拓展学习丨第十三课:通风受限房间内的火灾发展「下」

上节我们着重讨论了房间开口与烟气流动之间的关系,以及重力流对消防员灭火的影响,这节我们将继续讨论关于气体物质的点燃问题。在此之前,需要熟悉烟气混合过程。

预混区域的点燃

假定房间在一段时间后打开。当房间被打开时,空气进入并与房间内的富燃烟气混合。

这时只要有点火源,就可以在任何过程中发生点燃。在不同的地点、不同的时间都可以出现预混区域。

 

1.在气流进入房间的过程中

2.在气流离开房间的过程中

3.气流离开房间很长一段时间后

当点燃发生后,预混区域的大小不同,回燃的强度不同。

下图中的点火源位于房间右侧,靠着后壁的位置。现实情况下,点火源可以位于房间的任何地方。

1、在气流进入房间的过程中

拓展学习丨第十三课:通风受限房间内的火灾发展「下」

气流刚到达后壁,预混区域很大

当点燃发生在气流进入房间时,边界层将会出现预混火焰,见上图。

应当注意的是图片只对情况给出了粗略的表示。黄色和绿色代表了不同类型的预混区域。

拓展学习丨第十三课:通风受限房间内的火灾发展「下」

不同类型的火焰,在下部位置可以看到预混火焰,沿着后壁的是扩散火焰

当预混气体被点燃时,会在预混火焰后面产生一个湍流燃烧区域,见上图。

这一区域是由于高温燃烧产物上升,强迫未完全燃烧气体下沉形成的。可燃气体与新进入的空气层接触燃烧。

气体膨胀把剩余烟气通过开口排到室外,从而产生了的火球。

当点燃发生时,预混气体的比例越大,整个过程越快。预混火焰和扩散火焰在燃烧速率方面差别很大。

大多数情况下,着火房间内点火源的相对位置很低,如阴燃火灾。点火源通常是最初的起火部位,它会在瞬间燃烧起来。

2.在气流离开房间的过程中

拓展学习丨第十三课:通风受限房间内的火灾发展「下」

当气流到达后壁时,房间的大部分或者说几乎半个房间都是预混的

如果气流到达后壁并反弹时才发生点燃,预混区域将非常大。

拓展学习丨第十三课:通风受限房间内的火灾发展「下」

当气流被反弹后才发生点燃时,火焰以球状形式传播

拓展学习丨第十三课:通风受限房间内的火灾发展「下」
拓展学习丨第十三课:通风受限房间内的火灾发展「下」

由于烟气膨胀形成的火球

如果气体混合物被点燃,火焰将以球状形式传播,由于预混气体比例较大,压力会剧增。

房间的开口越小,房间内压力会增加地越高。上图显示了火焰的蔓延方式。

气体膨胀将导致房间外出现一个大火球,火球的尺寸取决于房间内积累的未完全燃烧气体的数量。

3.气流离开房间很长一段时间后

拓展学习丨第十三课:通风受限房间内的火灾发展「下」

房间顶部仍然存在可燃气体

当流入的气流与富燃料气体混合,被后壁反弹后离开房间,房间内较低部分几乎完全充满了纯净的空气。

这意味着房间内门框(或窗框)高度以上位置仍然可能存在可燃气体。

点燃发生后,火焰会蔓延到门框高度。当可燃气体的体积较小时,热释放速率不会太大。

但需要注意的是在大型空间尤其是高度特别高的场所,可能存在大量的可燃气体。这可能存在重大风险。

延迟可能只持续几分钟,下图显示了火焰如何蔓延到门框高度以及剩余的气体如何被喷射出房间并如何以火球的形式燃烧。

因此,在这个实验中,点火源被放置在房间内较高的位置。

拓展学习丨第十三课:通风受限房间内的火灾发展「下」

火焰蔓延到门开口的高度,房间下部不存在可燃气体

如果门的上边缘和天花板之间距离很大,大量气体可以在此混合。

即使房间下部火已熄灭,也会产生很严重的后果。这类事故瑞典已经发生过好多次。

