消防安全技术实务第一篇消防基础知识第二章火灾

第一节 火灾的定义、分类与危害

一、火灾的定义

火灾是指在时间或空间上失去控制的燃烧。

二、火灾的分类

(一)按照燃烧对象的性质分类

A类火灾:固体物质火灾。

B类火灾:液体或可融化固体物质火灾。

C类火灾:气体火灾。

D类火灾:金属火灾。

E类火灾:带电火灾。

F类火灾:烹饪器具内烹饪物火灾。(例如动物油脂或植物油脂)

(二)按照火灾事故所造成的火灾损失程度分类

(1)特别重大火灾是指造成30人以上死亡,或者100人以上重伤,或者1亿元以上直接经济损失的火灾。

(2)重大火灾是指造成10人以上30人以下死亡,或者50人以上100人以下重伤,或者5000万元以上1亿元以下直接经济损失的火灾。

(3)较大火灾是指造成3人以上10人以下死亡,或者10人以上50人以下重伤,或者1000万元以上5000万元以下直接经济损失的火灾。

(4)一般火灾是指造成3人以下死亡,或者10人以下重伤,或者1000万元以下直接经济损失的火灾。

上述称的“以上”包括本数,“以下”不包括本数。

三、火灾的危害

(一)危害生命安全

(二)造成经济损失

(三)破坏文明成果

(四)影响社会稳定

(五)破坏生态环境

第二节 火灾发生的常见原因

一、电气使用不慎。占全年火灾总数的30%左右。

二、吸烟不慎。点燃的香烟及未熄灭的火柴杆温度可达800℃,能引燃许多可燃物质。

三、生活用火不慎。

四、生产作业不慎。

五、玩火。

六、放火。

七、雷击。

第三节 建筑火灾发展及蔓延的机理

一、建筑火灾蔓延的传热基础

热量传递的三种基本方式:热传导、热对流和热辐射。建筑火灾中,燃烧物质所放出的热能通常以上述三种方式来传播,并影响火势蔓延和扩大的。

二、建筑火灾烟气的流动过程

500℃以上的热烟所到之处,遇到的可燃物都有可能被引燃。烟气流动会受到建筑结构、开口和通风条件等的限制。建筑内墙门、窗,楼梯间,竖井管道,穿墙管线,闷顶以及外墙面开口等成为烟气蔓延的主要途径。

(一)烟气流动的路线及特点

建筑火灾发生时,烟气扩散蔓延主要呈水平流动和垂直流动。在建筑内部,烟气流动扩散一般有三条路线:1.着火房间→ 走廊→ 楼梯间→ 上部各楼层→ 室外。2.着火房间→ 室外。3.着火房间→ 相邻上层房间→ 室外。

1.着火房间内的烟气流动

火灾过程中,由于热浮力作用,燃烧产生的热烟气从火焰区直接上升到达楼板或者顶棚,然后会改变流动方向沿顶棚水平扩散。由于受冷空气参混以及楼板、顶棚等建筑围护结构的阻挡,水平扩散的烟气温度逐渐下降并向下流动。逐渐冷却的烟气和冷空气流向燃烧区,形成了室内的自然对流流动,火越烧越旺。

(1)烟气羽流。在一般的建筑房间内,内部物品多为固体。当可燃固体受到外界条件的影响发生阴燃,达到一定温度并且有合适的通风条件时,阴燃便转变为明火燃烧。明火出现后,可燃物迅速燃烧。燃烧中,火源上方的火焰及燃烧生成的流动烟气通常成为火羽流/在燃烧表面上方附近为火焰区,他又可以分为连续火焰区和间歇火焰区。而火焰区上方为燃烧产物即烟气的羽流区,起流动完全由浮力效应控制,一般称其为烟气羽流或浮力羽流。

(2)顶棚射流。当烟气羽流撞击到房间的顶棚后,沿顶棚水平运动,形成一个较薄的顶棚射流层。它是一种半无限的重力分层流,当烟气在水平顶棚下积累到一定厚度时,它便发生水平流动。由于它的作用,使安装在顶棚上的感烟探测器、感温探测器和洒水喷头产生响应,实现自动报警和喷水灭火。

(3)烟气层沉降。随着燃烧持续发展,新的烟气不断向上补充,室内烟气层的厚度逐渐增加。在这一阶段,上部烟气的温度逐渐升高、浓度逐渐增大,如果可燃物充足,且烟气不能充分地从上部排出,烟气层将会一直下降,直到浸没火源。由于烟气层的下降,使得室内的洁净空气减少,烟气中的未燃可燃成分逐渐增多,如果着火房间的门、窗等开口时敞开的,烟气或沿这些开口排出。根据烟气的生成速率,并结合着火房间的几何尺寸,可以估算出烟气层厚度随时间变化的状况。

发生火灾时,应设法通过打开排烟口等方式,将烟气曾限制在一定高度内。否则,着火房间烟气曾不断下降到房间开口位置,例如门、窗或其他缝隙时,烟气会通过这些开口蔓延扩散到建筑的其他地方。

