而異。

通常塑料材料在燃燒時(shí)分解比木質(zhì)材料快速，雖有著焰燃燒的現(xiàn)象，但可認(rèn)為發(fā)煙速度的增加歸納為氧化反應(yīng)不完全所致。

據(jù)文獻(xiàn)聚乙烯、聚丙烯在500℃，空氣量220mL/min，試樣100mg下其熱分解生成瓦斯（mg/g）種類及產(chǎn)生的量如下表：

由上表可見，塑料高分子材料在燃燒過程中會(huì)產(chǎn)生許多副產(chǎn)物，其中大部分為有毒有害物質(zhì)。塑料高分子材料如果燃燒不充分，會(huì)產(chǎn)生大量的煙，部分可燃?xì)怏w或蒸汽會(huì)與產(chǎn)生的煙粒結(jié)合，隨著氣流在合適的障礙物處聚積。

2.5 煙對(duì)人員的影響

火災(zāi)發(fā)生時(shí)環(huán)境周圍彌漫大量煙對(duì)受困人員而言，視線受阻無法判斷樓梯、標(biāo)志、出入口、逃生方向而在心理上產(chǎn)生恐懼感。當(dāng)嗆到含有毒氣體的煙，又有缺氧的環(huán)境下，受困時(shí)間延長(zhǎng)，引起生理上的不適，以致中毒昏倒、窒息等?；馂?zāi)通常在于心理上毫無準(zhǔn)備的情況下發(fā)生，尤其進(jìn)入不熟悉建筑物內(nèi)遭遇火災(zāi)時(shí)易產(chǎn)生恐慌失措。

在國(guó)內(nèi)發(fā)生的死傷較多案件中可發(fā)現(xiàn)避難人員在心理上有共同點(diǎn)，即避難時(shí)對(duì)火焰及煙有恐懼感而一直想向明亮方向移動(dòng)，并選擇空間較大的場(chǎng)所避難，在常出入的建筑物內(nèi)本能選擇常用的出入口逃生，當(dāng)發(fā)覺一時(shí)無法逃生時(shí)，試尋找狹小偏僻處藏匿，危急時(shí)或有出現(xiàn)跳樓的異常行為，導(dǎo)致不必要的傷亡。

2.6 煙對(duì)設(shè)備設(shè)施的影響

煙常常在設(shè)備設(shè)施中聚積，一方面腐蝕設(shè)備或影響設(shè)備的正常運(yùn)行；另外一方面，當(dāng)條件合適時(shí)，聚積的煙成為積炭，發(fā)生自燃或爆炸導(dǎo)致火災(zāi)或設(shè)備損壞事故，嚴(yán)重影響正常生產(chǎn)。

比如，積炭自燃通常發(fā)生在壓縮機(jī)生產(chǎn)系統(tǒng)中，它可以導(dǎo)致火災(zāi)爆炸事故，危險(xiǎn)性比較大，需要注意預(yù)防。空氣壓縮機(jī)（含其它物料的壓縮機(jī)）運(yùn)行時(shí)，氣缸內(nèi)溫度通?？蛇_(dá)150℃～160℃，缸體內(nèi)的潤(rùn)滑油蒸汽在此高溫下會(huì)熱裂解產(chǎn)生煙形成炭，隨同壓縮空氣流出，沉積在缸體、壓縮機(jī)各段冷卻盤管。緩沖器和氣體管道里，成為積炭。潤(rùn)滑油閃點(diǎn)越低，油蒸發(fā)量越大，隨氣流帶出的炭越多，因此，形成的積炭層越厚。積炭在一定溫度下，在含氧氣流（空氣）的作用下，會(huì)發(fā)生氧化反應(yīng)，溫度、壓力越高，積炭層就會(huì)越厚，氧化反應(yīng)速度就越快。當(dāng)反應(yīng)系統(tǒng)向環(huán)境散熱小于氧化反應(yīng)放出熱量時(shí)，積炭溫度會(huì)不斷上升，引起自燃。在上述過程中，還會(huì)產(chǎn)生可燃?xì)猓ㄈ缫谎趸迹?dāng)它們的濃度達(dá)到爆炸極限時(shí)，會(huì)發(fā)生燃燒和爆炸。

