致消防員傷亡率最高的火災現象「轟燃與回燃」
滅了多年的火,很多人都沒遇到過轟燃或者回燃(臺灣叫爆燃),因為遇上的戰友基本上都成烈士了,沒找到現身說法的戰友。這里翻譯一篇fireengineering里關于轟燃和回燃很棒的一篇文章,與大家共同學習!
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轟燃和回燃已經被混淆了多年。混淆的部分原因是它們產生了極為相似的結果——一場充滿整個房間或區域的大火。然而,它們發生的方式和原因是截然不同。對這些現象的誤解也在不斷演變。在這些錯誤的概念中,有一種說法是轟燃將在火災發生后四分鐘內發生,而回燃只會在高度封閉的建筑中出現。這都是危險的誤解。轟燃的發生沒有時間限制,而且在給定適當條件的情況下,幾乎任何封閉的空間都可能發生回燃。
轟燃
轟燃的定義是:由于熱輻射的反饋,一個房間或一個區域從地面到天花板突然卷入燃燒現象(在室內火災中,室內所有可燃物表面全部卷入燃燒的瞬變狀態)。熱輻射的反饋就是火焰的熱量輻射到屋內的所有物體表面,包括墻面、地板、天花板,使屋內所有物體表面溫度快速升至燃點,屋內物體瞬間同時燃燒,即為轟燃。這表明轟燃是一種溫度驅動(燃料控制燃燒)的現象。它要求火焰的輻射熱使物體溫度快速升高,并瞬間同時燃燒。轟燃標志著火災進入了全面發展(猛烈燃燒)階段。
另一個需要理解的重要概念是轟燃的物理原理。有幾個因素影響房間是否會發生轟燃。房間的大小、可燃物、空氣供應、房間的隔熱性這幾個因素相結合決定了一個房間是否有發生轟燃的可能。房間越小,轟燃發生的越早。小房間由于體積原因使熱輻射傳播更迅速。在高天花板的大房間,需要更長的時間加熱屋頂下方的可燃物。當輻射熱需要傳播更遠的距離時,會損失能量。小房間里物體更為接近,加快了輻射熱的吸收。房間內的物體影響轟燃發生的可能性。一個充滿易燃家具的房間更容易發生火災,因為產生更多的熱量,更多的輻射熱,轟燃發生的可能性越大。
空氣供給對于火災發展成轟燃至關重要。大多數火災都是通風控制,而不是燃料控制。房間內普遍有足夠的東西(燃燒載荷)來制造一場大火。需要的是空氣來“扇動”火焰。通風控制的火災將在下面回燃的部分討論。
最后,房間的隔熱性會影響到熱輻射的反饋效率。墻壁和天花板的隔熱阻止熱量從其他地方溢出,因此增加了房間發生轟燃的可能性。
消防員在火場中前進時是不會察覺這些影響因素的。因此,必須讓大家了解這些警示跡象,以確保人員的安全。
轟燃的警示標志包括高溫,它是由房間內火焰本身的熱量和輻射熱共同作用產生。這種熱度會很強。在發生轟燃的情況下,房間的所有物體都會達到著火點,包括消防員所在區域。在穿著戰斗服時感到任何溫度的突然上升都表明轟燃即將到來。
Rollover(火球)是從著火區域冒出來的黑煙里翻滾的火焰。也可以看做是從煙霧里沖出來的火蛇。Rollover(火球)是轟燃的正在發展的早期征兆。
黑煙是轟燃的另一個標志。這聽起來有些荒謬,但我說的是黑煙,之所以黑煙是黑色的是因為沒有其他顏色在黑煙中可以看到,就像你看到輪胎燃燒的那種類型,這種黑煙中含有大量未燃燒的燃料,可以稱之為“黑火”。“黑火”僅需要適量的空氣混合就可以點燃。這種黑煙也包含驚人的能量,將會猛烈的滾出著火區域,把熱量帶到所有空隙和隱蔽空間里。“黑火”增加閣樓里火災蔓延和煙氣擴散的可能性。
預防轟燃的發生
預防轟燃有兩種方式。適當的通風可以防止轟燃。通風可以讓過熱的空氣和可燃氣體從房間或區域溢出。這可以通過水平或垂直的通風來完成。減少受熱的天花板層會降低了熱輻射反饋和發生轟燃的可能性。要注意的是,排出可燃氣體時,不應將消防員暴露其中以防受傷,也不能將熱量和煙氣擴散到建筑未著火區域。如果這些可燃氣體被點燃會帶來更大麻煩。
