1、第二章 火灾发生,2.1 气体可燃物着火2.2 液体可燃物着火2.3 固体可燃物着火2.4 爆炸引起的火灾,2.1 气体可燃物着火,热自燃：把一定体积的可燃混合气体预热到某一温度，在该温度下，气体可燃物发生缓慢的氧化还原反应，并放出热量，导致气体温度增加，从而使反应速度逐渐加速，产生更多的热量，最终使反应速度急剧增大直至着火，这种过程称为自燃。强迫着火：是指在可燃混合气体内的某一部分用点火源点着，然后燃烧波自动传播到混合气的其余部分。点火源可以是火焰、高温物体、电火花等。着火机理：热自燃机理和链式自燃机理。,热自燃机理,所谓热自燃机理（也称谢苗诺夫热自燃理论）是指在外部热源加热的条件下，使反应
2、混合气达到一定的温度，在此温度下，可燃混合气发生化学反应所释放出的热量大于容器器壁所散失的热量，从而使混合气的温度升高，这又促使混合气的反应速率和放热速率增大，这种相互促进的结果，导致极快的反应速率而达到着火。,热自燃机理,热自燃机理,第一种工况：q1和q2曲线相交于两点，A点和C点，表示理论上可能存在一个稳定状态（A点），一个不稳定状态（C点）。第二种工况：当环境介质的温度T0升高时，q2直线向右平移。如果T0达到q2取的工况，此时q1曲线与q2曲线不相交也不相切。由于q1始终大于q2，一定能引起混合气体着火。所以这种工况也是不稳定的。第三种工况：q1和q2相切于B点。这是一临界工况点，切点
3、B是不稳定的。,临界状态也可这样理解，只要环境介质温度略高于T0，q1和q2就没有交点了，必然导致反应混合气着火。它的物理意义是，系统由于热量自行积聚，温度升高，反应自动加速转变为很剧烈的着火过程，这就是热自燃过程。 B点的工况实际上是能够达到的。因为当环境介质温度为T0时，反应的放热可以使反应物逐渐加热至临界点B。通常称B点温度为着火温度，T0为自燃温度。但两者相差很小。系统温度从T0自发升高到TB所需的时间称为着火延迟时间。,临界状态,热自燃机理,自燃温度与系统散热条件和混合气体化学性能有关,热自燃条件的表达式如下,热自燃机理,用混合气体压力代替浓度得谢苗诺夫公式：,表明了热自燃时混合气的
4、压力与温度T0之间的关系。,热自燃机理,当混合气压力增大时，自燃温度降低，混合气热自燃容易发生。反之，则自燃温度上升，混合气不易着火。自燃温度还与燃料和空气的组分比有关。着火临界压力也与燃料和空气的组分比有关。这就是所谓的可燃气体的着火（爆炸）浓度界限。在一定的压力和温度下，并非所有的混合气体都能着火，而是有一定的浓度范围。当浓度超过这一范围时混合气体就不能着火。即存在爆炸浓度下限和上限。并且，当压力或温度下降时。可燃界限缩小；当压力或温度下降到某一值时，爆炸浓度上限和下限合为一点。当压力或温度继续下降，则任何混合气体成份都不能着火。,链式自燃机理,问题提出：谢苗诺夫的热自燃理论可以解释可燃混
5、合气体（尤其是烃类预混可燃气）热自燃过程的许多现象，如爆炸浓度界限等。也有不少现象不符合热自燃理论。最明显的例子是氢气/氧气体系在低压下其可燃界限呈“半岛”形，而且有三个爆炸浓度极限。这说明并非在所有情况下着火都是由于放热的积累而引起的自动加速反应。而链式自由基自燃机理可解释这些着火现象。,链式自燃机理,机理：在混合燃气中，由于自由基反应链的分支，使活化中心（自由基）迅速增殖，从而使反应速率急剧升高而导致着火。按照该理论，使反应自动加速不一定要依靠热量的逐渐积累，通过自由基链式反应（尤其是有分支的链式反应）也能逐渐积累活化中心，使反应自动加速，直至着火。,链式自燃机理,实际燃烧过程中，不可能有
6、纯粹的热自燃或链自燃存在。事实上，它们是同时存在而且是相互促进的。可燃混合气的自行加热不仅加强了热活化，而且亦加强了每个链反应的基元反应。低温时链反应可使系统逐渐加热，加强了分子的热活化。所以，自燃现象就不可能用单一的自燃理论来解释。一般来说，在高温时，热自燃是着火的主要原因，而在低温时支链反应是着火的主要原因。,着火反应的特征,具有一定的着火温度T。，当反应系统达到该温度时，反应速率急剧增大，气体压力急升，并有放热、发光等着火现象。在达到着火温度之前有一个感应期，即着火延迟时间。在着火延迟时间内，反应速率极慢，可燃混合气体浓度变化很小。,强迫着火点燃,强迫着火：指一个冷的反应混合气体被炽热的