2.走廊的烟气流动

随着火灾发发展,着火房间上部烟气层会逐渐增厚。如果着火房间设有外窗或专设的排烟口,烟气将从这些开口排至室外。若烟气的生成量很多,致使烟气来不及排出,烟气层厚度会继续增大。当烟气层厚度增大到超过挡烟垂壁的下端或房门的上缘时,烟气就会沿着水平方向蔓延扩散到走廊中去。着火房间内烟气向走廊的扩散流动是烟气流动的主要路线。

3.竖井中的烟气刘聪

走廊中的烟气除了向其他房间蔓延外,还要向楼梯间、电梯间、竖井、通风管道等部位扩散,并迅速向上层流动。

烟气在竖井流动过程中,当竖井内部温度比外部高时,响应内部压力也会比外部高。此时,如果竖井的上部和下部都有开口,气体会向上流动,且在一定高度形成压力中性平面。对于开口界面面积较大的建筑,相对于浮力所引起的压差而言,气体在竖井内流动的摩擦阻力可以忽略不计,由此可认为竖井内气体流动的驱动力仅为浮力。

(二)烟气流动的驱动力

火灾中,可燃物燃烧过程中释放热量会使气体膨胀。同时,由于密度降低,产生的高温烟气具有浮力。热膨胀作用、浮力作用是烟气流动的驱动力。受浮力作用驱动的主要有烟囱效应、火风压和外界风等。

1.烟囱效应

当建筑物内外的温度不同时,室内外空气的密度随之出现差别,这将引发浮力驱动的流动。如果室内控制温度高于室外,则室内空气将发生向上运动,建筑物越高,这种流动越强。竖井是发生这种现象的主要场合,在竖井中,由于浮力作用产生的气体运动十分显著,通常称之为烟囱效应。在火灾过程中,烟囱效应是造成烟气竖向流动的主要因素。

2.火风压

火风压是指建筑内发生火灾时,在起火房间内,由于温度上升,气体迅速膨胀,对楼板和四壁形成的压力。火风压的影响主要在起火房间,如果火风压大于进风口的压力,则大量的烟火将通过外墙窗口,由室外向上蔓延;若火风压小于或等于进风口的压力,则烟火全部从内部蔓延,当它进入楼梯间、电梯井、管道井、电缆井等竖向孔道以后,会大大强化烟囱效应。

3.外界风

风的存在可在建筑物的周围产生压力分布,而这种压力分布能够影响建筑物内的烟气流动。建筑外部的压力分布收到多种因素的影响,其中包括风的速度和方向、建筑物的高度和几何形状等。风的影响往往可以超过其他驱动烟气运动的力。一般来说,风朝着建筑物吹过来会在建筑物的迎风侧产生较高滞止压力,这可增强建筑物内的烟气向下方方向的流动性。

三、建筑室内火灾发展的阶段

在不受干预的情况下,室内火灾发展过程大致可分为初期增长阶段(也称轰然前阶段)、充分发展阶段(也称轰然后阶段)和衰减阶段。

建筑室内火灾温度-时间曲线
建筑室内火灾温度-时间曲线

(一)初期增长阶段

初期增长阶段是从室内出现明火算起。地阶段燃烧面积较小,只局限于着火点附近的可燃物燃烧,仅局部温度较高,室内各处的温度相差较大,平均温度降低,其燃烧状况与敞开环境中的燃烧状况差别不大。该阶段由于燃烧范围小,室内供氧相对充足,燃烧的速率主要受控于可燃物的燃烧特性,而与通风条件无关,因此。此阶段的火灾属于燃料控制型火灾。随着燃烧的持续,该阶段可能进一步发展形成更大规模的火灾,也可能中途燃烧自行熄灭,或因灭火设施动作或人为的干预而被熄灭。初期阶段持续的时间长短不定。

(二)充分发展阶段

室内燃烧持续一定时间后,如果燃料充足、通风良好,燃烧会继续发展,燃烧范围不断扩大,室内温度不断上升,当未燃的可燃物表面达到其热解温度后,开始释放出可燃气体。当室内温度继续上升在一定程度时,会出现燃烧面积和燃烧速率瞬间迅速增大,室内温度突增的的现象,即轰然,标志着火灾由初期增长阶段转变为充分发展阶段。

进入充分发展阶段后,室内所有可燃物表面开始燃烧,室内温度急剧上升,可高达800~1000°C。由于此阶段大量可燃物同时燃烧,燃烧的速率受控于通风口的大小和通风的速率,因此,此阶段属于通风控制型火灾。此阶段,火焰会从房间的门、窗等开口处向外喷出,沿走廊、吊顶迅速向水平方向以及通过竖向管井、共享空间等纵向空间蔓延扩散,使邻近区域受到火势的威胁。这是室内火灾最危险的阶段。