降低轟燃發生可能性的第二個方式是用水冷卻著火區域。大多數人都被告知不要在濃煙中打開水槍。這是正確的。但是正如我們所學,難道我們沒聽過在消防領域沒有不可能嗎?這也是對的。在這種情況下,你可以在濃煙打開水槍的原因是黑煙,它是轟燃即將發生的征兆,被稱為“黑火”。如果你看到黑煙,而且隔著防護服感到熱量快速上升,即使你看不到翻滾的火蛇,你也必須打開水槍對準黑火。這會降低轟燃發生的可能性。在這種緊急情況下,水槍應該這樣操作。
從轟燃中逃生
從轟燃中逃生幾乎不可能。能夠識別轟燃發生的征兆,知道如何防止轟燃發生,這能最大限度的保證你的安全。我們不光要認識警示信號,還必須能夠對他們做出反應。轟燃可能在10秒內發生。一般消防員在這段時間內能向出口移動大約5英尺。如果不能打開水槍,那就從窗戶翻出去或者去別的房間關上門。這將在一定程度上保護你。
在轟燃發生時,一個全副武裝的消防員有很大的存活機會。但是即使一個完全封閉的消防員也存在風險。人的皮膚在華氏124度(51.1攝氏度)會燒傷。沒有空呼的情況下,只要呼吸幾口華氏300度(148.9攝氏度)的空氣就會燒傷呼吸道,這將使你因窒息而死亡。在轟燃發生時,溫度會超出防護服的耐火極限數千度。
2004年11月23日,紐約Monsey的一處商鋪火災,三名消防員在商店著大火前幾秒鐘撤了出來。事后的報告中指出,火災發生時,商店員工試圖在撥打火警前進行滅火,耽誤了火災撲救。消防員到場后發現很濃的煙從商店冒出,然后出了一支水槍進入商鋪滅火。隊長Andy Schlissel發現了轟燃的前兆,命令隊員們撤出。他說:如果晚二十秒,你將會找到三具燒焦的尸體。一次協同的進攻后,火勢得到了控制,僅燒到了相鄰店鋪很少一部分。
Schlissel在紐約波莫納Rockland縣消防訓練中心接受的訓練防止了這次火災中造成人員傷亡。Rockland縣是紐約為數不多擁有轟燃模擬器的幾個縣之一。這個改裝過的集裝箱能夠產生可控的轟燃,為學生們提供了實戰經驗。
回燃
回燃是一種煙氣爆炸,當多余的空氣進入陰燃火災空間,可燃氣體達到可燃濃度,以爆炸的形式被點燃。(一個充滿不完全燃燒產物的房間內流人氧氣時發生的快速的爆燃過程)回燃是空氣驅動(通風控制燃燒)現象,和轟燃不同,轟燃是溫度驅動(燃料控制燃燒)。事實上,大多數火災都是通風控制的,而不是燃料控制的,這一點在理解回燃現象時至關重要。
火災已經開始并發展,可能有,也可能沒有足夠的熱輻射反饋發生轟燃,但它已經消耗了屋內的可燃物,現在正在利用屋內所有的氧氣“燃燒自己”,空氣中氧氣的正常含量大約是21%,14%以下時可見火焰減少。房間內物體仍在著火溫度,當氧氣進入時,將會重新燃燒起來,而這些熱氣將以爆燃的形式點燃。這是回燃。回燃發生時所產生的爆炸力是由空間中過熱氣體量和進入的氧氣量決定的。這爆炸力能打破窗戶,摧毀墻壁,傷害消防員。
(一)
回燃在氣體冷卻至著火溫度前,任何時候都有可能發生,即使是火災的衰減階段。如果氣體在氧氣進入前被冷卻,回燃就不會發生,但是房間仍會被燒毀。
在火場上的所有人必須了解回燃的征兆。通常,第一組人員(距離較近的前沿人員吧)不會發現濃煙或者煙霧伴有噼啪聲或者煙霧被倒吸回建筑內,在遠處的人通常能發現這些跡象。隊長或者他們的助手在街對面設立一個指揮部,很可能看到這種煙霧。消防車駕駛員在街的盡頭連接消火栓,也處在能看到的位置。卡車(美劇里看到是指器材救援車吧)司機在他的位置上好好觀察大樓時也可以看到。希望現在還不算晚。一個很小的陰燃火或者一些臟的碎玻璃可能不會被發現。通常,我們視野會比較狹窄:我們看到一場小火,繼續前進,這將我們置入了危險的境地。
如果懷疑有回燃的可能,適當的通風可以防止。通風口必須設置在火的上方,這樣使得過熱的燃氣能夠在氧氣含量較少,多余的氧氣還未被引入之前離開室內。
