冷库火灾常见起火原因分析

陈龙玉

摘要：目前，大跨度大空间冷库建筑在我国得到了广泛应用。由于冷库具有保质时间长、储藏体量大等特点，越来越受到人们的青睐。然而，随着近年来冷库火灾次数的增多，巨大的经济损失也逐渐引起了我国各级政府的关注。因此，结合冷库火灾的重点致灾因素，从分析冷库引火源和可燃物等常见起火原因着手，对导致冷库火灾的原因进行逐一研判，并以此为依据为消防部门处置和预防此类灾害事故的发生提供强有力的理论依据。

关键词：氨冷库；火灾；起火原因

1 冷库建筑引火源分析

据中国制冷学会相关数据统计显示，在2010—2015年间冷库建筑起火原因较为明确的54起冷库火灾事故中，因电焊、切割作业等造成的冷库火灾占65%；电气线路短路造成的冷库火灾占29%；违规使用明火造成的冷库火灾占6%。下面对冷库火灾事故中常见的引火源进行逐一分析[1]：

1.1  焊接、切割火源导致冷库火灾

在冷库建设、改造、拆除过程中伴随着电气焊、切割作业是冷库火灾中最常见的起火原因之一。2008年1月7日，韩国某冷冻仓库工人对排管设备进行焊接作业，飞溅的焊渣引燃汽油蒸气发生爆炸，最终造成40人死亡，17人受伤。

目前，在冷库改造过程中最广泛使用的焊接和切割操作仍然属于电弧焊割。研究表明，在作业过程中电弧温度可达到3000～6000℃，作业产生的熔渣温度可高达2000℃。其中，飞溅火花、熔融金属和熔渣一旦接触到冷库建筑时很容易引燃建筑外保温材料，从而引发火灾事故。

冷库中的保温材料聚苯乙烯、聚氨酯泡沫等均属于高分子材料，其材料基体表面通常较为厚实，且具有一定抗压、抗冲击特性，而材料基体内部的细小封闭式孔洞结构使其具有良好的隔热保温性能，一旦作业产生的电焊焊渣掉落至保温板材料基体表面，因其普遍具有相对较高的温度和冲量，容易快速陷入保温板之中，因保温板具有良好的蓄热性，部分嵌入保温板中的焊渣在一定时间内仍能对内部保温板材料进行热分解，在高温作用下使基体表面产生可燃气体，与空气混合后导致保温板的长时间持续燃烧 [2]。

1.2  电气线路故障导致冷库火灾

冷库发生电气火灾大部分是由于线路安装时埋下了不同程度的火灾隐患。冷库在线路安装时，应按照GB50016—2014《建筑设计防火规范》、GB50072—2010《冷库设计规范》等相关安全规范要求操作。违规安装，一旦发生电气故障，很容易引发电气火灾。冷库中的电气线路故障多为电线短路和过载。

1.2.1  短路导致冷库火灾

短路是目前已知导致冷库电气火灾的罪魁祸首之一。2005年8月，安徽省马鞍山市某乳业公司因冷库照明电气线路短路引燃保温材料造成3名消防员牺牲。2013年6月，吉林某禽业有限公司因配电室的上部电气线路短路，引燃周围可燃物导致特别重大火灾爆炸事故。通常情况下，短路是指电气线路或设备中不同电位的导电体直接金属性连接或者通过小阻抗连接引发电路中电能荷载过高的现象。大多数情况下，短路故障会造成电线回路中电流激增，并产生高温或电弧，甚至易引燃线路绝缘层或附近可燃物最终造成火灾事故的发生[3]。冷庫中发生的短路故障大多为供电线路设计、施工不规范，电线或设备不满足低温潮湿环境要求，年久失修导致电线绝缘能力丧失或线芯裸露引起的。主要包括：线路未按要求穿管敷设、未采取可靠的防火措施；线路未按要求设置电流保护装置；线路本身老化；冷间内动力、照明、控制线路未选用适用冷间温度要求的耐低温铜芯电力电缆；冷间内的动力及照明配电、控制设备布置在低温潮湿的穿堂内时，照明灯、照明控制开关、电缆管及配电箱未采用防潮密封型等原因。

1.2.2  线路过载导致冷库火灾

线路过载是指通过电气线路的电流超过其安全载流量。过载会使线路产生高温，通常同一电路中电流过载越大，温度越高。而线路通电发热时会使绝缘材料发生化学反应以致线路整体性老化受损。

