轰燃 :火在建筑内部全面燃烧开始的现象

更新时间:2024-09-20 19:01

根据国际标准化组织(ISO)的定义,轰燃(闪蒸over)是室内火灾由局部火灾向全面火灾转变的现象,转变完成后,室内所有可燃物表面都开始燃烧。但它有一定的适用范围,比如不适用于非常长的房间,因为在这些特殊的空间内,让所有的可燃物同时被点燃在物理上是几乎不可能的。

轰燃是腔室火灾中的重要现象,室内火灾发展早期,燃烧产物在房间的顶篷逐渐积累,形成一定厚度的热烟气层。热烟气层和被加热的上层表面(包括壁面和顶篷)向火基底进行辐射,增加反应速率,加速火灾向充分发展的阶段转变,发生轰燃。轰燃具有燃烧迅速、燃烧温度高、烟气产生量大等特点。

轰燃发生后,室内出现的高温使建筑物构件的承载能力下降,甚至造成局部破坏或整体倒塌。火焰或高温烟气还会从房间的开口喷出,蔓延到建筑物的其他部位。图为火灾发展温度随时间变化过程:

相关历史

历史上有许多轰燃火灾的例子,例如1980年Las Vegas的MGM广场旅馆,1981年都柏林stardust迪斯科舞厅,1985年英国Bradford的市足球场。由于轰燃发生以后,整个房间将成为一片火海,高温、强热辐射、建筑物倒塌等危害会引发极大的事故,造成严重的人员伤亡和财产损失。如1993年唐山市林西百货商场火灾,造成86人死亡;1994年辽宁阜新艺苑歌舞厅火灾和克拉玛依市友谊宾馆火灾,分别造成233人和323人死亡;2000年洛阳市东都商厦火灾,造成309人死亡;2003年,衡阳市衡州大厦发生的特大火灾塌事故,造成20名消防官兵殉难,引起全社会的震惊。

形成原因

通常建筑物内某个局部起火之后,由于受可燃物的燃烧性能、分布状况、通风状况、起火点位置、散热条件等影响,可能出现以下三种情形:明火只在起火点附近存在,室内的其他可燃物没有受到影响。当某种可燃物在某个孤立位置起火时,多数火源为这种情形,此时火源燃尽后会自动熄灭;如果通风条件不好,明火可能自动熄灭,也可能在氧气浓度较低的情况下以很慢的速率维持燃烧;如果可燃物较多且通风条件足够好,则明火可以逐渐扩展,乃至蔓延到整个房间。轰燃是在第三种情形下出现的,它标志着火灾充分发展阶段的开始。

判定依据

尽管发生轰燃的时间很短,但是轰燃时间的界定对研究火灾的发展和对结构的影响尤其重要。通过对大量的全尺寸火灾实验数据的分析,从房间内的温度、地板接收到的热通量等方面来描述发生轰燃的临界条件。

热通量/热流

定量描述发生轰燃的一种方法是热通量/热流。该方法以在高度为3 m左右的普通房间内,地板平面接受到的辐射热通量/热流值超过20 kW/m2为临界条件。上述热通量足以使放在地板上的纸片发生燃烧,但对于较厚的可燃物品,这种热通量往往不足以将其引燃。热辐射是导致发生轰燃的主要传热方式。一般说来,房间地板外接收到的热通量/热流可来自:火焰,包括垂直上升火羽流和沿顶棚扩展火焰;房间上部所有的热表面;顶棚下方热烟气层。这些因素的相对重要性随着火灾发展而变化,由哪一个控制出现轰燃取决于可燃物的性质及通风状况。比如可燃物是甲醇,反馈回可燃物表面的热通量主要来自室内上部壁面,因其火焰和燃烧产物的发射率很低。实际火灾中会产生大量烟气,这时轰燃的出现往往由热烟气层的临界厚度和温度决定。

温度

Hugglund等人根据实验提出在高2.7 m室内以顶篷温度接近600 ℃作为发生轰燃的判据。Babrauskas对一系列的床垫引起的火灾实验用Hugglund的标准来判断是否发生轰燃。在10次实验中,有2次发生轰燃时的房间热气层温度超过600 ℃,其余8次实验发生轰燃时的热气层温度都在600 ℃附近,较好地验证了Hugglund提出的判断标准。

因此,根据实际观察的结果,常用的轰燃判据:顶板附近热烟气温度超过600 ℃;地板表面辐射热通量超过 20 kW/m2;通风口有火焰喷出。

安全防护

人员疏散

火灾时,在场人员有被烟气中毒或窒息以及被热辐射上火流烧伤的危险。因此,被困人员应迅速进行安全疏散,疏散时,如果人员较多或能见度很差,应在熟悉疏散通道布置的人员带领下,鱼贯撤离起火点。撤离火场途中被浓烟围困时,应采取低姿势行走或匍匐穿过浓烟,有条件时可用湿毛巾捂住嘴、鼻,以便顺利撤出烟雾区。当某一楼层某一部位起火,被困人员可先疏散到屋顶,再通过别的途径逃生或者等待到达火场的消防人员解救,如果处于楼层较低的位置,可将软物抛到楼底,跳窗逃生。被困人员还可以利用各楼层的消防器材自救、互救,发出求救信号、呼喊引起楼外人员注意,设法营救。

灭火方法和原则

灭火方法是通过破坏已经形成的燃烧条件或者使燃烧反应中的自由基消失的原理采取相应的措施。灭火的方法主要有冷却、隔离、窒息和抑制。在火灾中选择合适的灭火方法是根据燃烧物质的性质、燃烧特点和火场的具体情况,以及消防器材装备的性能进行选择。

