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極端火災現象(上)


今天和大家分享極端火災現象,部分結論來自美國消防協會的這篇論文。大家都知道轟燃,今天我們從轟燃發生前的一個極端火災現象—滾燃開始說起。

 

滾燃(rolling over)的定義

滾燃,簡單來說,就是指積聚在房間內(天花板)的高溫煙氣層發生燃燒

 

通常情況下滾燃的發生,預示著轟燃即將到來。

 

滾燃這個概念沒有一個完全明確的定義,但它的主要特征就是建筑上層的煙氣開始燃燒,同時,滾燃的發生也預示著轟燃即將到來,關于滾燃現象,我們一筆帶過,在之后的視頻里面,大家可以觀察到。

 

 

轟燃的定義

在建筑火災發展階段,火場內可燃物表面受高溫熱輻射作用,達到燃點,可燃物表面迅速發生燃燒,并向整個火場蔓延。火勢從發展階段突然轉變為猛烈燃燒階段。

 

 

我們都知道轟燃,國內消防員對轟燃現象有多種解釋,有把轟燃解釋為(flashover)的,也有把轟燃解釋為回燃的(blackdraft)。我個人理解,轟燃就是flashover。就是從一點燃燒擴大到全面燃燒的一個過程。

就像這張圖里面表現的一樣,轟燃就是從一張椅子發生燃燒,轉變為整個房間全部燃燒起來,我們了解了轟燃的特點,下面我們通過火災發展示意圖看看轟燃發生的“點”。

 

 

轟燃發生的“點”

通過這兩張圖我們可以看到,轟燃是發生在火災的發展階段,它預示著火災即將進入全面燃燒階段。橙色救援上一篇文章講的火災特性,講的通風排煙,通過轉化為戰術運用,目的就是要抑制轟燃的發生,盡可能在轟燃發生前進行滅火。

 

轟燃現象,國際上有一個標準。

 

轟燃發生的科學標志:火場上層煙氣溫度≥500~600℃或者輻射熱通量≥20kW/m2。

 

國內相關參考文獻:室內轟燃新判據實驗研究及應用探討。(我沒找到這篇文獻)實驗結果:排煙口煙氣溫度≥320℃。室內即將發生轟燃。

通過消防員現場的觀察,也總結出了一些非科學性的轟燃發生標志。

 

轟燃發生的非科學標志:

1.上層煙氣層下降至離地面1米左右,可燃物表面散發出白色的熱解物煙氣,預示轟燃即將發生;

2.排煙口的煙氣在短時間內從平緩流動狀態過渡為洶涌流動狀態,且煙量大、煙層厚、顏色深,預示轟燃即將發生;

3.漆面變色或起泡、窗戶變暗或破裂、門熱得燙人,火舌幾乎達到或超過頂棚高度。

 

其實主要的特征歸納一下,就是煙氣的中性面迅速下降,室內可燃物分解出白色可燃煙氣,煙氣流速突然變快,煙氣溫度較高,夾雜著火焰。

 

 

一般來說,火焰突破通風口,且火舌已向上蔓延,預示著轟燃已經發生。關于門窗變色、漆面起泡我找了2張圖片,大家可以參考一下。

轟 燃 案 例

這是我最近翻譯的一篇美國UL實驗報告中的一些內容。在這個視頻中展現了轟燃發生前的部分征兆,大家注意剛開始的幾秒鐘,上層煙氣層中夾雜的火焰,大家注意第14秒鐘左右,桌子上受高溫熱輻射分解出來的白色可燃煙氣,大家注意第21秒時,第一排桌子上的起火點,本來火勢是在最后一排,火勢也沒有蔓延至第一排,但第一排起火了,為什么?

 

因為高溫熱輻射,致使整個火場的可燃物達到燃點,這就是轟燃現象,從一點燃燒,迅速擴大至全面燃燒,整個起火建筑陷入火海,消防員一旦在陷入轟燃后的火場,很難逃生,因為四周都是火焰,逃無可逃。

 

美國國土安全局、消防隊長國際協會、消防員國際協會聯合開辦了www.firefighternearmiss.com網站,去追尋消防員僥幸脫險的事故。該網站中,無數的報告表明,通風排煙、火勢突然變化以及轟燃現象是引發消防員身處險境的原因。

 

某報告中的記錄:

“當前進至客廳,房間中的溫度,由大約350℉(176℃),迅速上升至800℉(426℃),濃煙在很短的時間內變黑,我們立即撤退出來。火場熱量情況惡化,我感到我的肩膀、腿部、頸部開始燃燒,我轉過身發現墻上有橙色的火焰,并且整個房間開始起火燃燒。消防員和我成功穿過走廊,迅速離開了起火建筑。”

 

“我們到達1個兩層樓約3000平方英尺(278㎡)的住宅...需要實施通風排煙。當建筑的后部開始排煙時,我打開了前門,煙氣迅速的被吸回室內。我跪倒在地上,觀察著房門內部去發現我能看到的情況。我決定匍匐進入室內去查找火點。當我進入室內大約8英尺(2.4米)遠時,我停了下來,因為大量的火苗掉落在地板上。我發現煙氣顏色變淡了并且我能夠看到屋頂,我所見之處都是火焰。這些可燃氣體在建筑物最高處燃燒,我決定迅速從內部撤離出來。當我回過頭來查看房門時,火舌已從房門向上燒出12英尺(3.65米)。第二根水帶已鋪設好開始滅火,這給我了機會去遠離起火建筑。當我重新就位,用水槍開始對房門和前窗進行滅火時,整個客廳由于轟燃已全面燃燒了。”

 

“我們撤退出來了,將火場情況報告現場指揮員,并開展通風排煙。在同一個房間材爐后的兩扇大窗戶已經破裂了,煙氣層上升了3-4英尺(0.9-1.2米)”。我們再次進入房間,剛超過頭一次內攻時所在的位置,整個房間發生了轟燃。我的水槍手除了腳部以外,全身消失在了火焰中,我幾乎看不到入口,因為我們周圍都被大火包圍了,我拖拽著我的同伴的腳回到了門口。最初,他對我將他拖出火場比較抵觸,因為他已經滾到在地,并打開水槍試圖滅火,但這對火勢并沒有什么影響,支援的戰友趕到現場幫助我們撤退出來。他們看見火勢從我們旁邊的窗戶噴出,火勢被設置在通道上的2支水槍攔截,而這個通道連接車庫的大門。”

 

這幾段都是美國消防員回憶轟燃前發生的一些征兆,希望對大家有所幫助。

 

另外這里插一句,關于滾燃的配圖,由于是真火模擬裝置模擬出來的,所以效果更明顯,但在實際火場中,就像剛才那個視頻一樣,需要消防員仔細去觀察。

 

破壞轟燃的措施

 

破壞轟燃的做法,從射水這個層面主要有以上3種,冷卻煙氣層、破壞煙氣層、冷卻可燃物,其目的都是降低室內熱輻射的含量,使之達不到轟燃發生的條件。

 

冷卻煙氣層:向煙氣層快速點射噴霧水,一般點射控制在2秒左右,可反復進行,防止高溫水蒸汽對消防員的傷害。

 

破壞煙氣層:利用直流水槍直接打擊上層煙氣層,一般持續3-5秒;利用開花水順時針“O”形射水,增加房間內氣流旋轉,使煙氣迅速從排煙口排出。

 

冷卻房間內可燃物:利用開花、噴霧水對可燃物表面進行冷卻,減少上層煙氣層對可燃物表面的熱輻射,使可燃物表面溫度低于其燃點溫度。

 

當然,我們講火災特性,講通風排煙,講空氣的作用,因此還有一個抑制轟燃發生的關鍵,就是控制排煙口。一方面要控制排煙口的數量、另一方面也要控制排煙口的大小。

 

謹慎破拆排煙:學會控制排煙口進攻;煙氣溫度較高時,排煙應當有水槍掩護。

個人的原則就是不出水不排煙,一個常規大小(門窗大小)的排煙口至少1支水槍。

 

關于轟燃就差不多告一段落了,下面我們談談回燃(爆燃)。

這是通過實驗模擬出來的一個回燃現象。

 

回燃的定義:

在通風受限的建筑火災中,未完全燃燒的熱解物質在煙氣中大量積聚,當1個排煙口突然打開,空氣流入火場與未完全燃燒的熱解物質混合,火場中形成了可燃混合性氣體。當火場中的熱源點燃可燃混合性氣體時,可燃混合性氣體會極端快速地爆燃,并以火球的形式從排煙口噴出。

 

 

回燃的發生一定是在一個通風受限的建筑火災中,哪怕這個火場本身并不密閉,但局部區域比較密閉,也會發生回燃現象。

這張圖更能直觀的反映出回燃發生的特點。

 

 