比较这三种情况,可以看出当点燃发生在气流将要离开房间时,压力增加最大。这是因为这种情况下预混区域的体积最大。此外,开口越小,压力越大。

应该注意的是,点火源的位置很大程度上控制着随后的火灾发展路线。

上面这些图中,点火源被放置在房间后部,稍微远离地面。如果点火源放置在其他地方,火灾的发展方式将不同。

当讨论不同的回燃场景时,知道到这一点是很重要的。

点火源必须在恰当的时间出现在可燃预混区域。这就意味着发生这种情况的可能性相当小。

这也是回燃不经常发生的一个原因。

拓展学习丨第十三课:通风受限房间内的火灾发展「下」

发生回燃的条件

很难确切说明发生回燃的条件。但是我们可以分辨出一些回燃发生的先决条件。

事实上,回燃很少发生,因为我们擅于用水来冷却烟气,并且足够多的可燃气体和点火源同时存在的可能性很小。

一般而言,要达到回燃所需的燃料数量是很困难的。

下列因素影响回燃的发生与否:

• 点火源的存在。

可燃区域内需要有点火源,通常最大的可燃区域是富燃烟气层和流入空气之间的边界层。

大多数情况下,点火源可能处于房间内相对高度较低的位置。

• 燃料的布置(燃料类型)。

房间内燃料的位置越高,在高处聚集的可燃热解产物就越多。房间内的燃料数量要足够多才能达到发生回燃所需的气体浓度。这是很明显的要求。

• 开口位置/尺寸(最初开口)。

开口位置越低,通过开口排出热解产物的比例越小。如果开口足够小,火灾可能会自动熄灭,如果足够大,火灾可能直接发展到轰燃。

一个合适的开口大小才会发生回燃。需要注意的是这个开口指的是火灾初期时的房间开口,而不是救援行动中制造的开口。

• 房间的隔热性。

房间的隔热性越好,内部温度上升得越高。即使火灾自动熄灭,也可以维持很长一段时间的高温。

尤其是当燃料处于房间较高位置处时,会积累大量未完全燃烧产物。

燃料的热解温度越低,就越容易达到发生回燃所需的浓度。发生回燃需要的燃料浓度非常高。

拓展学习丨第十三课:通风受限房间内的火灾发展「下」

 桑拿室是发生回燃的常见场所

桑拿室是经常发生火焰回燃的区域之一。在桑拿室火灾中,大多数条件都会满足。

燃料位于房间较高的位置,房间具有良好的隔热性,意味着温度可以维持很长一段时间。

门下边缘处的开口可以允许少量氧气进入房间。很明显在桑拿室火灾中存在着充足的未完全燃烧气体。

拓展学习丨第十三课:通风受限房间内的火灾发展「下」

烟气流出房间,但是没有明火。消防指挥员正在思考接下来该怎么办

风险评估

Risk assessment

当处理通风控制型火灾时,会面对一定的风险。

因为有时不容易判断出危险迹象,因此这些情况可能非常危险且能产生严重后果。

在我们进入房间之前很难知道接下来会发生什么,但是若发生回燃的征兆越多,其发生的可能性就越大。

此时,我们需要回顾轰燃那一章,我们在那里详细讨论了烟气颜色。烟气颜色有时可以作为回燃发生前的征兆,但是不能作为唯一征兆。

如果把它与其他的一些征兆结合起来,我们能够清楚地知道是否有发生回燃的危险。对回燃来说,关键因素是空气的补充。

下面列出一些回燃发生前的征兆。

拓展学习丨第十三课:通风受限房间内的火灾发展「下」

回燃的警告信号

在行动之前和行动进行中对火灾情况进行彻底地风险评估是非常重要的。

综合考虑,下面这些迹象应该视为回燃发生前的警告信号。把烟气颜色作为唯一警告信号是完全不够的。消防员在打开着火房间的门之前,应该考虑以下几点:

