《消防工程導論》消防工程學科的發(fā)展與概況

第1章消防工程學科的發(fā)展與概況1.1消防工程簡介1.2消防工程發(fā)展史1.3消防工程學科概況1.1消防工程簡介消防工程的內(nèi)容包括消防工程產(chǎn)品研發(fā)、生產(chǎn)、銷售等；消防工程設(shè)計、安裝、檢測、維護；消防工程咨詢、評估、審核、管理、監(jiān)督以及消防工程科研、教育、文化傳播等。消防工程行業(yè)所涉及的對象既有高樓大廈、也有跨海隧道；既有平常百姓生活、也有大型社會活動；既有建筑火災，也有森林火災、礦井火災等。消防工程是一個新興的交叉學科，這個學科主要是圍繞著探索火災規(guī)律、研發(fā)火災預防與控制理論和技術(shù)，降低火災導致的人員傷亡與財產(chǎn)損失的。它不僅涉及數(shù)學、物理學、化學、建筑、電子、信息學等多種自然科學學科，還涉及法學、管理學、經(jīng)濟學、教育學等眾多社會人文科學學科。1.2消防工程發(fā)展史改革開放40年來，我國消防法治建設(shè)取得了顯著的成績，具有里程碑意義的是，《中華人民共和國消防法》于1998年頒布實施，而后又于2009年進行了修訂，其為21世紀消防工作的發(fā)展奠定了強有力法律基礎(chǔ)。我國還制定了多部消防規(guī)章和消防工程國家標準與規(guī)范。這些都為消防工作提供了強有力的支撐。2012年，我國社會消防專業(yè)技術(shù)職業(yè)資格的注冊消防工程師制度正式建立，進一步健全了消防體系。2018年，國家機構(gòu)進行了改革，消防部隊轉(zhuǎn)制劃歸應(yīng)急管理部，將發(fā)揮應(yīng)急救援主力軍的作用。1.3消防工程學科概況消防工程是一門研究火災發(fā)生與發(fā)展規(guī)律及火災預防與撲救理論和技術(shù)的新興的綜合性、交叉性學科。1.3消防工程學科概況消防工程學科具有以下特點。1）立足防火滅火，保障生命安全和財產(chǎn)安全。2）多學科交叉、融合。3）具有工程屬性的特點。4）具有新型學科的特點。1.3消防工程學科概況消防工程的知識體系總體來說，各院校的課程體系基本可以分為專業(yè)基礎(chǔ)模塊、專業(yè)核心模塊、專業(yè)拓展模塊三個部分。部分以下結(jié)合中南大學消防工程專業(yè)的培養(yǎng)方案，在分模塊分方向設(shè)置課程體系的基礎(chǔ)上，通過綜合協(xié)調(diào)，利用系統(tǒng)學的方法對消防工程學科知識及課程體系以及內(nèi)在邏輯關(guān)系進行分析與介紹。1.3消防工程學科概況消防工程的知識體系1.消防工程專業(yè)知識模塊構(gòu)成1.3消防工程學科概況消防工程的知識體系2.火災科學基礎(chǔ)模塊課程1.3消防工程學科概況消防工程的知識體系3.消防工程技術(shù)模塊課程1.3消防工程學科概況消防工程的知識體系4.消防知識拓展模塊課程1.3消防工程學科概況消防工程的知識體系5.工程設(shè)計基礎(chǔ)模塊課程與安全知識基礎(chǔ)模塊課程1.3消防工程學科概況消防工程專業(yè)本科課程體系及其內(nèi)在關(guān)系的鏈式結(jié)構(gòu)1.3消防工程學科概況消防工程人才需求分析消防工程專業(yè)的畢業(yè)生就業(yè)主要在消防監(jiān)管部門，消防技術(shù)與工程研究和開發(fā)部門，消防檢測機構(gòu)，各級建筑設(shè)計院，地方消防行政管理部門，消防工程施工和建設(shè)部門，各企業(yè)單位消防事務(wù)管理部門，各種大型企業(yè)、機場、港口、重要物資的大型倉庫等專職消防隊，各類消防產(chǎn)品的生產(chǎn)企業(yè)。