灭火的基本原则:先控制、后消灭,即对于不可能立即扑灭的火灾,要先控制火势,具备了扑灭条件时再全面灭火;救人重于救火,如果火场上有人受到威胁,消防人员首要任务是救人,当消防人员足够时,灭火和救人可同时进行;先重点,后一般,即人和物相比,救人是重点,贵重物资和一般物资相比,保护和抢救贵重物资是重点,火势蔓延猛烈和其它方面相比,控制火势猛烈蔓延是重点,有爆炸、毒害、倒塌危险的,应优先处理这些危险等。

防护措施

控制轰燃的途径从两个方面考虑:一是采用可靠的设计和防火阻燃处理技术,把火灾控制在最初的阶段,也就是说通过防火设计和防火阻燃处理技术控制火灾,使之无法发展到轰燃阶段。如建筑室内多采用阻燃材料和制品,设置自动喷水灭火设施,设置排烟送风设施等;二是在轰燃无法避免的情况下,应对相应的防火分区进行有效的防火分隔,并对可能出现的开口、孔洞和缝隙进行有效的封堵,确保发生火灾时能够将其有效地控制在相应的防火分区,并为火灾的扑救赢得足够的时间,如设置防火墙、防火门防火卷帘、防火挑檐等。

危害性

对人的危害

轰燃发生后对人的危害主要体现在:可燃物迅速燃烧,空气中的氧气大量消耗,造成人体缺氧,同时二氧化碳含量升高,刺激呼吸系统,易产生窒息作用;燃烧产物中含有多种有毒、刺激性气体,如一氧化碳、二氧化硫等,其含量极易超过人体正常生理允许的最低浓度,造成中毒;高温气体可升至数百度集团,瞬间对人体造成热损伤;浓烟弥漫严重干扰人的视线,使其难以寻找窜天猴地点、辨别方向,易造成群死群伤事故。

对建筑物的危害

对建筑物的危害表现为:喷出的火焰易加速建筑物层间及建筑与建筑之间火势蔓延,不仅直接危害着火房间以上的楼层,而且严重威胁相邻建筑的安全;建筑的承重结构受到火势侵袭,承重能力降低,造成建筑倾斜或倒塌破坏;建筑火灾失控,火焰和高温烟气在火风压的作用下从房间的门窗、孔洞等处大量涌出,沿走廊、吊顶迅速蔓延扩散,同时由于烟囱效应,火势通过竖井、共享空间等向上蔓延,形成火海。

影响因素

在20世纪60年代后期,国际合作研究机构(CIB)火灾分委员会(W14)和全世界9个实验室共同参与研究得出的结论为:室内发生轰燃的时间主要受点火源的位置、燃料床的高度、燃料的堆放密度、房间内壁材料的性质及通风状况等因素的影响。

点火源

当点火源从可燃物中部点燃时室内发生轰燃的时间较短,因为此时火在可燃物上的蔓延相对容易些,火灾初期增长的速度较快。同理,点火源的面积大时发生轰燃的时间也比较短,这是因为,在火灾的一开始就有较大的面积发生燃烧,热释放速率较大。

燃料床高度

燃料床较高时,火焰会很快地到达顶棚,加大了对可燃物的热反馈,促使火焰快速地在可燃物表面上蔓延。

堆放密度

可燃物的堆放密度较小时可以加速火焰的蔓延,此时火区燃烧面积增大较快,热释放速率大,可以比较快地达到轰燃。这也相当于实际火灾中火焰在热容量较低的相邻物体间蔓延。

房间内壁材料

如果内壁材料是可燃的,房间达到轰燃的时间较短,但其影响有限。实验发现,当火焰达到顶棚后,墙体内壁材料才会影响达到轰燃的时间。同时,房间墙壁建筑材料的热惯性也是影响轰燃发生的重要因素,房间所用材料的隔热性能好,将会减少壁面传向外界的热量,从而明显地缩短轰燃发生的时间。

通风状况

轰燃是燃料控制向通风控制转变的过程,当通风状况良好时(类似于散开式燃烧),不易形成轰燃。

表现形式

当封闭性空间内部发生轰燃现象时,根据室内可燃性气体所处状态的不同,具有完全不同的表现形式。

可燃性气体温度处于其热点火温度之上

可燃性气体的热点火温度,是指该气体与空气接触能够自行窜天猴的最低温度。当某一封闭性空间内部积聚有大量处于其热点火温度之上的可燃性气体时,随着房间封闭性被破坏,大量涌入的新鲜空气使可燃性气体的浓度迅速降至其爆炸极限范围内,可燃性气体接触到空气时立即发生燃烧,火焰前锋沿着已被稀释好的可燃性气体通道向内部推进,完成轰燃全过程。

可燃性气体温度处于其热点火温度之下

当气体温度处于其点火温度之下时,封闭性的破坏不会马上造成可燃性气体的点火,重力流的传播过程会造成时间上的延迟,称为延迟轰燃。延迟轰燃根据其点火方式的不同,可区分为:重力流搅动阴燃的碳化层,出现明火引起的轰燃,其特点是延迟时间较短,预先征兆表现为大量的浓重烟气翻卷,且烟气的颜色会发生急剧的变化;重力流未搅动阴燃的碳化层出现的轰燃,其发生的部位较为隐蔽,不会出现明火焰,但可燃性气体浓度在其爆炸极限范围内,轰燃的发生取决于进入现场的消防人员的举动;当可燃性气体的浓度正好处于理想混合状态而被点燃时,将出现爆炸。

参考资料

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