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消防救援人员灭火救援基础火灾理论知识汇编

来源:应急救援战训营,消防界 黑龙江消防设计服务网 2022-08-24 16:33:09

1.燃烧的定义

燃烧是一种放热发光的化学反应,通常伴有火焰、发光、发烟的现象。燃烧必须具备可燃物、 助燃物( 氧化剂) 以及点火源(能量) 这三个必要条件, 通常称为“燃烧三要素”。但即使具备“燃烧三要素”, 燃烧也不一定会发生, 这三个要素必须相互发生作用并在燃烧过程中存在未受抑制的自由基,燃烧才会发生。构成燃烧的充分条件,即一定浓度的可燃物、一定比例的助燃物、一定能量的点火源以及未受抑制的链式反应。消防人员在控制燃烧时,需要切断其中一个要素或阻止要素之间的相互作用。控制燃烧的方法有降温、移除可燃物、窒息或抑制燃烧链式反应。

燃烧按其形成的条件和瞬间发生的特点一般分为着火、自燃、闪燃和爆炸四种类型。着火是指可燃物质与空气氧化剂共存,达到某一温度时与火源接触即发生燃烧,将火源移除后,仍能继续燃烧,直至可燃物燃尽为止的持续燃烧现象。自燃是指没有外部火花、火焰等点火源的直接作用下,可燃物因受热或依靠自身反应发热并蓄热,导致温度不断升高并自行发生燃烧的现象。闪燃是指易燃、可燃液体表面挥发出来的蒸气与空气混合达到一定的浓度或者某些可燃性固体加热到一定温度后,遇明火发生一闪即灭的燃烧现象。爆炸是指物质由一种状态迅速地转变成另一种状态,并在瞬间以机械功的形式释放出巨大的能量,或是气体、蒸气在瞬间发生剧烈膨胀等现象。

2.燃烧的危害

燃烧主要有缺氧、高温、毒害等危害。

缺氧的危害当环境氧浓度低于 15%时,大部分燃烧将会终止;当氧浓度为 12%~ 15%时,人体会出现缺氧症状,如呼吸急促、头痛、眩晕,浑身疲劳无力,动作迟钝。因此,在灭火作战行动中,当氧气浓度低于 17%时,不能使用消防过滤式综合防毒面具替代正压式消防空气呼吸器。

高温的危害燃烧所产生的高温与消防人员穿着灭火防护服实施高强度作战行动相互作用,使消防人员体内温度积蓄过度,往往导致热射病等因高温引起的人体体温调节功能失调疾病的发生。在作战行动中要注意使用水枪的各种射流交替掩护和战斗轮换。火灾产生的高温还可使周围物质燃烧或发生变形,会引起混凝土、钢结构强度下降,造成火灾蔓延、建筑倒塌、爆炸等。例如, 400℃以上时,混凝土强度降低较明显, 800℃强度完全丧失,结构酥裂破坏;500℃时,钢结构强度下降一半,温度继续上升,结构会很快软化, 600℃时,结构便会因强度缺失而扭曲坍塌。

燃烧产物的危害

燃烧产物是指由燃烧或热解作用产生的全部物质,分为完全燃烧产物和不完全燃烧产物两种。如:二氧化碳属于完全燃烧产物,当空气中含量过高时会导致呼吸加快;一氧化碳属于不完全燃烧产物,它与血液中的血红细胞的亲和力比氧气与血红细胞的亲和力大 300 倍以上。因此,当它们在空气中含量超过一定浓度时,会导致人员窒息、中毒,甚至死亡。目前,已知的燃烧产物中有毒有害气体的种类或成分达数十种( HCL、 H2S、 HCN、 SO2、光气、醛类气体等)。

烟气的危害烟气是一种不完全燃烧产物,由燃烧或热解作用所产生的悬浮固(液)体颗粒以及一氧化碳、二氧化碳、氯化氰等有毒有害气体组成。首先,它会造成消防人员灼伤、中毒、窒息(在无防护的情况下,人在充满烟气环境中停留 1~ 2min 就可能昏倒,停留 4~ 5min 就可能死亡);其次,火灾烟气具有较强的减光作用,影响被困人员安全疏散,阻碍救援人员接近着火点和救人;第三,火灾烟气具有流动性,高温烟气在流动过程中能引燃流经途中的可燃物,易导致火势蔓延扩大;第四,密闭空间里,烟气大量聚集易发生回燃或轰燃现象。