(二)
回燃和轟燃一樣都是不確定和致命的。認識這些征兆并保持冷靜將會給你最大的存活機會。你應該配齊裝備,這點自不用說。
在凌晨三點,關著的商鋪卷簾門后并不總是發生回燃。記住回燃也被稱為煙氣爆炸,這一術語來自于當消防員偵察火災蔓延時的一些小事件。
在多層居民樓的低層發生火災時,熱量和煙氣可能充滿著火建筑。這些煙會被困在閣樓、天花板和屋頂之間的空間。被派去偵察火災蔓延的隊員會拉開天花板,導致氧氣進入閣樓,熱氣與空氣混合,閣樓會發生回燃。這是怎么發生的呢?現在我們知道是一氧化碳,這個空間內可能充滿了一氧化碳。除了一氧化碳的其它危險性,記住它還是可燃的。下圖中比較了一氧化碳和其他常見可燃氣體。這對消防員意味著什么?一氧化碳能在相對較低的溫度下(無論是火災)和幾乎任何混合物混合燃燒「爆炸濃度極限很寬」。
當被派去偵察火災蔓延情況時,可以先打一個小的檢查孔。在靠門的位置開個孔,一開始開小一點。戳一個小孔會限制進入閣樓或其他封閉空間的氧氣量。如果你讓足夠的空氣進入空間點燃混合氣體,你要站在靠門的安全位置。如果你在房間中間拉下一大塊,閣樓會點燃,整個天花板會砸在你頭上。
如果孔里可以看到可能發生火災,在天花板被拉下來之前先出一支水槍。記住,你是被派去做火情偵察的,如果發現了火,難道你要通過暴露所有火卻沒有辦法撲滅它這種方式來完成你火情偵察的任務嗎?
(三)
轟燃和回燃需要多了解,因為工作中的一些因素增加了它們發生的頻率。火災荷載可能是當今消防員面對的最大因素。確實,火災現在發生越來越頻繁。這是兩種火災荷載因素作用的結果—更多的塑料和更多的填充物組合。
20世紀50年代的房屋火災中,木頭、棉花和紙張所釋放的熱量平均每磅約8000Btus。聚氨酯類,軟塑料每磅釋放12000磅Btus。這些軟塑料包括泡沫墊、地毯等。電視機、錄像機、玩具以及家里所有其他塑料制品這類聚苯乙烯硬塑料,每磅產生18000Btus。
看看你家里有什么。你記得小時候有那么多東西嗎?也許你需要問問你的父母或祖父母以得到正確的觀點。每一代人都希望看到他們這一代比上一代做得更好。如何衡量?更多的東西。
自上世紀70年代的能源危機以來,建筑就像建筑材料一樣密封得緊緊的。國家能源法規現在正在執行能源效率標準。除了使墻壁和天花板更加高效節能外,還設計了節能窗戶來隔熱,以前,窗戶是火災的最佳指示器。墻壁和天花板的隔絕將熱量限制在建筑內。被困的熱量增加了產生轟燃所需的熱能輻射反饋。熱玻璃窗將熱量控制在窗玻璃之間的“死空氣”中,推遲了玻璃破碎時間,阻止火焰自行通風。當需要通風時,雙層玻璃窗很難破裂。
電子檢測設備已發展成為一個市場上的常見商品。防盜和火災探測設備現在可以在任何類型的房屋中找到。這種早期的探測設備為消防提供了最早的火災通知。然而,這有好處也有缺陷。早期的探測器可能會誘使消防員進入處在火災初始階段的建筑內 (即不會致命的階段)。有可能會錯過火災發展一些警示征兆(即致命階段)。危險在于,當我們進入建筑時,火災進入了下一階段。
保護消防員的唯一方法是訓練他們了解火場環境。我們必須能夠識別出火災所發出的信號。我們都必須注意整個現場,并意識到我們所處的建筑和周圍的環境,這樣我們就不至于被困火場,在這個問題上幾乎沒有第一手的資料。大多數有這些經歷的人已經不在這兒,無法和我們分享。我們需要學習,這樣我們才能生存。
本文作者「CHRISTOPHER FLATLEY」。他是紐約消防局一名16年工作經驗的老消防員,他被任命為曼哈頓21號云梯車的副隊長。在晉升之前,他在2號云梯隊。他是一名全國注冊的消防教練,任教于紐約波莫納的Rockland縣消防訓練中心。他是FDIC「Fire Department Instructor Conference」的主持人。原文請點擊下方原文鏈接。