再比如，塑料灰分分析過程中會(huì)產(chǎn)生大量的煙，這些煙主要以煤煙的形式出現(xiàn)，在通風(fēng)管道內(nèi)長(zhǎng)期、緩慢不斷聚積，附著在管壁上，形成吸附有大量可燃?xì)怏w和蒸汽的積炭層，形成可燃物。在夏季，環(huán)境溫度較高，在做分析進(jìn)行加熱的過程中，樣品從加熱到自燃燃燒后，煙氣中的燃燒熱量迅速增加，使彎頭等處聚積較多的積炭受高熱達(dá)到自燃溫度后起火，火勢(shì)順著通風(fēng)道而上，引燃管壁上附著煙灰的積碳，并將樓頂部通風(fēng)管道的玻璃鋼材料彎頭和風(fēng)機(jī)軟連接處的帆布和風(fēng)機(jī)燒毀，損壞設(shè)備。

2.7 煙對(duì)分析質(zhì)量的影響

僅就塑料產(chǎn)品灰分分析過程而言，在分析過程中要嚴(yán)格控制電爐的加熱速度，使其緩慢地燃燒。如果燃燒速度控制不好，會(huì)使燃燒過于劇烈，大量的煙會(huì)帶走灰分顆粒，使灰分損失，影響分析結(jié)果的準(zhǔn)確。

2.8 煙對(duì)環(huán)境的影響

煙無論是在分析過程中還是在火災(zāi)等異常情況下，對(duì)環(huán)境空氣的質(zhì)量都有著或多或少的影響，輕者空氣質(zhì)量下降，重者空氣質(zhì)量局部或大面積污染，其區(qū)域中的生命安全受到威脅。

3 結(jié)論

通過對(duì)煙的性質(zhì)和危害探討，得知在塑料灰分分析過程中產(chǎn)生的煙會(huì)對(duì)人員安全健康、設(shè)施設(shè)備、分析質(zhì)量、環(huán)境有著不同程度的危害。因此，針對(duì)灰分分析必須采取以下措施，預(yù)防煙的危害。

1）組織職工學(xué)習(xí)灰分分析過程中煙的危害，提高自我保護(hù)意識(shí)；

2）對(duì)灰分分析項(xiàng)目使用的通風(fēng)設(shè)施單獨(dú)設(shè)置，材料宜為不燃的鐵質(zhì)材料，其風(fēng)道宜短，宜直排室外，防止管道過長(zhǎng)形成煙塵積炭，從源頭上杜絕可燃物的形成，防止火災(zāi)危害；

3）建立對(duì)加熱、燃燒用通風(fēng)櫥、通風(fēng)管道及風(fēng)機(jī)等設(shè)施的定期檢查制度，加強(qiáng)設(shè)備維護(hù)管理，定期清掃煙道積炭，從制度上保證管道徹底不存在積炭；

4）建立固定用火點(diǎn)的防火安全制度，要求在加熱、燃燒、用火作業(yè)期間崗位人員或監(jiān)護(hù)人員要堅(jiān)守崗位，嚴(yán)禁離崗、脫崗，確保各項(xiàng)防火安全措施到位；

5）灰分分析過程要嚴(yán)格控制火焰高度，控制好電爐的加熱速度，防止塑料產(chǎn)品燃燒過于劇烈?guī)ё呋曳诸w粒，造成分析誤差，影響分析質(zhì)量。

[1]周卓純，王金妹.塑料灰分通用測(cè)定方法GB9345.

[2]匡永春主編.石油化工安全技術(shù)[M].中國(guó)石化出版社.