一、燃燒與火災

(一)燃燒和火災的定義、條件

1.燃燒的定義

燃燒是物質(zhì)與氧化劑之間的放熱反應，它通常同時(shí)釋放出火焰或可見(jiàn)光。

2.火災定義

《消防基本術(shù)語(yǔ)：第一部分》(GB5907—1986)將火災定義為：在時(shí)間和空間上失去控制的燃燒所造成的災害。以下情況也列入火災的統計范圍;

(1)民用爆炸物品引起的火災。

(2)易燃或可燃液體、可燃氣體、蒸氣、粉塵以及其他化學(xué)易燃易爆物品爆炸翱爆炸引起的火災(地下礦井部分發(fā)生的爆炸，不列入火災統計范圍)。

(3)破壞性試驗中引起非實(shí)驗體燃燒的事故。

(4)機電設備因內部故障導致外部明火燃燒需要組織撲滅的事故，火災引起其他物件燃燒的事故。

(5)車(chē)輛、船舶;飛機以及其他交通工具發(fā)生的燃燒事故、火災由此引起的其他物件燃燒的事故(飛機因飛行事故而導致本身燃燒的除外)。

3.燃燒和火災發(fā)生的必要條件

同時(shí)具備氧化劑、可燃物、點(diǎn)火源，即火的三要素。這三個(gè)要素中缺少任何一個(gè)，燃燒都不能發(fā)生或持續。獲得三要素是燃燒的必要條件。在火災防治中，阻斷三要素的任何一個(gè)要素就可以撲滅火災。

(二)燃燒和火災過(guò)程和形式

1.燃燒過(guò)程

可燃物質(zhì)的聚集狀態(tài)不同，其受熱后所發(fā)生的燃燒過(guò)程也不同。除結構簡(jiǎn)單的可燃氣體(如氫氣)外，大多數可燃物質(zhì)的燃燒并非是物質(zhì)本身在燃燒，而是物質(zhì)受熱分解出的氣體或液體蒸氣在氣相中的燃燒。

由可燃物質(zhì)燃燒過(guò)程可以看出，可燃氣體最容易燃燒，其燃燒所需要的熱量只用于本身的氧化分解，并使其達到自燃點(diǎn)而燃燒;

可燃液體首先蒸發(fā)成蒸氣，其蒸氣進(jìn)行氧化分解后達到自燃點(diǎn)而燃燒。

在固體燃燒中，如果是簡(jiǎn)單物質(zhì)硫、磷等，受熱后首先熔化，蒸發(fā)成蒸氣進(jìn)行燃燒，沒(méi)有分解過(guò)程;

如果是復雜物質(zhì)，在受熱時(shí)首先分解為氣態(tài)或液態(tài)產(chǎn)物，其氣態(tài)和液態(tài)產(chǎn)物的蒸氣進(jìn)行氧化分解著(zhù)火燃燒。

有的可燃固體如焦炭等，不能分解為氣態(tài)物質(zhì)，在燃燒時(shí)則呈熾熱狀態(tài)，沒(méi)有火焰產(chǎn)生。

可燃物質(zhì)的燃燒過(guò)程包括許多吸熱、放熱的化學(xué)過(guò)程和傳熱的物理過(guò)程。在燃燒發(fā)生的整個(gè)過(guò)程中，熱量通過(guò)熱傳導、熱輻射和熱對流三種方式進(jìn)行傳播。在凝聚相中，主要是吸熱過(guò)程，而在氣相燃燒中則是放熱過(guò)程。大多數情況下，凝聚相中發(fā)生的過(guò)程是靠氣相燃燒放出的熱量來(lái)實(shí)現的，在所有反應區域內，若放熱量大于吸熱量，燃燒則持續進(jìn)行，反之燃燒則中斷。