当线路中过载量小或过载时间短时，线路虽然仍能运行但会加速绝缘老化。当线路严重过负荷时，会造成线路严重过热并产生异常高温，导致建筑物外部绝缘材料燃烧或引燃周围可燃物起火。线路过载不仅能直接引发火灾，而且还会损坏线路的绝缘材料并造成线路短路、接触不良、漏电等消防隐患的发生。近年来，冷库因线路过载发生火灾的案例也屡见不鲜，2014年11月，山东寿光市某食品公司因制冷系统供电线路敷设不规范、系统超负荷运转、线路老化致使冷风机供电线路接头处过热短路，引燃墙面聚氨酯泡沫保温材料引发重大火灾事故。冷库中导线过载的原因如下：冷库设备系统运行负荷过大，一般发生在压缩机和冷风机位置，例如：一些自动控制的小型氨冷库因夏天气温过高、储存物品较多或库门反复开启使得库内温度总是超过设定温度，造成制冷压缩机频繁启动，导致电动机或线路过载；冷库线路设计、安装时导线截面选择过小；电线套管的管径过小，影响散热；漏电引起线路过载；谐波电流引起相线特别是中性线过载。

1.3  弱火源导致冷库火灾

弱火源是指在特定条件下才能引燃某些可燃物的火源，如烟头、静电火花等。弱火源只能点燃某些燃点相对较低的材料，而且点燃过程很大程度上受现场条件的影响，往往具有偶然性。

1.3.1  乱扔烟头导致冷库火灾

烟头中心的温度通常高达700～800℃，其表面温度也能达到200～300℃。冷库内储存的纸、木屑、纤维纺织物等植物性材料、胶乳橡胶和一些膨胀型的热固塑料等，受热后可生成固态炭的多孔材料能够被烟头引燃并发生阴燃，这类物质受到烟头表面的热作用后短时间内会发生热分解和炭化，且容易储存热量并维持阴燃，当热量储存达到可燃物的燃点时，就会发展成显著的有焰燃烧。

冷库库房内的储存物包装纸虽然属于可以发生阴燃的物质，但是由于冷库内高湿低温的环境导致可燃物不易被烟头点燃，即使被点燃后达到一定火势也是要较长的延迟时间。有关实验结果显示：当环境温度一定，建筑内部相对湿度低于60％时，烟头引燃纸屑可能产生明火；当环境相对湿度超过60％时，就很难产生明火。通过液氨制冷的有些冷库内温度及环境相对湿度较低，例如储存干货的冷藏库，这类库房内的储存物包装纸有可能被烟头引燃[4]。

此外，冷库一般选用聚氨酯板、聚苯板、挤塑板等，有关实验结果显示：挤塑板和聚苯板受热会熔融滴落，通常情况下不会产生阴燃现象，因此不易被烟头引燃，聚氨酯泡沫板可以被烟头引燃并发生阴燃。因为聚氨酯的分解主要是解聚反应，其反应机理是断裂发生在分子链的断部或薄弱点，生成活性相对较低的自由基，随后按连锁反应机理由大分子分解出单体，当自由基达到一定浓度时短时间内即可迅速发展为大规模燃烧[5]。冷库专用的聚氨酯板有聚氨酯铝箔板，外表是两层铝箔，使用过程中冷库的保温材料很难直接接触到烟头，除非施工过程中，工人随意丢弃的烟头落在还未组装好的保温板中。

1.3.2  静电现象导致冷库火灾

静电现象成为引火源必须满足四个条件：一是周围必须存在处于爆炸极限范围内的混合性气体或粉尘；二是存在静电产生和积累的条件，包括自身的静电起电能力和主、客观的积累静电的条件（如材料本身的绝缘特性、静电起电速率、环境温度、湿度等）；三是静电的积蓄足以产生放电的电量；四是静电放电能量必须达到被引燃物的最小点火能量。上述四个条件只有同时存在时，才有可能形成静电火灾。静电作为一种火源在液氨制冷的冷库建筑设备操作和生产工艺中是较为危险的。

液氨制冷的冷库建筑中因使用液氨作为制冷剂，存在一定的火灾危险性。液氨蒸发温度是-33.5℃，遇热、明火等难以点燃而危险性较低[6]，一旦泄漏在室外条件下马上形成气态氨气。氨气爆炸极限为15.7%～27.4%，因此，液氨发生泄漏时，会在泄漏口附近位置处发生闪蒸，形成气液二相流，当达到爆炸极限范围内时，氨气与适量空气形成爆炸性混合物，一旦此时泄漏口附近存在足够大的静电，很有可能发生爆炸。

