火災基礎知識主要包括火災的定義、分類與危害,火災發生的常見的原因,建筑火災蔓延的機理與途徑,滅火的基本原理和方法等內容。
第一節:火災的定義、分類與危害
一、火災的定義
根據《消防詞匯第1部分:通用術語》(GB/T5907.1-2014),火災是指在時間或空間上失去控制的燃燒。
二、火災的分類
(一)按照燃燒對象的性質分類
按照《火災分類》(GB/T4968-2008)的規定,火災分為A、B、C、D、E、F六類。
A類火災:固體物質火災。這種物質通常具有有機物性質,一般在燃燒時能產生灼熱的余燼。例如:木材、棉、毛、麻、紙張等火災。
B類火災:液體或可熔化固體物質火災。例如:汽油、煤油、原油、甲醇、乙醇、瀝青、石蠟等。
C類火災:氣體火災。例如,煤氣、天然氣、甲烷、乙烷、氫氣、乙炔等火災。
D類火災:金屬火災。例如,鉀、鈉、鎂、鈦、鋯、鋰等火災。
E類火災:帶電火災。物體帶電燃燒的火災。例如:變壓器等設備的電氣火災等。
F類火災:烹飪器具內的烹飪物(如動物油或植物油脂)火災。
(二)按照火災事故所造成的災害損失程度分類
根據國務院2007年4月9日頒布的《生產安全事故報告和調查處理條例》(國務院令第493號)規定的生產安全事故等級標準,消防機構將火災相應地分為特別重大火災、重大火災、較大火災和一般火災四個等級。
火災等級? ? ?死亡人數? ? ? ? ? 重傷人數? ? ? ? ? ? ?財產損失
特別重大? ? 火災死亡≥30? ? ?重傷 ≥100? ? ? ? ? ?財損≥1億
重大火災? ? ?10≤死亡<30? ?50≤重傷<100? ? ?5000萬≤財損<1億
較大火災? ? ?3≤死亡<10? ? ?10≤重傷<50? ? ? 1000萬≤財損<5000萬
一般火災? ? ?死亡<3? ? ? ? ? ? 重傷<10? ? ? ? ? ? 財損<1000萬
三、火災的危害
(一)危害生命安全
建筑物火災會對人的生命安全構成嚴重威脅。主要來自以下幾個方面:
一是建筑物采用的許多可燃性材料,在起火燃燒時產生高溫高熱,對人的肌體造成嚴重傷害,甚至致人休克、死亡。大約占整個火災死亡人數的1/4;
二是建筑物內可燃材料燃燒過程中釋放出的一氧化碳等有毒氣體,人吸入后會產生呼吸困難、頭痛、惡心、神經系統紊亂等癥狀。約有3/4的人是吸入有毒煙氣后死亡的。
三是建筑物經燃燒,達到甚至超過了承重構件的耐火極限,導致建筑整體或部分構件坍塌,造成人員傷亡。
(二)造成經濟損失
火災造成的經濟損失主要以建筑火災為主,體現在以下幾個方面:
一是火災燒毀建筑物內的財物,破壞設施設備,甚至會因火勢蔓延使整幢建筑物化為廢墟;
二是建筑物火災產生的高溫高熱,將造成建筑結構的破壞,甚至引起建筑物整體倒塌。
三是撲救建筑火災所用的水、干粉、泡沫等滅火劑,不僅本身是一種資源損耗,而且將建筑內的財物遭受水漬、污染等損失。
四是建筑火災發生后,因建筑修復重建、人員善后安置、生產經營停業等,會造成巨大的間接經濟損失。
(三)破壞文明成果
一些歷史保護建筑、文化遺址一旦發生火災,除了會造成人員傷亡和財產損失外,大量文物、典籍、古建筑等諸多的稀世瑰寶面臨燒毀的威脅,這將對人類文明成果造成無法挽回的損失。
(四)影響社會穩定
當重要的公共建筑、單位發生火災時,會在很大范圍內引起關注,并造成一定程度的負面效應,影響社會穩定。
(五)破壞生態環境
火災的危害不僅表現在毀壞財物、造成人員傷亡、而且還會破壞生態環境。森林火災的發生,會使大量的動物和植物滅絕,環境惡化,氣候異常,干旱少雨,風暴增多,水土流失,導致生態平衡破壞,引發饑荒和疾病的流行,嚴重威脅人類的生存和發展。
第二節 火災發生的常見原因
一、電氣
據有關資料統計,我國發生的電氣火災一直居高不下,每年都在10萬起以上,占全年火災總數的30%左右。
電氣火災原因復雜,主要與電氣線路故障、電氣設備故障以及電加熱器具使用不當等因素有關。
二、吸煙
點燃的香煙及未熄滅的火柴桿溫度可達到800℃,能引燃許多可燃物質,在起火原因中占的相當的比重。2016年,全國因吸煙引發的火災占火災總數的7.7%
三、生活用火不慎
