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燃烧的条件

一、燃烧的必备条件

燃烧,俗称着火,是指可燃物与氧或氧化剂作用发生的释放热量的化学反应,通常伴有火焰和发烟的现象。近年来年研究表明,绝大多数物质燃烧的本质是一种自由基的链反应。只要有适当条件引发自由基的产生(引火条件),链反应就会开始,然后连续自动地循环发展下去,直至反应物全部转化完毕为止。在时间或空间上失去控制的燃烧所造成的灾害,叫做火灾。

任何物质发生燃烧,都有一个由未燃状态转向燃烧状态的过程。这过程的发生必须具备三个条件:即:可燃物、助燃物和着火源,并且三者要相互作用。

一、可燃物

凡是能与空气中的氧或其他氧化剂起化学反应的物质称可燃物。按其物理状态还可分为气体可燃物(如氢气、一氧化碳等)、液体可燃物(如汽油、酒精等)和固体可燃物(如木材、布匹、塑料等)三类。

二、助燃物

凡是能帮助和支持可燃物燃烧的物质,即能与可燃物发生氧化反应的物质称为助燃物(如空气、氧气、氯气以及高锰酸钾、氯酸钾等氧化物和过氧化物等)。能够使可燃物维持燃烧不致熄灭的最低氧含量即氧指数。空气中氧含量约为21%,而空气是到处都有的,因而它是最常见的助燃物。发生火灾时,除非是密闭室内的初起小火可用隔绝空气的“闷火”手段扑灭,否则这个条件较难控制。

三、着火源

凡能引起可燃物与助燃物发生反应的能量来源(常见的是热能源)称作着火源。根据其能量来源不同,着火源可分为:明火、高热物体、化学热能、电热能、机械热能、生物能、光能和核能等。此外,可燃物质燃烧所需的着火能量是不同的,一般可燃气体比可燃固体和可燃液体所需的着火能量要低。着火源的温度越高,越容易引起可燃物燃烧。

综上所述,只有在可燃物、助燃物和着火源三个条件同时具备,而且数量达到一定比例的前提下,互相结合,互相作用,燃烧才能发生。否则,燃烧不能发生。可见,不论采用什么措施,只要能破坏已经产生的燃烧条件,去掉其中任何一个,火灾即可扑灭。

此外,也可运用现代灭火理论,用灭火剂和阻燃剂加入燃烧的链反应中,消灭自由基,使链增长中断,从而取得比传统的灭火手段更为有效的灭火效应。

二、燃烧类型

燃烧可分为闪燃、自燃和点燃等几种类型,每种类型的燃烧都有其特点。

一、闪燃

闪燃是可燃性液体的特征之一。各种液体的表面都有一定量的蒸气存在,蒸气的浓度取决于该液体的温度。对同种液体,温度越高,蒸气浓度越大。液体表现的蒸气与空气混合会形成可燃性的混合气体。当液体升温至一定的温度,蒸气达到一定的浓度时,如有火焰 或炽热物体靠近此液体表面,就会发生一闪即灭的燃烧,这种燃烧现象叫闪燃。在规定的试验条件下,液体发生闪燃的最低温度,叫做闪点。闪点是评定液体火灾危险性的主要根据。液体的闪点越低,火灾危险性越大。

二、着火

着火变称强制点燃。即可燃物质和空气共存条件下,达到某一温度时与明火直接接触引起燃烧,在火源移去后仍能保持继续燃烧的现象。物质能被点燃的最低温度叫燃点,也叫着火点。对固体和高闪点液体,燃点是用于评价其火灾危险性的主要依据。在防火和灭火工作中,只要能把温度控制在燃点温度以下,燃烧就不能进行。