首先是室內密閉,且積聚有大量可燃的、未完全燃燒的高溫煙氣。通風后,空氣從排煙口下部進入室內,高溫煙氣混合氧氣后燃燒,并點燃最初的起火點,由于溫度進一步升高、氧氣進一步充足,整個房間內的可燃煙氣全部燃燒,并釋放出極大的能量。能量需要釋放,便從排煙口以火球的形式噴射出來,這便是回燃。
 

回燃發生的“區域”

 

 

之前我們說了轟燃發生的“點”,現在我們來看一下回燃發生的“區域”。

與轟燃不同,回燃只能發生在通風受限建筑中,因此我們看到的橙色部分便是回燃發生的區域,它所釋放的能力遠遠高于普通火災在猛烈燃燒階段所釋放的能量。

 

這里還可以繼續討論一下:

 

一種情況是,室內溫度足夠高,可燃物足夠多,可燃物足夠易燃,回燃釋放出巨大的熱量后,整個房間的可燃物被迅速點燃,整個房間處于轟燃或轟燃后的狀態。

 

另一種情況是,室內溫度相對較低,可燃物不夠充足,或者可燃物已經快燃燒殆盡,或者回燃釋放的高溫還不足以引燃大多數可燃物,因此回燃發生后,整個能量釋放得差不多了,火勢再次趨于熄滅狀態。

 

回燃發生前的標志

關于回燃,并沒有完全科學的、有具體數據衡量的標志。

Ø  黑色的濃煙從緊閉的門窗縫隙中冒出;

Ø  門窗發熱,窗戶顏色變暗,有大量的煙氣積聚室內;

Ø  門窗發出類似口哨的聲音,窗戶會出現震顫;

Ø  房間內無明火,或者火勢較小,火光閃爍跳動,趨于窒息狀態;

Ø  排煙口被打開后,流出的煙氣會被吸入火場。

 

回燃發生前的征兆較為隱蔽,需要更加注意火災現場的情況。只能通過消防員對建筑物煙氣特征、熱量的綜合判斷進行。

 

回燃案例:

“當我們到達1棟兩層樓的住宅時,我們發現大量的濃煙來自2樓并且沒有明火。我們攜帶1根直徑1.75英寸(44.45mm)的水帶進入房間,利用樓梯上樓。我們進入2樓去開始搜救并尋找火點。我們通知指揮員,我們需要通風排煙,并且增派力量在2樓進行支援。突然,濃煙和熱量增加,我們被迫撤退到了2樓樓梯口。我的指揮員隨即告訴我把樓梯口的窗戶打開,當時我并沒有多想。突然,爆炸發生了,瞬間將我們從2樓樓梯沖下至1樓,同時伴隨著一個巨大的火球”。

 

 

這是我翻譯的關于回燃,美國消防員的描述。


這是香港消防員的一個視頻。

 

在這個視頻中發生了回燃,同時也展示了回燃的隱蔽性。

 

大家注意這個視頻的前20秒,煙氣的量比較少,煙氣也不算很厚,同時煙氣處于向下飄落的狀態。

 

這說明火場內部溫度不高。

 

35秒以后,煙氣的量增加了,煙氣變的很厚,說明室內溫度在上升。同時,大家注意,這是一個地下建筑,通風條件并不好,和可能在視頻中的排煙口是唯一能夠有效吸入空氣的通風口,空氣從上部吸入地下要相對緩慢一些,這也導致了火場內部缺氧、密閉。

 

當然事后來分析,可能能夠觀察到一定現象,但親臨現場,真的很難。

美國消防員普遍認為抑制回燃發生的最好做法就是垂直排煙,及在房屋上方打開排煙口進行排煙。

 

但國內的混凝土建筑我們很難實施垂直排煙。

 

抑制回燃的個人建議:

排煙前,請謹慎判斷火場內部情況,及時射水冷卻煙氣層、破壞煙氣層;破拆排煙時,不要站在排煙口的正對面,回燃發生時,立即臥倒,緊急避險。

 

最后,我們總結一下常見的、大體上比較熟知的極端火災現象。

 

什么是滾燃,滾燃便是煙氣的燃燒。

什么是轟燃,轟燃便是煙氣的熱輻射。

什么是回燃,回燃便是煙氣的爆炸。

 

所以我們的消防如果能真正了解煙氣,了解煙氣的特性,便能抑制著三種火災現象,能夠確保自身不受到這三種火災現象的傷害。

 

談完這三種極端火災現象后,下一部分我們來說說目前我們還不了解,還較為陌生的極端火災現象:風力驅動下的火災