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最常见的极端火灾现象:轰燃

发布:www.chinajyzb.com.cn | 日期:2018-10-19 | 浏览次数:    字号:
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我们在之前的文章讨论过,不同通风情况下的火灾特性。我们知道,只要有充足的可燃物、氧气,单元房火灾就会逐步发展为整个单元房烧毁。近年来有,数十名消防员因为火场的轰燃导致牺牲,并且现场发生的情况都极其类似。

消防员到达一个火场时,火灾一般都处在发展阶段,接着进入建筑内部,进行人员搜索和救援,或者是出枪灭火。在这个过程中,很少会有人注意到,火灾在不断发展变化,火场风险不断提高。这种情况下出现轰燃,消防员经常察觉不到,最终导致消防员严重受伤,或者是牺牲。

轰燃是指火灾从发展阶段过渡到全面燃烧阶段时,突然剧烈的持续燃烧。

一、不同种类的轰燃

1、一般轰燃

轰燃是可燃物和氧气充足下,火灾发展阶段常见的一部分(如图1.1所示)。它标志着火灾从发展阶段向全面燃烧阶段的过渡。在火灾发展阶段中,天花板下会形成一个热烟层。这个热烟层会向与其接触的物体传递热量,如:橱柜、可燃的壁衬等,我们称之为热对流。

1.1 通风良好的情况下,火灾发展阶段图(来自:Karel Lambert

除此之外,烟也会将热量向下传递到烟气层下方的物体上,如椅子,桌子等,我们称之为热辐射。这两个热传递过程,会导致房间内所有物体升温。在一个特定的时间点,温度将达到热解临界值,此时,物体开始受热分解。

轰燃前会出现滚燃,滚燃是火焰在整个烟气层中跳跃燃烧的现象。这一现象将导致烟层温度大幅升高,高温烟气反过来又会增加下方可燃物的热辐射。如果之前,有些物体还没开始受热分解,现在它就会开始了。紧接着,新形成的热解产物着火,整个房间就被火焰吞噬。

轰燃阶段,房间内部温度将急剧上升。仅仅几秒钟内,温度就会上升到600,在房间内,几乎没有生存的机会。置身其中的消防员,逃生的时间只有几秒钟。即使能顺利逃离,他们也经常会被严重烧伤。所以,轰燃发生前,要及时撤出房间。

2、通风诱发型轰燃

通风诱发型轰燃,仅在火场通风条件不良,且房间内积聚了足够热量的情况下发生。这意味着,在火灾发展的早期阶段,由于氧气不足,抑制了火灾的发展。如果火场通风情况没有变化,火灾将自行熄灭。

1.2中的黄线描述的就是这种现象。初始极端,黄线上升缓慢,接着开始下降。通风受限时,房间内的热量聚集受多重因素影响。一旦续集足够热量,房间内的许多物体将继续热解,并成为新的可燃物。在现代建筑中,因为隔热效果良好,这一情况更为常见。

1.2 通风诱发型轰燃(来自:Karel Lambert

这对消防队员来说是一个巨大的风险,只要打开门,就相当于开辟了一个通风口。进入房间就是给火场通风,因此,消防员进门的时候,火场的通风情况就发生了变化,这种通风将导致火势变大。

如图1.2中向上倾斜的黄线所示。房间内的温度会上升,房间内的烟气被点燃,几秒钟内,火灾就会达到全面燃烧阶段。这一现象产生的后果和普通轰燃产生的后果相似。

通风量增加了多少,决定了通风诱发型轰燃发生的速度。当门被打开时,空气会进入房间,假如门口放置了一台正压送风机,这种情况下,通风诱发型轰燃会来的更快。

还可用其他术语来描述这种现象,如「延迟轰燃」和「thermal runaway」。国际上,首选术语「通风诱发型轰燃」。

3、两种轰燃的对比

接下来,我们对两种轰燃进行对比,并分析其异同点。

两种轰燃最大的不同点在于,他们发生的源头不同。一般轰燃出现在通风良好的火灾现场,而通风诱发型轰燃则出现在通风控制型火场。图1.3显示了不同火灾场景,可燃物百分比和温度的关系。