三、自燃

自燃包括本身自燃和受热自燃。某些物质在没有外来热源影响时,由于物质内部所产生的物理、化学及生物化学过程产生热量,这些热量在某些条件下会积聚起来,导致升温,又进一步加快上述过程的进行速度……,于是可燃物温度越来越高,当达到一定的温度时,就会发生燃烧,这就叫本身自燃。由外来热源将可燃物加热,使其温度达到自燃温度,未与明火接触就发生燃烧,这叫受热自燃。本身自燃与受热自燃的区别在于热的来源不同。常见自燃现象有:堆积植物的自燃、煤的自燃、涂油物(油纸、油布)的自燃、化学物质及化学混合物的自燃等。在规定的试验条件下,可燃物质产生自燃的最低温度叫做自燃点。自燃点是判断、评价可燃物质火灾危险性的重要指标之一,自燃点越低,物质的火灾危险性越大。

四、爆炸

爆炸可分为化学爆炸、物理爆炸和核爆炸。化学爆炸是指在极短的时间内,由于可燃物和爆炸物品发生化学反应而引发的瞬间燃烧,同时生成在量热和气体,并以很大压力向四周扩散的现象。物理爆炸是一种纯物理过程,如蒸汽锅炉爆炸、轮胎爆炸等,多数是由于物质受热、体积膨胀、压力剧增、超过容器耐压引起的。爆炸时没有燃烧,但有可能引发火灾,而化学爆炸的火灾危险性要大得多。可燃气体(或蒸气、粉尘)与空气的混合物必须在一定的浓度范围内,遇火源才能发生爆炸。这个遇火源发生爆炸的可燃气体浓度范围,称为爆炸浓度极限。爆炸浓度极限可用来评定可燃气体和可燃液体火灾危险性的大小,作为可燃气体分级和确定其火灾危险性类别的标准。

三、燃烧蔓延的原因

大多数火灾的发生,都是从可燃物的某一部分开始,然后蔓延扩大的。这是因为物质在燃烧时造就了一个危险的热传播过程,即燃烧——热效应——燃烧。燃烧产生的热效应使燃烧点周围的可燃物受热发生分解、着火和自燃,如此往复,火热便迅速地向周围蔓延开去。热传播除了火焰直接接触外,还有三个途径:即热传导、热辐射和热对流。

一、热传导

热传导是指热量从物体的一部分传到另一部分的现象。所有的固体、气体、液体物质都有导热性能,但通常以固体为最强,而固体之间的差别又很大。一般来说金属的导热性强于非金属,大量金属无机物的导热性能又强于有机物质。导热性能好的物质不利于控制火情,因为热量可通过导热物体向其他部分传导,导致与其接触的可燃物质起火燃烧。因此,为了制止由于热传导而引起的火势蔓延,火场上应不断冷却被加热的金属构件,迅速疏散、清除或隔热材料隔离与被加热的金属构件相联(或附近)的可燃物。

二、热辐射

热辐射是指热量以辐射线(或电磁波)的形式向外传播的现象。当可燃物燃烧形成火焰时,便大量地向周围传播热能,火势越猛,辐射热能越强。为了减弱受到的热辐射,可增加受辐射物体与辐射源的距离和夹角,或设置隔热屏障。例如,在建筑物间留出必要的防火间距,砌筑防火墙,设置固定水幕,种植阔叶树等。在火场上,应用水、泡沫等冷却受到辐射热作用的物体表面,设法疏散、隔离和消除受辐射热威胁的可燃物。灭火人员的水枪阵地要选择适当角度,以减少受到热辐射的影响。

三、热对流

热对流是指通过流动介质将热量从空间的一处传到另一处的现象。它是影响早期火灾发展的最主要因素。根据流动介质的不同可分为气体对流和液体对流。液体对流可造成容器内整个液体温度升高,蒸发加快,压力增大,以至使容器爆裂,或蒸气逸出遇着火源而燃烧,使火势蔓延。气体对流则能够加热可燃物达到燃烧程序,使火势扩大。而被加热的气体在上升和扩散的同时,一方面引导周围空气流入燃烧区,使燃烧更为猛烈,另一方面还会引导燃烧蔓延方向发生变化,增大扑救难度,因此,在扑救火灾时为了消除和降低气体对流,应设法堵塞能够引起气体对流的孔洞,把烟雾导向没有可燃物或危险性较小的地方,用喷雾水冷却和降低气流的温度。