可燃物質(zhì)燃燒過(guò)程中，溫度變化是很復雜的。最初一段時(shí)間，加熱的大部分熱量用于對燃燒物質(zhì)的熔化、蒸發(fā)或分解，可燃物質(zhì)的溫度上升緩慢。當溫度達到氧化開(kāi)始溫度時(shí)，可燃物質(zhì)開(kāi)始進(jìn)行氧化反應。此時(shí)由于溫度尚低，氧化反應速度不快，氧化所產(chǎn)生的熱量還不足以抵消系統向外界的散熱，此時(shí)停止加熱，可燃物質(zhì)溫度會(huì )降低,不會(huì )發(fā)生燃燒。繼續加熱，溫度的上升則很快，到氧化產(chǎn)生的熱量和系統向外界散失的熱量相等，溫度再稍升高一點(diǎn)，則打破了這種平衡狀態(tài)，這時(shí)即使停止加熱，可燃物質(zhì)溫度亦會(huì )自行升高，達到某個(gè)溫度，就會(huì )出現火焰并燃燒起來(lái)。因此，這個(gè)溫度可視為可燃物質(zhì)理論上的自燃點(diǎn)，是開(kāi)始出現火焰的溫度，即通常實(shí)際測得的自燃點(diǎn)。

2.燃燒形式

氣態(tài)可燃物通常為擴散燃燒，即可燃物和氧氣邊混合邊燃燒;液態(tài)可燃物.(包括受熱后先液化后燃燒的固態(tài)可燃物)通常先蒸發(fā)為可燃蒸氣，可燃蒸氣與氧化劑發(fā)生燃燒;固態(tài)可燃物先是通過(guò)熱解等過(guò)程產(chǎn)生可燃氣體，可燃氣體與氧化劑再發(fā)生燃燒。

根據可燃物質(zhì)的聚集狀態(tài)不同，燃燒可分為以下4種形式：

(1)擴散燃燒?？扇細怏w(氫、甲烷、乙炔以及苯、酒精、汽油蒸氣等)從管道、容器的裂縫流向空氣時(shí)，可燃氣體分子與空氣分子互相擴散、混合，混合濃度達到爆炸極限范圍內的可燃氣體遇到火源即著(zhù)火并能形成穩定火焰的燃燒，稱(chēng)為擴散燃燒。

(2)混合燃燒?？扇細怏w和助燃氣體在管道、容器和空間擴散混合，混合氣體的濃度在爆炸范圍內，遇到火源即發(fā)生燃燒，混合燃燒是在混合氣體分布的空間快速進(jìn)行的，稱(chēng)為混合燃燒。煤氣、液化石油氣泄漏后遇到明火發(fā)生的燃燒爆炸即是混合燃燒，失去控制的混合燃燒往往能造成重大的經(jīng)濟損失和人員傷亡。

(3)蒸發(fā)燃燒?？扇家后w在火源和熱源的作用下，蒸發(fā)出的蒸氣發(fā)生氧化分解而進(jìn)行的燃燒，稱(chēng)為蒸發(fā)燃燒。

(4)分解燃燒?？扇嘉镔|(zhì)在燃燒過(guò)程中首先遇熱分解出可燃性氣體，分解出的可燃性氣體再與氧進(jìn)行的燃燒，稱(chēng)為分解燃燒。

(三)火災的分類(lèi)

《火災分類(lèi)》(GB/T4968—2008)按物質(zhì)的燃燒特性將火災分為6類(lèi)：

A類(lèi)火災：指固體物質(zhì)火災，這種物質(zhì)通常具有有機物質(zhì)，一般在燃燒時(shí)能產(chǎn)生灼熱灰燼，如木材、棉、毛、嘛、紙張火災等;

B類(lèi)火災：指液體火災和可熔化的固體物質(zhì)火災，如汽油、煤油、柴油、原油、甲醇、乙醇、瀝青、石蠟火災等;

C類(lèi)火災：指氣體火災，如煤氣、天然氣、甲烷、乙烷、丙烷、氫氣火災等;

D類(lèi)火災：指金屬火災，如鉀、鈉、鎂、鈦、鋯、鋰、鋁鎂合金火災等;

E類(lèi)火災：指帶電火災，是物體帶電燃燒的火災，如發(fā)電機、電纜、家用電器等;

F類(lèi)火災：指烹飪器具內烹飪物火災，如動(dòng)植物油脂等。

2.按照一次火災事故造成的人員傷亡、受災戶(hù)數和財產(chǎn)直接損失金額，火災劃分為3類(lèi)：

(1)具有以下情況之一的為特大火災：死亡10人以上(含本數;下同);重傷20人以上;死亡、重傷20人以上;受災戶(hù)數50戶(hù)以上;燒毀財物損失100萬(wàn)元以上。