生活用火不慎主要是指城鄉居民家庭生活用火不慎。2016年,全國因生活用火不慎引發的火災占火災總數的21.1%
四、生產作業不慎
生產作業不慎主要是指違反生產安全制度引起火災。2016年,全國因生產作業不慎引發的火災占火災總數的3.3%
五、玩火
未成年人因缺乏看管,玩火取樂,也是造成火災發生常見的原因之一。燃放煙花爆竹也屬于“玩火”的范疇。我國每年春節期間火災頻繁,其中70%~80%是由燃放煙花爆竹所引起的。2016年,全國因玩火引發的火災占火災總數的3.5%
六、放火
放火是指人蓄意制造火災的行為。2016年,全國因放火引發的火災占總數的1.4%
七、雷擊
雷電導致火災原因大體上有三種:
一是雷電直接擊在建筑物上發生熱效應、機械效應作用等;
二是雷電產生靜電感應作用和電磁感應作用;
三是高電位雷電波沿著電氣線路或金屬管道系統侵入建筑物內部。
另外,一些森林火災往往是由于雷擊所引起的
2016年,全國雷擊引發的火災約占火災總數的0.1%
第三節 建筑火災發展及蔓延的機理
一、建筑火災蔓延的傳熱基礎
熱量傳遞有三種基本方式,即熱傳導、熱對流和熱輻射。
熱傳播的形式與起火點、建筑材料、物質的燃燒性能和可燃物的數量等因素有關。
火場上,可以用熱通量,即單位時間通過單位面積的熱量大小,來衡量熱能傳遞的強度。依據熱傳遞方式的不同,熱通量分為傳導熱通量、對流熱通量和輻射熱通量。
(一)熱傳導
熱傳導又稱導熱,屬于接觸傳熱,是連續介質就地傳遞熱量而又沒有各部分之間相對的宏觀位移的一種傳熱方式。不同物質的導熱能力各異,通常用熱導率(即單位溫度梯度時的熱通量)表示物質的導熱能力。
(二)熱對流
熱對流又稱對流,是指流體各部分之間發生相對位移,冷熱流體相互摻混引起熱量傳遞的方式。一般來說,建筑發生火災過程中,通風孔洞面積越大,熱對流的速度越快;通風孔洞所處位置越高,對流速度越快。熱對流對初期火災的發展起重要作用。
(三)熱輻射
輻射是物體通過電磁波來傳遞通量的方式。熱輻射是因熱的原因而發出輻射能的現象。輻射換熱是物體間以輻射的方式進行的熱量傳遞。是一種非接觸傳遞通量的方式。
火場上的火焰、煙霧都能輻射熱能,輻射熱能的強弱取決于燃燒物質的熱值和火焰溫度。物質熱值越大,火焰溫度越高,熱輻射也越強。輻射熱作用于附件的物體上, 能否引起可燃物質著火,要看熱源的溫度、距離和角度。
二、建筑火災煙氣的流動過程
火災發生在建筑內時,煙氣流動的方向通常是火勢蔓延的一個主要方向。500℃以上熱煙所到之處,遇到的可燃物都有可能被引燃。煙氣的流動會受到建筑結構、開口和通風條件等限制。建筑內墻門窗、樓梯間、豎井管道、穿墻管線、悶頂以及外墻面開口等成為煙氣蔓延的主要途徑。
(一)煙氣流動的路線及特點
建筑發生火災時,煙氣擴散蔓延主要呈水平流動和垂直流動。在建筑內部,煙氣流動擴散一般有三條路線。
第一條,也是最主要的一條:著火房間—>走廊—>樓梯間—>上部各樓層—>室外;
第二條:著火房間—>室外;
第三條:著火房間—>相鄰上層房間—>室外。
1、著火房間內的煙氣流動
火災過程中,由于熱浮力作用,燃燒產生的熱煙氣從火焰區直接上升到樓板或者頂棚,然后會改變流動方向沒頂棚水平擴散。由于受冷空氣摻混以及樓板、頂棚等建筑圍護結構的阻擋,水平方向流動擴散的煙氣溫度逐漸下降并向下流動。逐漸冷卻的煙氣和冷空氣流向燃燒區,形成了室內的自然對流流動,火越燒越旺。著火房間內頂棚下方逐漸積累形成穩定的煙氣層。
描述室內煙氣流動特點和規律涉及幾個重要的概念,包括煙氣羽流、頂棚射流、煙氣層沉降。
(1)煙氣羽流。一般建筑房間內,可燃固體受外界影響發生陰然,當達到一定溫度并且有適當通風的條件下,陰然轉變為明火燃燒。燃燒中,火源上方的火焰及燃燒生成的流動煙氣通常稱為火羽流。在燃燒表面上方附近為火焰區,可分為連續火焰區和間歇火焰區?;鹧鎱^上方為燃燒產物即煙氣的羽流區,其流動完全由浮力效應控制,一般稱其為煙氣羽流或浮力羽流。
(2)頂棚射流。當煙氣羽流撞擊到房間的頂棚后,沿頂棚水平運動,形成一個較薄的頂棚射流層,稱為頂棚射流。由于它的作用,使安裝在頂棚上的感煙探測器、感溫探測器和灑水噴頭產生響應,實現自動報警和噴淋滅火。頂棚射流的最大溫度和最大速度值是估算火災探測器和噴頭熱響應的重要基礎。
