理解轰燃：关于轰燃的迷思与误解

2018-08-29于萍萍

消防界(电子版) 2018年15期

轰燃可能是建筑火灾中，最典型的极端火灾特性。我的朋友和来自瑞典的朋友经常观察到的，它算不上真正的极端火灾特性，而是正常火灾特性。“极端”这个术语是我们在感知背景下构建的，它定义了我们控制它的能力有限，以及它对消防员安全的潜在影响。然而，轰燃的发生不是偶然随机的，它是一个室内火灾发展过程的一部分。

误解

很长一段时间，我在各种培训材料中，搜集有关极端火灾特性的相关报道和评论。虽然找到不少关于轰燃现象的准确信息，但也常常见到关于轰燃的误解和错误信息。

当空气中的气体被点燃时，家中有可能发生轰燃。

·当爆炸或轰燃发生时，内攻消防员很可能会被困在内。

·当温度上升至500-600摄氏度时，轰燃发生，热量足以点燃空气中的任何气体，甚至可能出现爆炸。

·如果火场有可燃气体或者甚至是灰尘，然后突然蒸气云被点燃，这就是我们所谓的轰燃。

·当整个房间突然燃烧时，轰燃就发生了。

前面的每一个陈述，都是经验丰富的消防员做出的。不能识别和降低风险，将有可能导致灭火过程中引发轰燃，这将对消防员造成重大威胁。因此，认识和降低风险的核心是：了解什么是轰燃，以及它发发生生的的必必要要条条件件。。

什么是轰燃？

轰燃是火灾发展过程中，上升阶段突然过渡到全面燃烧阶段的转折点。这种现象是指室内所有可燃物的表面迅速燃烧。

如果发生轰燃，室内的热释放速率和温度都迅速上升。轰燃有可能发生在室内火灾或者在通风控制型火灾中，新空气进入火场。

轰燃的特征包括15kw/m2～20kw/m2的辐射热通量（辐射热传递足以使普通可燃物迅速升高至其着火温度）和烟气层平均温度500℃～600℃。

其他特征也包括火焰传播速度加快以及火焰突破房间窗户等。

图1

轰燃和室内火灾发展

描述轰燃的定义和方法非常多，其中最重要的一点是，它是火灾向全面发展阶段的快速转变。

室外可燃物（如沙发或软垫椅）的燃烧，主要经过四个阶段：

初起阶段，只有一小部分参与了燃烧，随着燃烧进入发展阶段，更多的燃料参与了燃烧，燃烧速度加快。最后，所有可燃物着火，火灾进入了全面燃烧阶段。

随着可燃物耗尽，火灾进入下降阶段。

通观整个过程，火灾发展是由燃料控制的，火灾发展速度和能量释放取决于燃料特性和结构。由于燃烧在室外发生，在每个燃烧阶段，供氧都是充足的。

燃烧热是一定量的可燃物充分燃烧时释放的能量。可燃物燃烧时释放的总能量取决于燃烧的热量和可燃物的量（质量）。燃烧热的单位是焦耳（J）。然而，这只是其中一部分。

热释放速率（HRR）是单位时间内可燃物燃耗所释放的能量,单位是瓦特（W）。1瓦特等于1焦耳（单位能量）每秒（单位时间）。美国消防局习惯上使用英国热量单位（BTU）作为能量单位。

用这个单位，HRR可以表达成btu/s。但是，以上这些与轰燃有什么关系呢？

结果表明，热释放速率与轰燃有关。

当火灾不受限制时，可燃物燃烧产生的大量热量通过热辐射和热对流而流失。当火灾发生在室内，情况又是怎样呢？

室内火灾发展会受到房间情况的影响，室内的其他材料，例如墙壁、天花板和地板吸收了火灾释放的一些能量。另外一些能量是没有被吸收的，而是辐射给了可燃物，继续维持和加速了燃烧过程。热烟气和空气在火源的加热下，不断上升，接触到冷的天花板和墙壁后，热量传递给这些较冷的材料，提高它们的温度。这个热量传递过程，提高了整个房间的温度。

随着周围可燃物被加热，他们开始热分解。最终，热解速率达到可以维持燃烧的点，火势开始向其他可燃物蔓延。

然而，室内与室内外火灾，最显著的区别是室内的通风情况。通风口的大小、位置和开口形状，既影响燃烧所需的氧气，又影响室内热解气体和火灾产生的烟气是保留在室内，还是流出。

课本中对“火灾发展阶段”的描述各不相同，但火灾发展过程中的现象是一样的。我们把室内火灾发展过程分为四个阶段：初起阶段，发展阶段，猛烈阶段和下降阶段（见图2）。

虽然，我们将火灾发展划分为四个阶段，但实际过程是连续的，从一个阶段到另一个阶段。虽然在实验室中可以清楚地定义这些转变，但在实际火场中，往往很难判断哪个阶段何时结束，哪个阶段开始进行。

图2

如果火灾能量释放的速度比从房间流失的速度更快，那么温度将升高；一旦释放了足够的能量，就会发生轰燃，火灾将从增长阶段迅速发展到猛烈阶段（见图2）。

这种情况发生时，火灾将蔓延到房间内所有可燃物表面，火焰将突破房间所有窗口。我们以浴缸作类比，这可以很好地解释通风和轰燃在燃料控制型火场中的关系。

把轰燃和一个带排水口的充水浴缸相比，把水当做热能，水量当做可燃物（火灾荷载）的总热量。水龙头的大小和水压控制水流量，即热释放速率。

浴缸的容积类似于房间的体积及其容纳热量的能力。浴缸排水的大小和位置控制失水率，模拟了通过通风口和气体传导出去的热量损失。在这个类比中，如果浴缸充满和溢出，就会发生轰燃。

燃烧的方式

在室内火灾的初期和发展阶段，由于火灾发展本质上受到可燃物的理化性质影响，火灾的发展速度是受可燃物控制的。可燃物的燃烧需要氧气参与，随着室内火灾发展，供氧成为一个更重要的因素。随着燃烧的进行，烟气逐渐充满房间，降低了室内开口处中性面高度，这就限制了新鲜空气流入房间（见图3）。

中性面是指在房间开口处，一个室内外压力相等的剖面，压力差是由于热烟气在浮力和膨胀作用下流出开口、冷空气在静压作用下流进房间而造成的，流出的烟气与流进开口的环境温度空气是相等的。

图3

燃料控制和通风控制的区别是了解室内火灾特性的关键。

室内火灾通常在初期和发展阶段是燃料控制的，在衰减阶段也是如此，对氧气的需求逐渐减少（见图4）。

图4

当火灾为燃料控制型时，热释放速率和火灾发展速度受燃料特性控制，这是因为房间内氧气和已有的通风面为火灾发展提供了足够的氧气。然而，随着火灾的进行，所需要氧气量增加，在某个点（基于通风面）需氧量超过了供氧量。这时，火灾进入通风控制状态。正如图4所示，通风控制型燃烧可能发生轰燃，这是因为提供了充足的空气使热释放速率达到一定值，这将导致轰燃的发生。