火光的危害

火场中的火光往往看起来不会对消防人员带来危险,但在诸多的案例中显示,可燃物质燃烧产生的强光,尤其是金属物质(例如镁粉)燃烧产生的强光,会对消防人员的视力带来暂时或者永久性伤害,电弧放电产生的光也会对消防人员的视力带来危害。

3.爆炸及爆炸极限

按物质产生爆炸的原因和性质可以分为物理爆炸、化学爆炸、核爆炸。物理爆炸不发生化学反应,是物质因状态变化导致压力发生突变而形成的爆炸,如蒸汽锅炉爆炸、轮胎爆炸、液化石油气钢瓶爆炸等;化学爆炸是物质发生高速放热化学反应,产生大量气体,并急剧膨胀做功而形成的爆炸现象,如炸药的爆炸,可燃气体、可燃粉尘与空气的混合物的爆炸,硝化棉爆炸等。核爆炸是由于原子核裂变或核聚变反应,瞬间释放出巨大能量而发生的爆炸,如原子弹、氢弹爆炸。

爆炸极限是指可燃气体、蒸气或粉尘与空气混合后,能够发生爆炸的最高和最低浓度范围,也称为爆炸浓度极限。引起爆炸的可燃物的最高浓度和最低浓度分别称为可燃物的爆炸上限和爆炸下限。混合物的浓度低于下限或高于上限时,既不能发生爆炸也不能发生燃烧。爆炸极限是评定可燃气体、蒸气和粉尘爆炸危险性大小的重要依据。爆炸下限越低,爆炸范围越广,爆炸危险性越高。

4.回燃、轰燃和火风压

轰燃是指建筑物某一空间内,可燃物的表面全部卷入燃烧的瞬变状态。轰燃主要发生在较密闭的空间,可燃物在高温的作用下不断分解释放出可燃气体,当房间内温度达到400~ 600℃时,室内绝大部分可燃物瞬间同时燃烧。轰燃发生后,室内可燃物出现全面燃烧,可燃物热释放速率迅速增加,室温急剧上升,并出现持续高温,温度可达 800~ 1000℃。之后,火焰和高温烟气在火风压的作用下,会从房间的门窗、孔洞等处大量涌出,沿走廊、吊顶迅速向水平方向蔓延扩散。同时,由于烟囱效应的作用,火势会通过竖向管井、共享空间等向上蔓延。消防人员在处置相对密闭空间的火灾时,应注意观察烟气压力,测定建筑构件温度,并运用侧站位、缓开门、射流冷却、慢进入等战术战法,防止伤害事故发生。

回燃是指当室内火灾通风不良、燃烧处于缺氧状态时,由于氧气的引入导致热烟气发生的爆炸性或快速的燃烧现象。当通风条件较差时,室内火灾燃烧一段时间后,可能会因氧气不足而进入一种不完全燃烧状态,烟气中聚集了大量的可燃气体,当打开门窗或人员进入等原因造成新鲜空气大量进入或烟气流出时,热烟气和新鲜空气形成非均匀预混气体,当点火强度足够,就会发生回燃。回燃发生时,燃烧气体受热迅速膨胀,在高压冲击波的作用下形成火球喷出,对人员安全和建筑结构造成极大威胁和破坏。在处置的安全行动要求上应与轰燃一致。

火风压是指建筑物内发生火灾时,在起火房间内,由于温度上升,气体迅速膨胀,对楼板和四壁形成的压力。火风压的影响主要在起火房间,如果火风压大于进风口的压力,则大量的火灾烟气通过外墙窗口由室外向上蔓延;若火风压等于或小于进风口的压力,则烟火便全部从内部蔓延,当它进入楼梯间、电梯井、管道井、电缆井等竖向孔道以后,会大大加强烟囱效应。处置时避免盲目破门,应用穿刺水枪进行破洞观察和冷却。破门内攻时,除设置水枪掩护外,应在邻近单元预设避逃空间,并撤离电梯前室或楼梯间内人员。