為了在全國范圍內(nèi)也形成自上而下，由縱到橫的消防安全網(wǎng)絡(luò)，還需要大量的消防工程、管理、與技術(shù)人才，這也要求消防專業(yè)人員的培養(yǎng)模式必須逐步走向系統(tǒng)化、專業(yè)化、現(xiàn)代化?？傮w來說，我國的消防事業(yè)雖尚未成熟，隨著國家與社會對消防人才重視，消防就業(yè)前景十分廣闊的。第2章火災科學基礎(chǔ)2.1傳熱學基礎(chǔ)2.2燃燒學基礎(chǔ)2.3燃燒產(chǎn)物及危害2.4防滅火基礎(chǔ)2.1傳熱學基礎(chǔ)熱量傳遞是自然界中普遍存在的一種傳遞過程，是由于溫度差而使得熱量從高溫區(qū)向低溫區(qū)轉(zhuǎn)移的過程?；馂氖且环N失去控制的燃燒，具有強烈的傳熱傳質(zhì)與化學反應(yīng)，在火災的不同階段，傳熱的主要模式也有所區(qū)別。熱量傳遞有三種基本方式，分別為熱傳導、熱對流和熱輻射。1、熱傳導依靠物質(zhì)內(nèi)部粒子的微觀運動來傳遞熱量。2、熱對流只能在流體中存在，其依靠流體微團的宏觀運動來傳遞熱量。3、熱輻射是通過電磁波傳遞熱量，因此不需要物質(zhì)做媒介。2.1.1熱傳導熱傳導用傅里葉定律來描述。其數(shù)學表達式如下：

式中，T—溫度（K）；

2.1.2熱對流

2.1.3熱輻射實際物體輻射熱流量的計算可以采用斯忒藩-玻爾茲曼定律的經(jīng)驗修訂公式，即：

2.2燃燒學基礎(chǔ)1.燃燒的本質(zhì)燃燒是燃料和氧化劑兩種組份在空間發(fā)生激烈的放熱化學反應(yīng)的過程，通常伴有火焰、發(fā)光和（或）發(fā)煙的現(xiàn)象。2.燃燒的條件發(fā)生燃燒所需要的必要條件有三個，即：可燃物、助燃物（氧化劑）和點火源。值得注意的是除了以上條件外，可燃物和助燃物都需要達到一定的濃度，而引起可燃物燃燒的點火能量不管以何種形式出現(xiàn)，都必須達到一定的強度，同時三者還要相互作用。2.3燃燒產(chǎn)物及其危害1.火災煙氣煙氣是火災中對人構(gòu)成嚴重威脅的一種主要的燃燒產(chǎn)物，統(tǒng)計資料表明，發(fā)生火災時，大約有70%的人是由于吸入煙塵和有毒氣體昏迷后致死的，而并不是被火直接燒死的?；馂闹械臒煔獾亩竞π?、減光性等會對人員的逃生造成影響。1）毒害性火災煙氣能使受災人員或撲救人員直接中毒死亡，或因缺氧或一氧化碳中毒暈倒后而被火燒死。2）減光性煙粒子對可見光具有遮蔽作用，將導致所蔓延的區(qū)域可見光大大減弱，能見度也隨之降低，這就是煙氣的減光性。2.3燃燒產(chǎn)物及其危害2.燃燒生成的熱量燃燒是一種放熱的反應(yīng)?；饒鲋?，燃燒區(qū)的溫度隨著燃燒反應(yīng)進行而急劇升高，一般室內(nèi)火災的溫度就可達到900℃左右，高層建筑或地下建筑中的火災最高溫度還可能達到1300℃左右?；馂臏囟葘θ说挠绊懭缦卤硭?。2.3燃燒產(chǎn)物及其危害3.燃燒生成的氣體可燃物燃燒產(chǎn)物主要有水、二氧化碳、一氧化碳、二氧化硫、二氧化氮、氰化氫、氯化氫、丙烯醛等。燃燒生成的氣體對人的影響如下表所示。