2 可燃物的燃烧特性分析

冷库建筑中存在的可燃物主要为建筑材料、储存的货物及外包装材料，现有冷库所采用的建筑材料中，冷库保温材料的燃烧危险性最高。

2.1  保温材料

目前冷库广泛使用的保温材料有聚苯乙烯泡沫塑料（EPS）、挤塑聚苯乙烯泡沫塑料（XPS）及聚氨酯泡沫塑料（PU）。

2.1.1  聚苯乙烯泡沫塑料（EPS）

可发性聚苯乙烯颗粒是在苯乙烯聚合时加入发泡剂（如戊烷或丁烷）形成的。聚苯乙烯泡沫板是由含挥发性液体发泡剂的可挥发性聚苯乙烯母粒在模具中通过热预发工艺后固化成型制成的。EPS具有微细闭孔结构特点，属于热塑性材料，材料基体加热后通常会产生熔融现象，熔滴会流动且不会产生阴燃现象。EPS在70～98℃开始热变形，150℃时开始熔融，300℃时开始分解，其燃点是350℃，自燃点是490℃。EPS未经阻燃处理时的氧指数是18，极易燃烧，经过阻燃处理后的氧指数可达25以上。EPS的分子式为（C8H8）n，当有充足氧气燃烧时，反应式为：（C8H8）n+10nO2→8nCO2+4nH2O。该材料在燃烧过程中会释放大量的热量，而冷库四周的库板发生燃烧时又具有良好的保温性能，因此会造成高温烟气局部聚热现象的出现，短时间内即可形成大面积整体性燃烧。当氧气供应不足时材料基体表面会发生不完全燃烧，产生一氧化碳并分解出大量的炭烟，会导致被困人员窒息死亡。发泡剂因大多为烷烃，其燃烧产物与EPS相同[7]。

2.1.2  挤塑聚苯乙烯泡沫塑料（XPS）

XPS保温板是以聚苯乙烯树脂为原料，与其他辅料、催化剂等加热混合，采用挤塑的方法压制成型的硬质泡沫塑料板。XPS也属于热塑性材料，其结构特点是表层致密且具有完美的闭孔蜂窝结构，其保温性能比聚苯乙烯更好，同时还有极低的吸水性、抗压性、抗老化性等优点，目前是我国冷库地坪保温材料的首选材料之一。XPS保温板主要成分是聚苯乙烯，因此受热后会立刻出现熔融滴落且不会产生阴燃现象。XPS保温板受热现象：表面温度升至80℃时，保温材料开始热解变形；温度达到98～105℃时，开始熔融、滴落，伴有少量的烟，无明显的火焰；随着过火时间的延长，燃烧滴落物出现较为明显的有焰燃烧现象，当温度达到材料燃点时保温板瞬间即可燃烧，温度急剧上升并伴有明亮火焰和黑色浓烟。

2.1.3  聚氨酯泡沫塑料（PU）

聚氨酯泡沫是一种有机高分子材料，多数情况下遇到高温明火易发生燃烧。硬质聚氨酯泡沫的闪点约为310℃，其自燃点为412℃。在未经阻燃处理的情况下，聚氨酯材料基体的氧指数仅为20左右，经过阻燃处理后，其氧指数一般能达到24～30，一旦远离高温热源材料，表面的明火会逐渐自动熄灭。硬质聚氨酯和阻燃交联聚氨酯为热固性、多孔性结构，导热性通常较差，且热稳定性能不佳，遇到高温热源辐射时极易造成热量积聚，燃烧时可以产生阴燃现象且多以炭化为主。聚氨酯即聚氨基甲酸酯，是分子结构中含—NHCOO—基团的高分子化合物，遇高温明火后通常燃烧较为迅速，且伴随有剧毒氰化氢气体产生，这是致人死亡的主要原因。

聚氨酯用作冷库保温材料时，有聚氨酯现场喷涂和聚氨酯夹芯保温板两种形式。喷涂聚氨酯保温材料一般是由多苯基多亚甲基多异氰酸酯和组合聚醚两种原料按照固定配比制备而成。组合聚醚为多种组分混合物，含有发泡剂一氟二氯乙烷（CH3CCl2F），该材料在干燥空气中的爆炸极限为5.6％～17.7％，常压下被引燃需要不低于20J的能量。因此，在噴涂聚氨酯保温材料时，明火作业、电线短路引起的火花、烟头都有可能点燃一氟二氯乙烷与空气组成的爆炸性混合气体[8]。