是否是小开口的封闭场所火灾。例如封闭房间或者屋顶下方的空间。

• 窗玻璃上出现油腻物。这个迹象表明热解产物已经凝结在冷物体的表面。是通风控制型火灾的一个标志。

• 门和窗户发烫。表明火灾可能已经在通风受限的情况下燃烧了一段时间。

• 房间较小开口处有烟气脉动。这是通风控制型火灾的一个标志。

当空气进入房间时,燃烧发生,这意味着随着温度的升高,氧气逐渐耗尽了。随后温度缓慢下降,当压力略有下降时,空气又能被吸入房间。

• 开口处的口哨声,这可能与火灾脉动有关。

烟气颜色并不是一个明确的警告信号。

在上述情况发生时若还是决定进入房间,消防员必须小心以下信号,尤其是当他打开着火房间的门,观察房间内部情况时。这些征兆与上述征兆能够共同对回燃的发生提供警告信号。

• 看不到橙色亮光或者火焰,表明火灾已经在缺氧情况下燃烧了很长时间。

• 烟气通过开口被吸回去,表明空气已经流入了房间。热烟气可能通过另一个开口离开了房间,补充的空气则通过这个开口吸入。这看起来就像是烟气被火焰吸了过去。

• 中性面接近地板。

• 由于空气以很高的速度通过较小的开口被吸入房间,可能发出哨子声一样的声音。

不幸的是,回燃在这时可能已经发生了,那些站在开口附近的人员可能受到重伤,甚至死亡。

拓展学习丨第十三课:通风受限房间内的火灾发展「下」

消防指挥员必须评估行动可能带来的风险

行动步骤

Action steps

对风险进行彻底地评估是非常重要的。在场的每个人都要对自己的安全负责,应该仔细考虑下列问题:

01

结构的密封性如何?地板高度处是否有泄漏?房间的隔热性是否良好?

02

火灾处于哪个阶段?燃料控制还是通风控制?火灾已经燃烧了多长时间?

03

 哪个位置的火势最严重?火源位于哪里?应该在哪里通风?

04

火灾荷载有多大?可燃物的数量和布置能够决定可燃气体的数量。我们面对的燃烧物质是哪种类型?

05

在灭火行动中空气会从哪里流入?是否已经产生了湍流?湍流会影响火灾发展。

拓展学习丨第十三课:通风受限房间内的火灾发展「下」

阁楼火灾中烟气流出

拓展学习丨第十三课:通风受限房间内的火灾发展「下」

很明显,考虑和评估采取什么样的灭火方法会带来什么样的风险是非常重要的。

正如瑞典工作环境当局的规章中所说的,消防指挥员必须确保消防员面对的风险是在可承受范围内的,在此基础上再考虑该采取哪种行动。

如果认为行动目标的风险特别大,我们必须要采取防御策略。如果存在发生回燃的风险,最好将房间直接与外部空气通气,消除危险源之后再进行灭火。

应该在尽可能高的位置通风,以便排出所有未完全燃烧烟气。

由于回燃发生时压力会增加,所以有一个通畅的泄压通道非常重要。否则,压力会剧增。回燃是一瞬间的事,这意味着即使回燃发生的突然,但消防员的防护装备仍具有一定的抵御能力。

也可以尝试冷却烟气,这样做的优点是不需要打开房间,例如通过使用穿孔喷嘴或者是切割灭火器来冷却。

穿孔喷嘴

拓展学习丨第十三课:通风受限房间内的火灾发展「下」

穿孔喷嘴有两种类型:进攻型穿孔喷嘴和抑制型穿孔喷嘴。

在使用它时可以参照如下步骤来进行操作:

首先,在结构上制造一个孔洞,然后插入穿孔喷嘴。若是采取这种灭火方法,则不需要开启任何门窗或者是穿一个很大的孔洞,这样能阻止过多的空气接触火灾,防止火灾更加猛烈。

穿孔喷嘴的流量为70 l/min,压力为800kPa。在阁楼火灾中,当火势还没有突破天花板时,穿孔喷嘴是一个很好的选择。

切割灭火器是一种在瑞典逐步推广的设备,其具有独特的穿透墙壁和表层材料的能力,进而可以高效灭火。这些特征在灭火行动中非常有价值。

通过喷嘴喷出的水滴比标准细水雾喷嘴的降温效果更好。

拓展学习丨第十三课:通风受限房间内的火灾发展「下」

固定式长矛型切割灭火器

拓展学习丨第十三课:通风受限房间内的火灾发展「下」

有两种可选择的切割灭火器:第一种固定在液压升降平台外部,压力为20MPa,流量为40-50 l/min;第二种为手提式,压力为30MPa,流量为30 l/min。

