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理解轰燃:关于轰燃的迷思与误解「上」

发布:www.chinajyzb.com.cn | 日期:2018-08-10 | 浏览次数:    字号:
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前言

轰燃可能是建筑火灾中,最典型的极端火灾特性。我的朋友和来自瑞典的朋友经常观察到的,它算不上真正的极端火灾特性,而是正常火灾特性。

“极端”这个术语是我们在感知背景下构建的,它定义了我们控制它的能力有限,以及它对消防员安全的潜在影响。

然而,轰燃的发生不是偶然随机的,它是一个室内火灾发展过程的一部分。

误解

很长一段时间,我在各种培训材料中,搜集有关极端火灾特性的相关报道和评论。虽然找到不少关于轰燃现象的准确信息,但也常常见到关于轰燃的误解和错误信息。

当空气中的气体被点燃时,家中有可能发生轰燃。

·当爆炸或轰燃发生时,内攻消防员很可能会被困在内。

·当温度上升至500-600摄氏度时,轰燃发生,热量足以点燃空气中的任何气体,甚至可能出现爆炸。

·如果火场有可燃气体或者甚至是灰尘,然后突然蒸气云被点燃,这就是我们所谓的轰燃。

·当整个房间突然燃烧时,轰燃就发生了。

前面的每一个陈述,都是经验丰富的消防员做出的。

不能识别和降低风险,将有可能导致灭火过程中引发轰燃,这将对消防员造成重大威胁。

因此,认识和降低风险的核心是:了解什么是轰燃,以及它发生的必要条件。

什么是轰燃?

轰燃是火灾发展过程中,上升阶段突然过渡到全面燃烧阶段的转折点。这种现象是指室内所有可燃物的表面迅速燃烧。

如果发生轰燃,室内的热释放速率和温度都迅速上升。轰燃有可能发生在室内火灾或者在通风控制型火灾中,新空气进入火场。

轰燃的特征包括1520kW/m2的辐射热通量(辐射热传递足以使普通可燃物迅速升高至其着火温度)和烟气层平均温度500-600  (Drysdale, 1998)

其他特征,包括火焰传播速度加快以及火焰突破房间窗户等(Gorbett & Hopkins (2007)

1 轰燃(照片由William Cobb,

Cornelius 提供- Lemley 消防队)

轰燃和室内火灾发展

描述轰燃的定义和方法有非常多,其中最重要的一点是,它是火灾向全面发展阶段的快速转变。

室外可燃物(如沙发或软垫椅)的燃烧,主要经过四个阶段:

初起阶段,只有一小部分参与了燃烧,随着燃烧进入发展阶段,更多的燃料参与了燃烧,燃烧速度加快。最后,所有可燃物着火,火灾进入了全面燃烧阶段。

随着可燃物耗尽,火灾进入下降阶段。

通观整个过程,火灾发展是由燃料控制的,火灾发展速度和能量释放取决于燃料特性和结构。由于燃烧在室外发生,在每个燃烧阶段,供氧都是充足的。

燃烧热是一定量的可燃物充分燃烧时释放的能量。可燃物燃烧时释放的总能量取决于燃烧的热量和可燃物的量(质量)。燃烧热的单位是焦耳(J)。然而,这只是其中一部分。

热释放速率(HRR)是单位时间内可燃物燃耗所释放的能量,单位是瓦特(W)。1瓦特等于1焦耳(单位能量)每秒(单位时间)。美国消防局习惯上使用英国热量单位(BTU)作为能量单位。

用这个单位,HRR可以表达成Btu/s.。但是,以上这些与轰燃有什么关系呢?

结果表明,热释放速率与轰燃有关。

当火灾不受限制时,可燃物燃烧产生的大量热量通过热辐射和热对流而流失。当火灾发生在室内会,情况又是怎样呢?

室内火灾发展会受到房间情况的影响,室内的其他材料,例如墙壁、天花板和地板吸收了火灾释放的一些能量。另外一些能量是没有被吸收的,而是辐射给了可燃物,继续维持和加速了燃烧过程。

热烟气和空气在火源的加热下,不断上升,接触到冷的天花板和墙壁后,热量传递给这些较冷的材料,提高它们的温度。这个热量传递过程,提高了整个房间的温度。

随着周围可燃物被加热,他们开始热分解。最终,热解速率达到可以维持燃烧的点,火势开始向其他可燃物蔓延。

然而,室内与室内外火灾,最显著的区别是室内的通风情况。通风口的大小、位置和开口形状,既影响燃烧所需的氧气,又影响室内热解气体和火灾产生的烟气是保留在室内,还是流出。

课本中对“火灾发展阶段”的描述各不相同,但火灾发展过程中的现象是一样的。我们把室内火灾发展过程分为四个阶段:初起阶段,发展阶段,猛烈阶段和下降阶段(见图2)。

虽然,我们将火灾发展划分为四个阶段,但实际过程是连续的,从一个阶段到另一个阶段。虽然在实验室中可以清楚地定义这些转变,但在实际火场中,往往很难判断哪个阶段何时结束,哪个阶段开始进行。

火灾发展过程

如果火灾能量释放的速度比从房间流失的速度更快,那么温度将升高;一旦释放了足够的能量,就会发生轰燃,火灾将从增长阶段迅速发展到猛烈阶段(见图2)。

这种情况发生时,火灾将蔓延到房间内所有可燃物表面,火焰将突破房间所有窗口。

我们以浴缸作类比(见图3),这可以很好地解释通风和轰燃在燃料控制型火场中的关系。

把轰燃和一个带排水口的充水浴缸相比,把水当做热能,水量当做可燃物(火灾荷载)的总热量。水龙头的大小和水压控制水流量,即热释放速率。

浴缸的容积类似于房间的体积及其容纳热量的能力。浴缸排水的大小和位置控制失水率,模拟了通过通风口和气体传导出去的热量损失。在这个类比中,如果浴缸充满和溢出,就会发生轰燃。(Kennedy & Kennedy, 2003, p. 7)

3 浴缸类比

原创: Ed Hartin  橙色救援

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