2.2  储存的货物及外包装材料

2.2.1  储存的货物

冷库中储存物一般为冷冻食品，大多以水产、肉类、蔬菜、水果为主，其火灾危险性在正常温度和湿度条件下，按照现行国家标准GB50016—2014《建筑设计防火规范》应划为“丙类”，而冷库库房的工况是高湿低温，因此火灾危险性极小，一旦与火源接触很难被点燃，即使点燃后，要达到一定的火势也是需要较长的时间。由于冷库内部发生火灾通常在日常工作时间，明火通常会被工作人员及时发现并及时扑灭，火势蔓延成灾的危险性相对较低。

2.2.2  貨物的外包装材料

目前，储存在冷库中的货物大多采用瓦楞纸箱包装。瓦楞纸包装箱主要是由纸板经过裁剪、压线、折合等工序制备而成，而纸板则由表纸、瓦楞纸、芯纸、里纸等组成，因此，瓦楞纸箱比较容易被点燃。相关实验研究表明：常温条件下，烟头即可引燃瓦楞纸包装箱，烟头导致瓦楞纸包装箱发烟的时间一般在25min内；烟头引燃瓦楞纸包装箱的时间通常在20～40min以内[9]。由于冷库库房内属于高湿低温环境，因此瓦楞纸被烟头点燃的难度要相对大很多。

3 结语

液氨制冷的冷库建筑火灾起火原因主要归纳如下：①冷库建设、改造、拆除过程中，工人在进行焊接、切割作业时，高温焊渣或者飞溅火花引燃保温材料起火；②穿过隔热层的电线设置不当，线路过载、短路引燃电线绝缘皮和建筑外保温材料起火；③喷涂聚氨酯保温材料时，明火作业、电线短路引起的火花、烟头点燃发泡剂一氟二氯乙烷与空气组成的爆炸性混合气体；④液氨泄漏，与空气形成爆炸性混合气体，一旦接触高温、明火或静电便有可能发生爆炸事故；⑤冷间内货品的外包装纸箱被烟头引燃。文章对液氨制冷的冷库建筑发生火灾的原因进行了逐一分析，以期为消防防火工作人员提供理论依据。

参考文献：

[1]范薇，杨一凡.冷库火灾事故起因分析及防控措施[J].制冷技术，2016，36（2）：57-61.

[2]卢志刚，陈伟红.电焊熔珠对棉布和聚氨酯泡沫的引燃能力研究[J].火灾科学，2009，18（1）：15-19.

[3]张学楷.低压线路常见电气火灾原因分析认定及预防措施研究[D].重庆：重庆大学，2005.

[4]舒中俊，周黎觅.环境相对湿度对烟头引燃作用的影响[J].消防科学与技术，2015，34（1）：15-17.

[5]赵璧.外保温材料阴燃特性的试验装置建立及研究[D].天津：天津大学，2016.

[6]陈杰，李文，邓利民，等.工艺流程中氨泄漏事故后果分类研究[J].中国安全生产科学技术，2011，7（1）：157-160.

[7]马一太.冷库火灾事故分析[J].制冷技术，2013，33（2）：33-35.

[8]荣志峰.冷库保温材料火灾原因分析及防范[J].消防科学与技术，2016，35（6）：884-886.

[9]杨屹茂.香烟引燃瓦楞纸包装箱的实验研究[J].武警学院学报，2013，29（6）：95-96.

Analysis on common fire causes of cold storage fires

Chen Longyu

（Hengyang Municipal Fire and Rescue Brigade， Hunan Hengyang 421000）

Abstract：Presently， large-span and large-space cold storage buildings has been widely used in our country. Because cold storage has the characteristics of long shelf life and large storage volume， it is more and more favored by people. However， with the increase in the number of fires in cold storage in recent years， huge economic losses have gradually attracted the attention of governments at all levels in our country. Therefore， combined with the key disaster-causing factors of cold storage fires， the paper starts from the analysis of common fire causes such as cold storage ignition sources and combustibles， and analyzes the causes of cold storage fires one by one. Based on this， it provides a strong theoretical basis for fire department to deal with and prevent the occurrence of such disasters.

Keywords：ammonia cold storage; fire; fire cause