在救人等需要打开房间的情况下有两种可供选择的方法:

1.快速开门,冷却,快速关门。重复这一过程直到房间内温度和压力有所下降。应该注意的是,如果门只开启了几秒钟,但这足以让很多空气进入,这可能会导致回燃。

2.佩戴空呼的消防员要匍匐进入并尽可能快地关上身后的门,之后冷却烟气。这种操作会给消防员带来严重风险。时刻注意不要站在门的开口通道上。因为这样会产生更多湍流。

拓展学习丨第十三课:通风受限房间内的火灾发展「下」

正压送风机

一些情况下,处理通风控制型火灾时可以使用正压送风机。但是由于空气进入房间,可能会使火灾放出的热量增加。

在通风控制型火灾中要谨慎使用风机。

风机会产生很强的湍流,会造成烟气混合,然后产生可燃性混合物。

通风前必须先冷却烟气,否则其会存在巨大的点燃风险。使用风机也能使烟气快速地排出房间。

对于决定是否能够使用风机需要具体情况具体分析,没有人能够给出明确的答案。

小结

拓展学习丨第十三课:通风受限房间内的火灾发展「下」

2019

对于有空气补给的通风控制型火灾,至少可能发生四种不同的场景:

1.火灾自动熄灭;

2.火灾恢复发展;

3.烟气自动点燃;

4.发生回燃。

场景1和场景2最常见,但场景4最危险,因此对它的描述最详细。

回燃发生时,需要大量未完全燃烧气体在烟气层积累。如果门是开启的,空气就会被吸入着火房间。这会产生一个良好的混合区域,当点火源出现时就会被点燃。

之后就会形成火焰前沿,通过开口向外传播,并产生火球。因此这一过程需要经历以下阶段:

• 未完全燃烧烟气积累

• 空气流入

• 空气和烟气混合

• 预混区域被点燃

• 强烈的爆燃

• 着火房间外出现火球

对于门或窗户开启时,预混区域的大小几乎相同。有清晰边沿的空气流进入房间的过程中,会发生混合;当佩戴空呼的消防员站在门口时,也会发生混合。

如果空气流到达后壁,预混区域将变得很大。如果在这种情况下发生点燃,压升会比空气流刚进房间时就被点燃时的压升要大。

如果气流在点燃时已经离开房间很长一段时间,则为第三种场景。

这种情况下,门框以上空间仍然存在可燃气体。大多数情况下由于可燃气体数量很少,点燃后不会造成能量巨大的回燃。

若是在大型空间尤其是当开口上边缘和天花板间的距离很大时,未完全燃烧气体的体积会很大。

这种情况可能看起来非常平静,并且当消防员进入房间内部时不容易注意到天花板处仍然存在大量烟气。但是点燃后将导致严重后果。

回燃与轰燃不同,回燃是一个短暂的事件。

决定回燃发生与否的关键因素是补充的空气。但是对轰燃来说,关键因素是温度,因为这意味着房间内辐射水平的上升。

回燃包括预混火焰和扩散火焰。

在富燃烟气层和流入的空气之间形成的预混区域中,预混火焰传播的很快。上层的高温热解气体会在预混区燃烧之后下沉,与空气层接触,这会产生扩散火焰。

预混火焰和扩散火焰在燃烧速率上有很大差别。

预混烟气的含量越大,其通过开口逸出地越快。

这意味着若是点燃发生在当空气流被后壁反弹并正朝着开口运动时,回燃的强度将更加猛烈。开口越小,压力增加越大。

许多情况下,轰燃和回燃的界限可能很模糊,必须具体情况具体分析。

很明显,任何情况下轰燃和回燃都存在着分界线,但是有时不容易去鉴别,这将在第8章讨论。

回燃是很罕见的现象,这是因为需要可燃物浓度达到很高才能发生回燃。回燃的发生可能取决于下列因素:

• 存在点火源

• 燃料布置

• 开口位置/尺寸

• 房间的隔热性

回燃发生的征兆主要是通过较小开口处的烟气脉动和没有明火。

由于回燃发生前的警告信号难以探测,对于发生回燃的实际案例,其后果都非常严重。

往期链接:


编辑:曹茜

校对:木月

原文始发于微信公众号(橙色救援):

共有 0 条评论