(3)煙氣層沉降。隨著燃燒持續發展,新的煙氣不斷向上補充,室內煙氣層的厚度逐漸增加。在這一階段,上部煙氣的溫度逐漸升高、濃度逐漸增大,如果可燃物充足,且煙氣不能充分地從上部排出,煙氣層將會一直下降,直到浸沒火源。
2、走廊的煙氣流動
著火房間內煙氣向走廊的擴散流動是火災煙氣流動的主要路線。
火災試驗表明,煙氣在走廊中的流動是呈層流流動狀態的,這個流動過程主要有兩個特點:一是煙氣在上層流動,空氣在下層流動,如果沒有外部氣流干擾的話,分層流動狀態能保持40~50m的流程,上下兩個流體層之間的摻混很微弱;但若流動過程中遇到外部氣流干擾時,如室外空氣送進或排氣設備排氣時,則層流狀態將變成紊流狀態。二是煙氣層的厚度在一定流程內維護不變,從著火房間排向走廊的煙氣出口起算,通??蛇_20~30m左右。當煙氣流過比較長的路程時,由于受到走廊頂棚及兩側墻壁的冷卻,兩側的煙氣沿墻壁開始下降,最后只在走廊斷面的中部保留一個接近圓形的空氣流股。
3、豎井中的煙氣流動
煙氣在豎井流動過程中,當豎井內部溫度比外部高時,相應內部壓力也會比外部高。此時,如果豎井的上部和下部都有開口,氣體會向上流動,且在一定高度形成壓力中性平面(室內外壓力平衡的理論分界面,簡稱中性面)。對于開口截面積較大的建筑,相對于浮力所引起的壓差而言,氣體在豎井內流動的摩擦阻力可以忽略不計,由此可認為豎井內氣體流動的驅動力僅為浮力。
(二)煙氣流動的驅動力
1、煙囪效應
在豎井中,由于浮力作用產生的氣體運動十分顯著,通常稱為煙囪效應,在火災過程中,煙囪效應是造成煙氣向上蔓延的主要因素。
2、火風壓
火風壓是指建筑物內發生火災時,在起火房間內,由于溫度上升,氣體迅速膨脹,對樓板和四壁形成的壓力。
3、外界風的作用
風的存在可在建筑物的周圍產生壓力分布,而這種壓力分布能夠影響建筑物內的煙氣流動。
三、建筑室內火災的發展階段
在不受干預的情況下,室內火災發展過程大致可分為初期增長階段(也稱轟燃前階段)、充分發展階段(也稱轟燃后階段)和衰減階段。
四、建筑室內火災的特殊現象
室內火災發展過程中出現的轟燃現象,是火災發展的重要轉折點。
(一)轟燃
轟燃是指室內火災由局部燃燒向所有可燃物表面都燃燒的突然轉變。轟燃發生的特征包括:一是頂棚附件的氣體溫度超過某一特定值(約600度);二是地面的輻射熱通量超過某一特定值(約20kW/m2);三是火焰從通風開口噴出。
轟燃發生之前的征兆:
(1)屋頂的熱煙氣層開始出現火焰。
(2)出現滾燃現象。
(3)熱煙氣層突然下降。
(4)溫度突然增加。
(二)回燃
根據美國消防協會(NFPA)的定義,回燃是指當室內通風不良、燃燒處于缺氧狀態時,由于氧氣的引入導致熱煙氣發生的爆炸性或快速的燃燒現象。
第四節 防火和滅火的基本原理和方法
根據燃燒基礎理論,可燃物、助燃物和引火源三個條件必須同時具備且相互作用,燃燒才能發生。防火和滅火的基本原理,是基于對燃燒條件理論運用的結果。其中,防火原理在于限制燃燒條件的形成,滅火原理則是破壞已觸發的燃燒條件。
一、防火的基本方法
(一)控制可燃物
以難燃、不燃材料代替可燃材料;
降低可燃物質在空氣中的濃度;
將可燃物與化學性質相抵觸的其他物品隔離保存,并防止“跑、冒、漏、滴”等
(二)隔絕助燃物
對于一些易燃物品,采用隔絕空氣的方法來儲存
(三)控制引火源
通常做法有禁止明火、控制溫度、使用無火花和靜電消除設備、接地避雷、設置火星熄滅裝置等。
二、滅火的基本原理和方法
(一)冷卻滅火
在一定條件下,將可燃物的溫度降到著火點以下,燃燒即會停止??扇脊腆w冷卻在燃點以下,可燃液體冷卻到閃點以下。
(二)隔離滅火
在燃燒三要素中,可燃物是燃燒的主要因素。將可燃物與氧氣、火焰隔離,就可以中止燃燒、撲滅火災。
(三)窒息滅火
可燃物的燃燒是氧化作用,需要在最低氧濃度以上才能進行,低于最低氧濃度,燃燒不能進行,火災即被撲滅。
(四)化學抑制滅火
由于有焰燃燒是通過鏈式反應進行,如果能有效地抑制自由基的產生或降低火焰中的自由基濃度,即可使燃燒中止。常用滅火劑有干粉滅火劑和七氟丙烷滅火劑。