氣體對人的影響一氧化碳與血液中的血紅蛋白結(jié)合形成一氧化碳血紅蛋白，當血液中50%的血紅蛋白被結(jié)合，會導致腦和中樞神經(jīng)嚴重缺氧直至死亡二氧化氮二氧化氮和其他的氮化物能引起肺部的強烈的刺激，引起立刻的死亡和人體功能性損傷二氧化硫等能強烈的刺激呼吸道氯化氫能強烈的刺激呼吸道氰化氫一種迅速致死、窒息性的毒物氨氣對人的口鼻有強烈的刺激作用2.4防滅火基礎(chǔ)“預防為主,防消結(jié)合”是我國消防安全工作的方針。防火即是在未火災未發(fā)生時，防止火災條件的形成，而滅火則是在火災發(fā)生之后，破壞消除火災形成的條件，達到滅火的目的。防火是消防工作的基礎(chǔ),在消防工作中處于首要地位，需要通過制定和貫徹落實各項防火法律法規(guī)、技術(shù)標準和組織措施得以實現(xiàn)，進而切實有效地防止火災發(fā)生。在做好防火工作的同時，還要積極做好各項滅火準備工作，以便在發(fā)生火災時能及時有效地進行撲救，最大限度地減少火災損失與人員傷亡。2.4.1基本術(shù)語1.火災在時間或間上失去控制的燃燒所造成的災害。2.著火燃燒反應(yīng)重要的外部標志，是指在可燃物與空氣共存的條件下，達到某一溫度后，與點火源接觸即能立刻發(fā)生燃燒，且點火源離開后仍能保持燃燒的現(xiàn)象。3.熱自燃在可燃混合物著火過程中，通過熱量不斷積累而自動升溫，最終從緩慢反應(yīng)態(tài)過渡到劇烈的反應(yīng)狀態(tài)的現(xiàn)象。4.閃燃易燃或可燃液體揮發(fā)出的蒸氣與空氣混合后，達到一定濃度時，遇引火源而產(chǎn)生的一閃即滅的現(xiàn)象。2.4.2火災的分類及危險類別劃分按照國家標準《火災分類》GB/T4968-2008的規(guī)定?；馂目梢苑譃榱?，如下表所示。2.4.2火災的分類及危險類別劃分根據(jù)可燃物的特點，劃分為不同級別火險物質(zhì)。一般劃分如下：1）對于氣體可燃物，將爆炸下限＜10%的氣體歸為甲類火險物質(zhì)，爆炸下限≥10%的氣體歸為乙類火險物質(zhì)。2）對于液體可燃物，通常將閃點＜28℃的液體歸為甲類火險物質(zhì)，將28℃≤閃點＜60℃的液體歸為乙類火險物質(zhì)，將閃點60℃以上的液體歸為丙類火險物質(zhì)。3）對于固體可燃物，燃燒物質(zhì)可分為易燃固體和可燃固體，燃點≤300℃的固體稱為易燃固體。燃點>300℃的固體稱為可燃固體，屬于丙類火險物質(zhì)；但燃點在300℃以下的天然纖維（如棉、麻紙張、谷草等）列屬丙類易燃固體。2.4.3常用的防火方法防火原理及可采取的防火措施是針對著火條件而建立的，根據(jù)《燃燒學》中提到的燃燒三要素理論，可以提出以下常用的防火措施。4）設(shè)置防火間距2）隔絕空氣3）消除點火源1）控制可燃物2.4.4基本的滅火方法著火四面體理論，即燃燒不可或缺四個條件，分別是可燃物、助燃物、點火源和自由基。根據(jù)著火四面體理論，可以提出以下四種常用的滅火方法：隔離法、冷卻法、窒息法和抑制法。4）抑制法：減少游離基2）冷卻法：降低燃燒溫度3）窒息法：降低空氣氧含量1）隔離法：隔離可燃物第3章火災探測基礎(chǔ)3.1火災探測基本原理3.2常用的火災探測方法3.3火災探測器的選用原則3.4智慧消防3.1火災探測基本原理火災本質(zhì)上是一種燃燒現(xiàn)象，而燃燒過程常常伴隨有向外界發(fā)光、發(fā)熱、發(fā)煙、產(chǎn)生火焰等現(xiàn)象?；馂奶綔y的理論基礎(chǔ)就是在此基礎(chǔ)上建立的，日常生活中常用的火災探測器的基本原理就是將火災過程產(chǎn)生的多種物理化學信號（如煙霧、溫度、光、氣體和輻射）等轉(zhuǎn)換成電信號，進而向火災報警控制器發(fā)出報警信號，從而達到火災報警的目的。