(2)具有以下情況之一的為重大火災：死亡3人以上;重傷10人以上;死亡、重傷10人以上;受災戶(hù)30戶(hù)以上;燒毀財產(chǎn)損失30萬(wàn)元以上。

(3)不具有前兩項情形的燃燒事故，為一般火災。

(四)火災基本概念及參數

1.閃燃

可燃物表面或可燃液體上方在很短時(shí)間內重復出現火焰一閃即滅的現象。閃燃往往是持續燃燒的先兆。

2.陰燃

沒(méi)有火焰和可見(jiàn)光的燃燒。

3.爆燃

伴隨爆炸的燃燒波，以亞音速傳播。

4，自燃

是指可燃物在空氣中沒(méi)有外來(lái)火源的作用下，靠自熱或外熱而發(fā)生燃燒的現象。根據熱源的不同，物質(zhì)自燃分為自熱自燃和受熱自燃兩種。

5.閃點(diǎn)

在規定條件下，材料或制品加熱到釋放出的氣體瞬間著(zhù)火并出現火焰的最低溫度。閃點(diǎn)是衡量物質(zhì)火災危險性的重要參數。一般情況下閃點(diǎn)越低，火災危險性越大。

6.燃點(diǎn)

在規定的條件下，可燃物質(zhì)產(chǎn)生自燃的最低溫度。燃點(diǎn)對可燃固體和閃點(diǎn)較高的液體具有重要意義，在控制燃燒時(shí)，需將可燃物的溫度降至其燃點(diǎn)以下。一般情況下燃點(diǎn)越低，火災危險性越大。

7.自燃點(diǎn)

在規定條件下，不用任何輔助引燃能源而達到引燃的最低溫度。液體和固體可燃物受熱分解并析出來(lái)的可燃氣體揮發(fā)物越多，其自燃點(diǎn)越低。固體可燃物粉碎得越細，其自燃點(diǎn)越低。一般情況下，密度越大，閃點(diǎn)越高而自燃點(diǎn)越低。比如，下列油品的密度：汽油<煤油<輕柴油<重柴油<蠟油<渣油，而其閃點(diǎn)依次升高，自燃點(diǎn)則依次降低。

8.引燃能、最小點(diǎn)火能

引燃能是指釋放能夠觸發(fā)初始燃燒化學(xué)反應的能量，也叫最小點(diǎn)火能，影響其反應發(fā)生的因素包括溫度、釋放的能量、熱量和加熱時(shí)間。

9.著(zhù)火延滯期(誘導期)

對著(zhù)火延滯期時(shí)間一般有下列2種描述：著(zhù)火延滯期時(shí)間指可燃性物質(zhì)和助燃氣體的混合物在高溫下從開(kāi)始暴露到起火的時(shí)間;混合氣著(zhù)火前自動(dòng)加熱的時(shí)間稱(chēng)為誘導期，在燃燒過(guò)程中又稱(chēng)為著(zhù)火延滯期或著(zhù)火落后期，單位用ms表示。

(五)典型火災的發(fā)展規律

通過(guò)對大量的火災事故的研究分析得出，典型火災事故的發(fā)展分為初起期、發(fā)展期、最盛期、減弱期和熄滅期。

初起期是火災開(kāi)始發(fā)生的階段，這一階段可燃物的熱解過(guò)程至關(guān)重要，主要特征是冒煙、陰燃;

發(fā)展期是火勢由小到大發(fā)展的階段，一般采用T平方特征火災模型來(lái)簡(jiǎn)化描述該階段非穩態(tài)火災熱釋放速率隨時(shí)間的變化，即假定火災熱釋放速率與時(shí)間的平方成正比，轟燃就發(fā)生在這一階段;

最盛期的火災燃燒方式是通風(fēng)控制火災，火勢的大小由建筑物的通風(fēng)情況決定;熄滅期是火災由最盛期開(kāi)始消減直至熄滅的階段，熄滅的原因可以是燃料不足、滅火系統的作用等。