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拓展學習丨第十一課:通風受限房間內的火災發展(上)

在這一章,我們將討論在通風受限房間內的火災發展。

如果缺少氧氣,火災不會發展到轟燃,而是其強度會逐漸降低。隨著燃燒強度降低,溫度下降。燃料表面慢慢冷卻下來,這意味著仍然積累有大量的熱解氣體。

我們不能超過上圖所示的B點,這是發生轟燃需要達到的點。在封閉的房間內這是很常見的火災場景,所謂的封閉房間是指沒有任何開口,如破碎的窗戶等。這時火災發展就會遵循上圖中的紅線。

我們現在假設這樣一種情況:室內有大量未燃完全燃燒煙氣,同時氧氣濃度也很低。

因此當消防隊員到達現場時可能出現很多不同的情況。我們將討論其中四種比較常見的火災場景。

這四種場景是:

火災自動熄滅;

火災重新恢復發展;

煙氣自動點燃;

發生回燃。

四種火災發展場景:

火災自動熄滅;

火災重新恢復發展;

煙氣自動點燃;

發生回燃。

在這些場景中任意一個發生之前,火災發展中可能出現脈動,因此,我們首先討論脈動,之后討論這四種發展場景。

火災脈動

脈動

對于通風控制型火災,熱釋放速率受流入房間氧氣量的限制,有時會造成火災的“呼吸”。

脈動的發生是由于缺少氧氣使熱釋放速率降低。

當溫度下降時,著火房間內的氣體體積會減小,這就會形成一定負壓,空氣能夠被重新吸入著火房間,當氧氣與可燃氣體反應時,燃燒就發生了。

當煙氣被點燃時體積會增加,就會產生正壓。之后煙氣會通過開口排出,這就會再次造成缺乏氧氣,從而限制熱釋放速率,進而引發下一個脈動。火焰脈動見上圖。

判斷火災在哪種情況下會發生脈動是很困難的,造成脈動的因素之一就是決定熱釋放的開口尺寸。

火災發展曲線中的脈動

火災自動熄滅

如果火災在氧氣不足的環境中持續燃燒,很有可能會逐漸熄滅或開始陰燃。

如果缺乏足夠的燃料,那么可燃氣體被點燃的可能性會降低。

由于缺少氧氣,火災自動熄滅

當著火房間內溫度降低時,壓力也會下降,這意味著許多煙氣不能被排出。這會導致需要很長一段時間才能探測到火災。

在室內火災中,這種情況是很常見的。通常房間內部會受到強烈的煙氣作用,但是對滅火沒有產生絲毫影響。

封閉房間內的火災即將自動熄滅,煙氣下沉到火源根部,唯一具有清晰能見度的是在地板高度處

這種情況下,著火房間的情況對于被困人員來說是非常危險的。煙氣包含大量有害物質,如一氧化碳,這種物質意味著當發生燃燒后,睡著的人永遠不會醒過來。

在這種情況下,火災探測器至關重要,它能夠拯救生命。

煙氣中包含大量有毒產物

下圖顯示了室內火災的結果。火災開始于一個封閉房間,如圖所示,大約300s后火災成為通風控制,此時溫度和熱釋放速率開始下降。

封閉房間內的溫度

溫度下降很快,并且材料也很快停止熱解。

這種情況下,煙氣中沒有足夠的可燃氣體,所以不能被點燃。但是沒有佩戴空呼的人員由于毒煙氣作用仍然會在房間內死亡。

當房間的門開啟時,煙氣能夠逸出,但是煙氣溫度很低,并不能夠被點燃,這就會使得滅火過程很容易。

火災重新恢復發展

我們現在面對這樣一種情況:火災在氧氣供應不足之前已經蔓延到其他物體上。著火房間內的熱效應是相當可觀的。煙氣已經充滿了整個著火房間,并且包含有大量的未完全燃燒氣體。

這意味著如果再次補充空氣,火災有機會發展為全面發展火災。

現在假設佩戴空呼的消防員打開房間門或者窗戶由于加熱而破碎。結果就是,煙氣將從開口上部逸出,空氣從開口下部流入,中性面上升。

新鮮氣流會重新引燃起火點處的火焰,火災又開始重新發展。隨后火焰會接觸到煙氣層,火焰前沿會向整個房間內傳播。

這種情景是火災中斷發展后的一個延續,這一過程與房間起火時就已經有一個開口進而發展到轟燃的過程是一樣的,下圖表明了這一過程。

火災恢復發展

門開啟后煙氣流出。一段時間后可以看到火焰到達天花板,不久火焰蔓延到整個房間。

煙氣與空氣接觸時會被自動點燃

由于火焰為擴散火焰,火災通常是平穩地發展。如果有足夠多的氧氣和燃料,火災能夠恢復中斷的發展并發生轟燃。

煙氣被自動點燃

在開啟門時,煙氣很少自動點燃。發生這種情況需要煙氣有很高的溫度。通常這一溫度需要在500℃—600℃之間。

氧氣不足房間內的煙氣溫度會超過其燃點,通常在500℃—600℃以上。

內攻滅火的消防員進入房間時,煙氣能夠通過開口流出時,煙氣將與空氣(氧氣)混合。由于氣體溫度在燃點之上,空氣、燃料的混合物將自動點燃,并在房間外燃燒。

這種情況煙氣的溫度比常溫要高

當空氣流入房間并與正在流出的煙氣混合時,就有可能看到房間內的火災是如何發展的。

這種情況下,涉及的火焰是擴散火焰。假設開口足夠大,火災可以發展到全面發展室內火災。火災發展過程可以加速,并成為全面發展室內火災。

這種情況大都發生在房間只有一個較小開口時,火災通過開口來補充氧氣。因為開口的位置是固定的,所以煙氣的流出會受到限制。

典型例子就是——室內火災中煙氣通過房間靠后位置的破碎窗戶流出。當通往樓梯井的門被開啟時,熾熱的可燃氣體會自動點燃。

如果看到煙氣在門外自動點燃后立即將房門關上,那么在氧氣被消耗完后火焰會熄滅。

當試圖給樓閣火災通風時,有時會看到煙氣自動點燃。當煙氣與空氣接觸時,就會立即點燃。很明顯此時的火災是通風控制的。

判定此時的燃燒是由于煙氣在開口處自燃還是起源于室內的火焰是很困難的。

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