3.2常用的火災探測方法常見的火災探測方法下圖所示，這些方法主要是根據(jù)可燃物在燃燒過程中發(fā)生物質(zhì)轉(zhuǎn)換和能量轉(zhuǎn)化所產(chǎn)生的不同的火災信號而設(shè)計的。3.2常用的火災探測方法1.火焰（光）探測法火焰(光)探測法是針對可燃物在燃燒過程中產(chǎn)生的紫外光輻射或紅外光輻射等，通過相應(yīng)的紫外光敏元件或紅外光敏元件來響應(yīng)火焰的光照強度、光譜特性和火焰的閃爍頻率等，用以確認火災信號和及時報警。目前較為常用的火焰(光)探測器有紫外感光探測器和紅外感光探測器兩種?；鹧?光)探測器具有響應(yīng)速度快、誤報漏報率低、性能穩(wěn)定、不受環(huán)境氣流的影響、探測方位準確等優(yōu)點，適合應(yīng)用于可能瞬間產(chǎn)生爆炸場所的早期火災報警。3.2常用的火災探測方法2.熱（溫度）探測法熱（溫度）探測法是針對可燃物在燃燒過程中時會釋放出熱量而引起周圍環(huán)境溫度的變化，通過相應(yīng)的熱敏元件(如熱電偶、熱電阻、雙金屬片、膜盒等)來響應(yīng)警戒范圍中某一位置或某一線路監(jiān)測范圍內(nèi)溫度變化值超出設(shè)定閾值，從而確認火災信號和及時報警。根據(jù)監(jiān)測溫度參數(shù)方式的不同，感溫式火災探測器可分為三種。1）定溫式感溫火災探測器：在規(guī)定的探測時間內(nèi)，火災所引起的溫升超過某個設(shè)定的閾值時動作發(fā)出報警信號。2）差溫式感溫火災探測器：在規(guī)定的探測時間內(nèi)，火災所引起的溫升速率超過某個設(shè)定閾值時動作發(fā)出報警信號。3）差定溫式感溫火災探測器：結(jié)合了以上兩種類型探測器的工作原理，將差溫式和定溫式火災探測器結(jié)構(gòu)進行組合復合使用。3.2常用的火災探測方法3.可燃氣體探測法可燃氣體探測法主要針對可燃物在燃燒過程中產(chǎn)生的煙氣或易燃易爆場所泄漏的易燃氣體，通過各種氣敏器件或利用電化學元件進行探測，探測監(jiān)測場所內(nèi)的火災與爆炸信號。4.光電感煙探測法光電感煙探測法是針對火災煙氣對光線的吸收和散射作用，在通氣暗箱中利用發(fā)光元件發(fā)射特定波長的探測光線，抽吸火災煙氣進入探測暗箱后，火災煙氣粒子會對發(fā)光元件發(fā)射的探測光線吸收和散射，從而改變探測光線的光強。3.3火災探測器的選用原則火災探測器的選擇在實際應(yīng)用中通常有以下6項原則。1）火災初期伴隨有陰燃階段，產(chǎn)生大量的煙、少量的熱和很少或沒有火焰輻射，應(yīng)選擇感煙式火災探測器。2）火災發(fā)展迅速，伴隨有強烈的火焰輻射、少量的煙和少量的熱時，應(yīng)選擇火焰探測器。3）火災形成階段，火焰范圍或發(fā)煙量迅速增長，產(chǎn)生較大的熱量，或同時產(chǎn)生大量的火災煙氣和火焰輻射，此時應(yīng)選擇感溫、感煙、火焰探測器或其組合使用。4）火災探測報警與滅火設(shè)備有指定的聯(lián)動要求時，須把可靠性作為選擇火災探測器的首要條件，火災探測器應(yīng)在獲得雙報警信號，或再加上延時報警判斷后，產(chǎn)生延時報警信號，盡可能減小誤報發(fā)生的概率。3.3火災探測器的選用原則5）在散發(fā)可燃氣體、易燃液體蒸氣的場所或需要實時監(jiān)測氣體泄漏的場所，應(yīng)選擇可燃氣體探測器以實現(xiàn)早期的火災報警。6）