1.3 两种类型的轰燃(来自:Karel Lambert

图的左边显示的是火灾初期阶段,氧气充足,燃料控制型火场,由于受可燃物限制。参与燃烧的可燃物,决定了火灾能否发展到轰燃阶段。可燃物燃烧后的热释放速率,以及火焰传播情况,决定了火灾的发展进程。

如果热释放速率很快,并且火焰条件良好,轰燃将会出现。一些人还会用其他术语来描述这一情况:热量诱发型轰燃或者热辐射诱发型轰燃。

图的右边显示的是通风受限型火场。在这样一个场景中,火灾已经燃烧一段时间,可燃物是充足的,但是缺乏氧气。如果没有进行通风的话,火灾会逐渐熄灭,万一有通风,火灾会再次加速发展,正如普通轰燃一样,热量又会聚集起来,一直达到轰燃的点。 最后,和之前的普通轰燃一样。

但是,由于它的起因是因为通风状况发生变化,因此,这种现象称之为通风诱发型轰燃。

总之,普通轰燃出现在燃料控制型火场,而通风诱发型轰燃出现在通风受限型火场。

二、安全策略

在过去,消防员一直没有意识到火灾发展进程的重要性。因此,轰然发生的时候,很少有消防员能够幸存下来。为了未来消防员灭火救援过程中的安全,我们通过对一些国家轰燃事故的调查,得出了以下结论:

轰燃发生时,房间内的消防员所处位置,如果距离房间出口超过1.5m时,几乎没有逃生机会。这意味着,在轰燃环境中,仅有跨越1.5m距离的逃生时间。当然,离房间出口超过1.5m外的地方已变成人间地狱,其温度接近或超过600,几乎什么也看不见。

我们可以看到,可采取的安全措施非常有限。

1、不要在那儿

最重要的策略是:“不要在那儿”。指挥员应该具备通过火灾动力学知识及各种可见的迹象,推断轰燃是否会发生,并具备可以立即组织消防员从建筑物内逃生的能力。

显然,目前在这方面的培训是严重缺乏的,很多人并没有识别风险的能力。

1)轰燃的特征

对消防员来说,判读火场非常重要,要有能力评估轰燃是否会发生。 Shan Raffel设计了B-SAHF模型,Ed Hatin在其基础上做了一些改进,大家可以参考公众号关于这个模型的介绍。

火场中,有很多迹象可以看出轰燃是否马上发生,消防员需要马上撤离:

a.烟气层在迅速下降或者已经接近地板了;

b.烟气层的烟层厚,颜色深或者烟气层的颜色从浅灰色变成了深黑色;

c.烟气层汹涌流动,而且流动越来越汹涌;

d.烟气层变得越来越热,并且难以忍受;

e.之前在火灾中未出现热解物质,突然开始进行热解。

2、预防轰燃

轰燃发生的原因众所周知,普通轰燃和通风诱发型轰燃都会在烟气层积聚热量。普通轰燃的热量积聚是由火场不断增加的燃料燃烧引起的,而通风诱发型轰燃的热量则是来源于火场通风,导致氧气供给增加产生的。