5.火焰颜色及显光性

火焰是正在燃烧的可燃气体或蒸气所占据的发光、放热的空间范围,是指发光的气相燃烧区域。

一切可燃性固体和液体燃烧时形成的火焰,都有焰心、内焰和外焰三个区域。但可燃气体燃烧时形成的火焰,只有内焰和外焰两个区域,而没有焰心区域。

可燃物的化学组成不同、供氧条件不同,火焰会发出不同的颜色。含氧量在 50%以上时,发出不显光(光暗或呈浅蓝色光)的火焰;含氧量在 50%以下时,发出显光(光亮或黄光)的火焰;含碳量大于 60%时,发出显光并伴有大量黑烟的火焰。有机可燃物火焰的明亮程度和颜色主要由火焰中的碳粒子决定。一些无机物质微粒也能决定火焰的显光特性和颜色,见表下表。

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 无机物质微粒及其火焰颜色

通过观察火焰颜色,可以大致判断燃烧物性质。

根据火焰与烟雾的状态,可以判断火灾发展的阶段。消防人员在灭火过程中要及时观察火焰,通过火焰的特性判别燃烧物质及火势发展阶段,有针对性地展开作战行动。掌握不显光火焰的特点,有助于对火势预判。如天然气燃烧时,其火焰在阳光下是用肉眼看不到的,甲酸( HCOOH)、甲醇( CH3OH)、二硫化碳( CS2)、甘油、硫、磷等燃烧的火焰颜色呈蓝(黄)色,白天不易看见,这对灭火工作是不利的,消防人员应特别注意,在扑救这类物质火灾时,一定要通过多种方式确定是否着火,防止火势扩大和发生烧伤事故。

6.烟雾蔓延的途径及速度

在热力的作用下,烟雾的运动方向会呈现出一种向上运动且逐步向外部扩散的趋势。火灾烟气的蔓延途径分为垂直方向蔓延和水平方向蔓延两种。在建筑火灾中烟雾的主要蔓延的途径有:竖井管道和孔洞、内墙门洞、外墙窗口等。烟雾扩散流动速度与烟雾温度和流动方向有关。烟雾在水平方向的扩散流动速度较小,在火灾初期为 0.3m/s,在火灾中期为 0.5~ 0.8m/s。烟雾在垂直方向的扩散流动速度较大通常为 3~ 5m/s。在楼梯间或管道竖井中,当室外温度低于室内温度时,烟雾随内外温差由建筑物底部扩散至到建筑物顶部, 并形成一股强烈的上升气流, 这种现象称为烟囱效应, 由于“烟囱效应”产生的抽力, 烟气上升流动速度更大,可达 8m/s,甚至更高。烟囱效应是建筑火灾中烟气快速流动和蔓延的主要因素之一,建筑的高度越高,烟气流动性越强,烟囱效应越显著。

7.影响火势蔓延的因素

火灾的蔓延方式与起火点、建筑材料、物质的燃烧性能、可燃物的数量以及火场周围条件等因素有关,而热量的传递是引起建筑火灾蔓延的本质原因。火灾除了通过直接燃烧(火焰接触)蔓延外,还通过热对流、热辐射、热传导等热量传递方式进行蔓延。

热传导是指固体热传递的主要方式,属于接触式传热,是连续介质直接传递热量而又没有各部分之间相对宏观位移的一种传热方式。影响热传导的因素有温度、物体导热能力、导热体厚度、截面积、导热时间等。温差越大、导热体截面积越大、厚度越小、导热时间越长,传导的热量越多。

热对流是指流体间相互传热的主要方式,指流体的各部分之间发生相对位移,冷热流体相互掺混引起的热传递现象。作为热传递的重要方式,热对流是影响建筑内初期火灾发展的最主要因素。

热辐射是指热辐射指物体因自身温度通过电磁波向外传递能量的现象。热辐射是远距离传热的主要方式,温度越高,辐射越强,能不依靠任何介质而把热量直接从一个系统传给另一系统。火灾在建筑物之间的蔓延主要依靠辐射热的作用。辐射热受着火建筑以及相邻建筑特性的影响,其强度与消防扑救力量、火灾延续时间、可燃物的性质和数量、外墙开口面积的大小、建筑物的长度和高度以及气象条件等因素有关。