7、高温物体（如电火花、高温固体质点、点火火焰等）在局部迅速加热，并在高温物体附近引发火焰，该局部火焰可再把邻近的混合气点燃并传播开去，从而使整个混合气燃烧起来。强迫点火和自燃着火在原理上是一致的，因为都是化学反应急速加剧的结果。但在具体进行时，强迫着火与自燃着火又有不同之处。,强迫着火的特点,强迫着火仅在混合气的局部（点火源）附近进行，而自燃则在整个可燃混合气中进行。自燃过程必需使全部可燃气体在一定的环境温度T0下，而在强迫着火条件下，全部混合气体处于较冷的状态。为了保证着火成功，并使火焰能在较冷的可燃气中传播，强迫着火温度（点火温度）一般要比自燃温度高得多。强迫着火过程包括在可燃混合气中形成局
8、部火焰，以及火焰在混合气中的传播两阶段，因此强迫着火过程要比自燃过程复杂得多。,2.2 液体可燃物着火,可燃性液体,可燃性气体,预混可燃气,着火燃烧,与空气混合,热能,蒸发,液体可燃物燃烧时其火焰并不紧贴在液面上，而是在液面上方空间的某个位置。这是因为液体可燃物着火前先蒸发，在液面上方形成一层可燃物蒸汽，并与空气混合形成可燃混合气，液体可燃物的燃烧实际上是可燃混合气的燃烧，是一种气态物质的均相燃烧。,液体可燃物的闪点,闪燃：可燃液体的温度越高，蒸发出的蒸汽量越多，当温度不高时，液面上少量的可燃蒸气和空气相混合，遇到火源一闪即灭(小于5s)的现象称为闪燃。闪点：闪燃时可燃混合气的温度称为闪点。闪
9、点越低，越容易蒸发，也越容易着火。,液体可燃物单个液滴的着火,当液滴进入高温介质中或被电火花点火，液滴表面蒸发加快，产生的蒸汽与空气或氧气混合后被点燃，在液滴表面附近形成一个球形火焰面（火焰前锋），这就是液滴的扩散燃烧。可燃蒸汽与氧气在火焰前锋上进行化学反应并放出热量，通过热传导，不断将热量供给液滴，以产生蒸汽，液滴蒸汽又不断向火焰锋面扩散；同时，周围介质中的氧气也不断向火焰前锋扩散，燃烧相对集中在火焰前锋上进行。,液体可燃物单个液滴的着火,液滴群的着火,液体从容器中喷出雾化大大小小的液滴小液滴先蒸发完，大液滴的存在时间随液滴的直径增大而增大形成预混可燃气和液滴共存的条件。液滴间距一定，粒径较
10、大时，燃烧速度也大。如果液雾中液滴直径一定，当粒子间距较大时，各个液滴之间几乎没有影响，燃烧速度与单个液滴相似。随着粒子间距的减小，开始时燃烧速度增大，并在某一间距附近达到最大值。但粒子间距过小时，液滴过于接近，周围空气供给燃烧的氧量减少燃烧速度下降。,液面着火,在液体可燃物自由表面上的燃烧称为液面燃烧。由于液态可燃物的蒸发在其表面上产生一层蒸汽，这些蒸汽与空气混合并被加热着火、燃烧形成火焰。液体表面从火焰吸收热量，使蒸发加快，提供更多的可燃蒸汽，使燃烧速度增加迅速。当液体的蒸发速度与燃烧速度相等时，形成了稳定的火焰。,油罐的沸溢和喷溅式燃烧,当储油罐发生火灾后，由于原油、重油等为宽沸程液体，
11、在燃烧过程中，火焰向液面传递的热量首先使低沸点组分蒸发并进入燃烧区燃烧，而沸点较高的重质组分，则携带在表面接收的热量向液体深层沉降，形成一个热的锋面向液体深层传播，逐渐深入并加热冷的液层。这一现象称为液体的热波特性，热的锋面称为热波。,油罐的沸溢和喷溅式燃烧,在热波向液体深层运动时，由于热波温度远高于水的沸点，因而热波会使油品中的乳化水气化，大量的蒸汽就要穿过油层向液面上浮，在上浮过程中形成油包水的气泡。从而使得液体体积膨胀，向外溢出，同时部分未形成泡沫的油品也被下面的蒸汽膨胀力抛出罐外，使液面猛烈沸腾起来。这种现象叫作沸溢。随着燃烧的进行，热波的温度逐渐升高，热波向下传递的距离也加大，当热波