1)冷却烟气层

在火灾发展阶段,最有效的战术就是冷却和惰化烟气层。为了实现这些目标,可以使用喷雾水枪直接射向烟气层,喷雾角度可设置在大约60°,开花脉冲射流应尽可能短。

这样操作可以使大量的水滴进入到烟气层,从烟气中吸收能量,当无数的射流被喷射到烟气层,就可以把烟气的温度降至足够低,使轰燃不可能发生。

另一个好处是可以实现水蒸汽与烟气的混合,水蒸汽是不燃气体。最终,滚燃会被烟气中的水蒸汽所阻碍。同时,水蒸汽将烟气层的烟气惰化为不易燃气体。

2)通风控制

在可能发生通风诱发型轰燃的情况下,采用防止通风措施也不失为一种方案,通风受限的火灾最终会因缺氧而窒息。

事实上,有时候可能也无法采用防止通风战术,比如,房间里的窗户会因为内外温差而破裂。这时,最简单的做法也可以在窗户前挂一块挡风的阻燃帆布。

三、案例:Stardust迪吧火灾

1981114,爱尔兰首都柏林市Stardust夜总会发生火灾。火灾发生时,舞厅现场有841人。火灾发生在大房间局部一处封闭的地方,火灾很快就发展成了轰燃。由于大火波及了整个夜总会,导致那天晚上有48人丧生,214人受伤。

轰燃是造成重大人员伤亡的罪魁祸首,除此之外,在防火方面做得也很不到位。房间里的墙壁装修材料和长凳非常易燃,现场也没有灭火器,几个紧急出口被锁上了。

1、建筑基本情况

夜总会设在由几栋建筑组成的综合体建筑内,内部有一个中央舞池,舞池周围有几个休息厅,这些休息厅里摆放着带有软垫的长凳,如图3.1所示。

3.1 平面布局图(来自:Bo Andersson

最先起火的休息厅在图中用圈标识,据测量,这个休息厅大约有17m宽,10m深。长凳沿斜坡安装,长凳的软垫内部填充了50mm厚的聚氨酯泡沫,外部由PVC包装。

3.2显示的是将休息厅和中心区域进行隔离的帘布,帘布可以使舞厅的大小根据当前人员数量而改变。此次火灾中的帘布由可燃材料缝制,主要材质为涤纶,衬里是PVC

3.2 休息厅的局部剖面图,垂直的虚线显示的是帘布所在位置(来自:Bo Andersson

后墙和侧墙上覆盖着由聚酯瓷砖制成的易燃材料,休息厅的天花板是隔热的,由于天花板的隔热性,导致热量直接向中心的舞池区域传导。

2、火灾现场情况

火灾发生在休息厅的后面,现场没有人对初起的小火引起重视。夜总会的员工决定自己灭火,在灭火失败之后,才向消防队报警。参加聚会的人刚开始时,甚至选择留下来看灭火,建筑内人员疏散时间开始的太迟。

某一时刻,一名员工拉开了隔离休息厅和舞池中央的帘布,烟气的流动本来被限制在一个点上,帘布被拉开后,休息厅火势发展迅速,形成了轰燃。

休息厅的轰燃,导致热烟气流入舞池中央。很快,所有人变的惊慌失措。

3、轰燃

由于火灾造成死亡人数多,爱尔兰对此次火灾进行了全面调查。建筑研究机构(BRE)进行了全尺寸模型实验。重新搭建了最初发生火灾的休息厅,放置的长椅和桌子与夜总会放置的完全相同。现场安装了必要的设备,开始点火。

整个实验过程都有录像,在网络上可以找到简化版的影片。影片很好地再现了休息厅内部的火灾发展情况,特别是轰燃阶段清晰可见。

橙色救援为大家下载了该影片,为了能够掌握到轰燃发生的关键特征,我们有必要反复多次观看影片,影片还展现了轰燃是仅仅持续几秒的现象。

在影片播放到5秒钟时,五排长椅中有四排仍然清晰可见,第五排长椅在燃烧。火被限制在一定的表面区域,深灰色烟层开始形成。大约9秒的地方,我们看到第三排长椅开始热解。8秒后,第二排长椅开始热解,两秒钟后第一排开始热解。到第24秒时,最前面的桌子上烟灰缸着火了。

很明显,隔间内已经发生了轰燃。在前19秒时间里,火焰从休息厅的后墙一直向休息厅的开口处蔓延,烟的颜色已经从深灰色变成了深黑色。从第29秒开始,影片显示了热烟层是如何从休息厅流出,又是如何引燃其他可燃物的。

在真实的火灾中,大量的热烟气以惊人的速度直接流到了舞池中央,从而导致大量人员伤亡。

来源:微信公众号 橙色救援

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