飞火是指在热对流的作用下,有些正在燃烧的物质会借着热对流产生的动力抛向空中,形成飞火。由于飞火所含的热量少,如果仅仅是落到建筑的可燃物上,也不易形成新的起火点。即使如此,飞火对建筑物火灾蔓延的影响也不能完全忽略。如果飞火和热辐射相配合,往往比单纯的热辐射更容易使相邻的建筑物提前被引燃。

8.火灾的定义及分类

火灾是指在时间或空间上失去控制的燃烧所造成的灾害,火灾的发生、发展过程始终伴随着热传播过程。热传播的途径有热传导、热对流和热辐射。

火灾按燃烧对象可分为六类:

A 类火灾:固体物质火灾,如木材、干草、煤炭、棉、毛、麻、纸张等火灾。这种物质通常具有有机物质性质,一般在燃烧时能产生灼热的余烬。

B 类火灾:液体或可熔化的固体物质火灾,如煤油、柴油、原油、甲醇、乙醇、沥青、石蜡、塑料等火灾。

C 类火灾:气体火灾,如甲烷、氢气、一氧化碳等火灾。按可燃气体与空气混合时间, C 类火灾可分为预混燃烧和扩散燃烧两种,其中失去控制的预混燃烧会产生爆炸,这是 C 类火灾最危险的燃烧方式。

D 类火灾:金属火灾,如锂、钠、钾等火灾。D 类火灾发生时热量很大,为普通燃料的 5~ 20 倍,有的火焰温度高达 3000℃,且高温条件下金属性质特别活泼,能与水、二氧化碳、氮、卤素及含卤化合物发生反应,使常用灭火剂失去作用。

E 类火灾:带电火灾,如架空电线、变压器、配电箱等火灾。

F 类火灾:烹饪器具内的烹饪物(如动植物油脂)火灾。消防人员可以通过确定火灾类别,选择使用灭火剂和扑救方法。

9.火灾的等级

生产安全事故等级标准,消防救援机构将火灾分为特别重大火灾、重大火灾、较大火灾和一般火灾四个等级。特别重大火灾是指造成 30 人以上1死亡,或者 100 人以上重伤,或者 1 亿元以上直接财产损失的火灾。重大火灾是指造成 10 人以上 30 人以下2死亡,或者 50 人以上 100 人以下重伤,或者 5000 万元以上 1 亿元以下直接财产损失的火灾。较大火灾是指造成 3 人以上 10 人以下死亡,或者 10 人以上50 人以下重伤,或者 1000 万元以上 5000 万元以下直接财产损失的火灾。一般火灾是指造成 3 人以下死亡,或者 10 人以下重伤,或者 1000 万元以下直接财产损失的火灾。

10.火灾荷载及火灾荷载密度

火灾荷载是指某一空间内所有物质(包括装修、装饰材料)的燃烧总热值,单位通常为 mj。当我们把一个空间内所有的可燃材料的热能等值地转化成当量的木材数量来表示该区间内的火灾荷载时,单位用 kg 代替。火灾荷载密度是指单位面积上的火灾荷载,单位一般为mj/m2或 kg/m2。一般住宅楼的火灾荷载密度约 35~ 60kg/m2。

11.室内火灾的发展阶段

火灾初起阶段

火灾初起时,随着火苗的发展,燃烧产物中有水汽、二氧化碳产生,还产生少量的一氧化碳和其它气体,有热量散发,火焰温度可能在 500℃以上,室温略有增加。这一阶段火势发展的快慢随着引起火灾的火源、可燃物的特点不同而呈现不同的趋势。

火灾发展阶段

火灾发展阶段,也称为自由燃烧阶段。该阶段辐射热急剧增加,辐射面积增大,燃烧会扩大到整个室内,并有可能出现轰燃。火灾发生后,周围环境温度逐步上升,物质分解生成烟和毒性气体,并随热气流上升到顶部;热的烟粒子向四周辐射热量,引起室内可燃物热分解,产生大量可燃气体。室内的上层气温达400~ 600℃即发生轰燃,火灾达到全面发展阶段,系统处于高温状态。火焰包围所有可燃物,燃烧速度最快,环境温度明显上升,温度可达 700℃以上。