(三)衰减阶段

在火灾全面发展阶段的后期,随着室内可燃物数量的减少,燃烧速度减慢,燃烧强度减弱,温度逐渐下降,一般认为室内平均温度降到其峰值的80%时,火灾进入衰减阶段。

四、建筑室内火灾的特殊现象

(一)轰然

轰然是指室内火灾由局部燃烧向所有可燃物表面都燃烧的突然转变。室内轰然是一种瞬态过程,其中包含着室内温度、燃烧范围、气体浓度等参数的剧烈变化。以下三种情况,即可判断发生了轰然:一是顶棚附近的气体温度超过某一特定值(约600°C);二是地面的辐射热通量超过某一特定值(约20kW/m²);三是火焰从通风开口喷出。影响轰然发生的重要因素包括室内可燃物的数量,燃烧特性与布局,房间的大小与形状,房间开口的大小、位置与形状,室内装修装饰材料热惯性等。

轰然发生之前火场可能出现以下征兆:

(1)屋顶的热烟气层开始出现火焰。这说明室内的温度已经很高,热烟气层的部分可燃气体被引燃或受热自燃出现了零星燃烧现象。

(2)出现滚燃现象。在室内的顶棚位置以及门、窗顶部流出的热烟气层中都有可能观察到由于空气卷吸而形成很多形似手指头的滚动火焰,即滚燃现象。

(3)热烟气层突然下降。室内燃烧产生烟气的量突然增加,使得烟气层突然变厚。

(4)温度突然增加。室内温度突然上升,裸露部分的皮肤可以感觉到高温引起的疼痛,这也是轰然发生之前的重要征兆,因为热量是触发轰然的原因。

(二)回燃

回燃是指当室内通风不良、燃烧处于缺氧状态时,由于氧气的引入导致热烟气发生的爆炸性或快速的燃烧现象。回燃通常发生在通风不良的室内火灾门、窗打开或者被破坏的时候。回燃产生的高温高压和喷出火球不仅会对人身安全产生极大威胁,而且会对建筑结构本身造成较强破坏。

回燃发生的征兆:在室外观察到的包括:着火房间开门较少,通风不良。蓄积大量烟气;着火房间的门或窗户上有油状沉积物;门、窗机其把手温度高;开口处流出脉动式热烟气;有烟气被倒吸入室内的现象。室内可观察到:室内热烟气层中出现蓝色火焰(标兵燃烧缺氧,燃烧产物中含有较多一氧化碳,其燃烧呈蓝色);听到吸气声或呼啸声。但回燃发生前的征兆并不稳定,有时回燃发生前只能观察到以两种征兆。

室内火灾的灭火救援过程中,如果发生上述任何征兆,在未做好充分的灭火和防护准备前,不要轻易打开门、窗,以免新鲜空气流入导致回燃的发生。可以采取顶部通风排烟、侧翼夹击射水灭火等方式,尽量降低回燃的发生率和危害性。

第四节 防火和灭火的基本原理与方法

一、防火的基本方法

(一)控制可燃物

以难燃、不燃材料代替可燃材料;降低可燃物质(通常指可燃气体、粉尘等)在空气中的浓度;在车间或库房采取全面通风或局部排风,使可燃物不易积聚;将可燃物与化学性质相抵触的其他物品隔离保存,并防止“跑、冒、滴、漏”等。

(二)隔绝助燃物

如,钠存于煤油中、磷存于水中、二硫化碳用水封存等。在有的生产施工环节,可通过在设备容器中充装惰性介质保护的方式来隔绝助燃物,如,水入电石式乙炔发生器在加料后,用惰性介质氮气吹扫,燃料容器在检修焊补(动火)前,用惰性介质置换等。

(三)控制引火源

在生产过程中,各类必要的热能源即可能成为导致火灾发生的引火源,故需采取合理的技术手段和管理措施加以控制,既要保证安全生产的需要,又要设法避免引起火灾爆炸。对于几类常见引火源,通常的做法有禁止明火、控制温度、使用无火花和经典消除设备、接地避雷、设置火星熄灭装置等。

二、灭火的基本原理与方法

(一)冷却灭火

在一定条件下,将可燃物的温度降到着火点一下,燃烧就会停止。可燃固体冷却在燃点以下;可燃液体冷却在闪点以下。用水扑救一般固体火灾主要是通过冷却作用来实现的。水喷雾灭火系统的水雾,其水滴直径细小,比表面积大,和空气接触范围大,极易吸收热气流的热量,也能很快地降低温度,效果更明显。

(二)隔离灭火

将可燃物与氧气、火焰隔离,就可终止燃烧、扑灭火灾。

(三)窒息灭火

一般氧浓度低于15%时,就不能维持燃烧。

(四)化学抑制灭火

由于有焰燃烧是通过链式反应进行的,如果能有效地抑制自由基的产生或降低火焰中的自由基浓度,即可使燃烧终止。化学抑制灭火的常见灭火剂有干粉灭火剂和七氟丙烷灭火剂。

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