12、达到水垫层时。水垫的水大量蒸发，蒸汽的体积迅速膨胀，以致把水垫上面的液体层抛向空中，向罐外喷射，这种现象叫作喷溅。,2.3 固体可燃物着火,可燃性固体,熔融,升华,裂解,热解,可燃性液体体,可燃性气体,固体残留物,表面燃烧,预混燃烧,蒸发,与空气混合,热能,热能,固体可燃物在着火之前，一般因受热而发生热分解，在热分解过程中，释放出可燃性气体，剩下的基本上是由碳和灰分组成的固体残留物。可燃性气体如果遇到适量的空气并且具有足够高的温度，那么就会着火燃烧，形成气相火焰。而固体残留物常常在可燃性气体开始燃烧或几乎全部可燃性气体燃烧掉之后才开始燃烧，称为固体表面燃烧。,固体可燃物着火的一般过程,煤的着火
13、过程,木材着火过程,木材受热后，水份首先析出，随后才发生热解、气化反应，析出可燃性气体。当温度达到260时，可燃性气体的析出量迅速增加，此时遇明火可将其点燃，但并不能维持稳定燃烧。这是由于可燃性气体的析出速率还不够大，只能发生闪火现象。所以260为木材的闪火点温度。当温度进一步升高，可燃性气体的析出速率随之增加，木材开始形成稳定的气相火焰。该温度为木材的着火温度。随后的燃烧过程与煤相似。,木材着火过程,顺木材纹方向透气性好、导热系数大；垂直木纹方向透气性差，导热系数小，一旦受热则不易散掉，容易形成局部高温，对热解、气化反而有利，所以垂直木纹方向较顺木纹方向容易着火。在森林火灾和建筑火灾中，木制
14、品的烧损情况往往是沿垂直木纹方向烧损严重，而烧痕往往不连续，呈一个一个的深洞。,高分子材料着火过程,高分子材料的燃烧过程十分复杂，包括一系列的物理和化学过程。高分子材料受热之后，发生软化熔融、热分解，直至着火。其中热塑性塑料容易软化熔融。热固性塑料不软化熔融，而是直接发生热分解反应。热塑性塑料熔融后就会流动、滴落，将会促进火灾的蔓延。当高分子材料燃烧时，在其表面附近存在凝聚相热分解区，气体分解产物预热区，和火焰气相反应区，各区内进行着性质不同的化学反应。在气相反应区中，可燃气体燃烧并放出热量。热量以热辐射的方式传递到气体分解产物预热区，加热气体。经预热的气体不断进入火焰气相反应区，使燃烧得以持
15、续进行。同时火焰区的热量也传递到固体表面，加热固体，使之升温、热解，产生气体。燃烧所需氧气通过扩散进入反应区。,高分子材料着火过程,阴燃的发生过程,阴燃是固体物质特有的燃烧形式。所谓阴燃是一种在气固界面处的燃烧反应，是一种没有气相火焰的缓慢燃烧易发生阴燃的材料大都质地松软、多孔、或成纤维状。当它们堆积起来时，更易发生阴燃，如纸张、木屑、锯末、烟草、纤维植物以及一些多孔性塑料等。阴燃的温度较低、燃烧速度慢，不易被发现。但在适当的条件下，长时间的阴燃可转变为有焰燃烧，酿成火灾。此外。阴燃过程中产生的烟雾中，含有可燃气体，有发生爆炸的危险性；阴燃火灾发生堆积物的内部，较难彻底扑灭，并且易发生复燃。因
16、此阴燃具有很大的危险性。,阴燃的发生过程,区域（灼热燃烧区）。在该区纤维素中大部分气体已经挥发掉，剩下的固定碳进行表面燃烧，温度在四个区域中最高，可达600750。区域（热解碳化区）。区域中燃烧热传导到区域后，使该区域温度升高，当温度达到250300时，纤维素发生分解，析出气体。但由于气体析出速度较小，可燃气体浓度不高，未达到燃烧的条件。在该区上方有烟逸出，烟中含有可燃气体。区域（原始材料区）。在该区温度较低，纤维素不发生热解，保持原始状态。区域（灰烬区）。纤维素热解剩下的固体碳经一段时间的燃烧后，只剩下非常松散的灰烬。该区的温度逐渐下降。,阴燃发生的条件,可燃物在受热分解后必须能产生具有一定刚性结构的多孔碳。发生阴燃需要一个适当的供热热源。供热强度过小，不能发生热解，也就不能发生阴燃；供热强度过大，热解产生气体速率就大，易发生有焰燃烧。,阴燃向有焰燃烧转变,在一定的条件下，阴燃可转化为有焰燃烧。当区域的温度增加时，区域的温度也随之增加，热阶解速率加快，烟气中可燃气体浓度增加，当遇到明火时，可着火燃烧；即使没有明火，当温度继续升高，也可以使之着火，产生火焰。,爆炸引起的火灾,