火灾下降阶段

随着燃烧的进行,可燃物减少;如果通风不良,有限空间内氧气被渐渐消耗,则可燃物不再发出火焰,已燃烧的可燃物呈阴燃状态,室内温度降至 500℃左右。但是,这样的高温仍能使可燃物分解出较轻的气体,如氢气、甲烷等。次时,若因不合理的通风,突然引入较多的新鲜空气,则仍有发生轰燃的危险。如果火灾烧穿门窗、屋顶,则在可燃物全部燃尽后,才进入下降阶段。

12.灭火供给强度

灭火供给强度是指单位面积、单位周长或某一点上在单位时间内扑灭火灾的灭火剂供给量,主要通过喷射器具的流量和控制面积或通过喷射器具的流量和控制周长来确定, 一般作为一个标准值标记在喷射器具上, 单位名称为“L/s·m2”。在已知灭火供给强度的情况下即可通过计算得出扑灭火灾的最小供水量。但在实际运用中,理论灭火供给强度值计算得出的用水量往往小于实际用水量,此外,通过实验已经证明当实际供水强度大于 3 倍理论值的情况下,灭火效果并没有显著的提高,所以实战中应用灭火供给强度的使用范围在理论值至 3 倍理论值之间。

13.灭火方法

灭火方法是为了破坏已经形成的燃烧条件或者使燃烧反应中的游离基消失,迅速熄灭或阻止物质燃烧的措施。

灭火的方法主要有冷却、隔离、窒息和抑制。冷却法将灭火剂直接喷射到燃烧物上,降低燃烧物的温度至燃点以下,使燃烧停止;或者将灭火剂喷洒在火源附近的物体上,使其不受辐射热的影响, 避免形成新的火点。在采用冷却灭火时, 应按照“不见明火不射水”的原则减少水渍损失。

隔离法将未燃烧的物质与正在燃烧的物质隔开或疏散到安全地点,燃烧会因缺乏可燃物而停止,适用于扑救各类火灾。

窒息法隔绝空气或稀释燃烧区的空气氧含量,使可燃物得不到足够的氧气而停止燃烧,适用于扑救易封闭的容器设备、房间、洞室和工艺设备、船舱、仓库等较小空间。

抑制法将有抑制作用的灭火剂喷射到燃烧区,并参加到燃烧反应过程中去,使燃烧反应过程中产生的游离基消失,形成稳定分子或低活性游离基,从而使燃烧反应停止,达到灭火的目的。在火灾中采用什么样的灭火方法应根据燃烧物质的性质、燃烧特点和火场的具体情况,以及消防器材装备的性能进行选择。有些火场往往需要同时使用几种灭火方法,如用干粉灭火时,还要采用水进行必要的冷却降温,以防止复燃;又如扑救油罐火灾时,用泡沫对罐内油品进行覆盖灭火的同时,还需用水对罐壁进行冷却降温。

14.灭火剂的选择

灭火剂是能有效破坏燃烧条件或对燃烧反应过程起抑制作用,使燃烧终止的物质。

扑救可燃液体火灾

液体火灾的扑救通常使用泡沫灭火剂,主要是利用泡沫覆盖隔离和窒息的原理,阻止可燃蒸气挥发同空气混合,根据火势大小不同还会选用干粉或二氧化碳灭火剂。很多液体不溶于水,如果用水扑救会导致蒸气加速蒸发,或形成流淌火造成火势蔓延。

扑救可燃气体火灾

处置压缩气体和液化气体泄漏火灾时,要确定其理化性质,做好个人防护,不能盲目扑灭泄漏处燃烧火势,优先考虑关阀断料,冷却控制,适时选择干粉、二氧化碳等灭火剂。

扑救电器火灾

扑救电器火灾必须断电,断电以后根据燃烧物性质选择灭火剂,如固体用水,液体用泡沫。若无法断电或不确定是否断电时,灭火剂应选择沙土、干粉、二氧化碳等。必须用水时,应采用点射或细水雾。选择任何一种灭火剂扑灭电器火灾时,必须做好接地保护,并佩戴绝缘手套。

扑救金属火灾

许多金属如果在特定条件下均可以发生燃烧,并伴有强光和高热量,一些金属能与水发生化学反应。扑救金属火灾时,需要有专业人员进行技术指导,通常用沙土、水泥作为灭火剂,也可使用卤代烷灭火剂和金属火灾干粉灭火剂等。

来源:应急救援战训营,消防界


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