四、火势发展的阶段

一、初起阶段

起火后,燃烧根据物质形态不同而各具特点,固态物质着火点开始逐步扩大范围;液态物质火焰 占据自由表面后而形成稳定燃烧;气态物质泄漏之后遇火源着火,火焰迅即顺着气云或气流烧到泄漏点呈“火炬”状燃烧。但不论是哪类物质,在刚起火后的最初几分钟时,燃烧面积都不大,烟气流动速度较缓慢,火焰辐射出的能量还不多,但也能使周围物品开始受热,温度逐渐上升,这是火势发展的初级阶段。如果在这个阶段能及时发现,并正确扑救,就能用较少的人力和简单的灭火器材将火控制住或扑灭。

二、发展阶段

由于燃烧强度增大,载热500℃以上的烟气流加上火焰的辐射热作用,房间内的温度进一步上升,周围可燃物品和建筑结构,特别是易燃的内装饰材料受到加热,开始分解出大量可燃气体。气体对流加强,燃烧面积扩大,燃烧速度加快,整个房间内呈现发生轰燃的一触即发的局势,这是火势发展阶段。火灾的发展阶段,也称为自由燃烧阶段。在这个阶段,由于辐射热急剧增加,辐射面积不断增大,所以需要投入较强的力量和使用较多的灭火器材才能将火扑灭。

三、猛烈阶段

由于燃烧面积扩大,大量的热释放出来,空气温度急剧上升,发生轰燃,使周围的可燃物、建筑结构几乎全面卷入燃烧。此时,燃烧强度最大,热辐射最强,温度和烟气对流达到最大限度,可燃材料将被烧尽,不燃材料和结构的机械强度受到破坏,以致发生变形或倒塌,火突破建筑物再向外围扩大蔓延,这是火势的猛烈阶段。在这个阶段,扑救最为困难,起火处的房屋已保不住,需要有足够的力量和器材用于及时控制火势,阻止它向周围建筑物蔓延。

四、熄灭阶段

火势被控制以后,由于可燃材料已被烧尽,加上灭火剂的作用,火势逐渐减弱直至熄灭,这是火势的熄灭阶段。

五、影响燃烧发展变化的因素

一、可燃物数量及空气流量

可燃物愈多,燃烧荷载密度愈高,则火势发展愈猛烈。如果可燃物较少,火势发展较弱,并且可燃物之间相隔较远,则一处可燃物烧尽后,会自行熄灭。另外,燃烧所需的空气量足够时,只要有充足的可燃物,燃烧就会不断发展。如果空气供应量不足,火势也会进入熄灭阶段。

二、可燃物的蒸发潜热

可燃固体和可燃液体,是靠它们受热后蒸发出来的气体来进行燃烧的。所以,它们就需要吸收一定的热量才能达到蒸发的目的。这热量便叫蒸发潜热。不同的可燃固体和可燃液体,其蒸发潜热是不一样的。一般是固体大于液体。蒸发潜热愈大的物质,蒸发时所需要的热量越多,燃烧发展的速度越慢。所以,一般液体的燃烧比固体快,气体因不需要蒸发就直接燃烧,所以燃烧速度最快。

三、爆炸的冲击作用

化学爆炸时的火焰是一层层同心圆的形式向周围蔓延的,其产生的冲击波能将燃烧着的可燃物抛到空中,如果落到其他可燃物上,会成为新的着火源,使燃烧范围扩大。同时,爆炸能够使建筑结构遭受破坏,增加孔洞和敞露部分,让大量的新鲜空气流入燃烧区,加速气体对流,促使火势发展。所以,在灭火过程中防止爆炸是一项极其重要的工作。

四、气象

气温越高,可燃物的温度也随之升高,与着火源的温差减小,物质更易着火;气温愈低,着火源与环境温度的温差增大,能使空气对流速度加快,使火势扩大。

相对湿度愈低,环境愈加干燥,物质的含水量愈低,愈容易着火。反之,不易发生燃烧。

风对燃烧的发展也有决定性影响,风大可以加快空气对流、改变火势蔓延方向和迅速扩大燃烧范围。

总之,秋冬季节,特别是刮北风的干燥气候最容易着火并扩大火灾,所以每年“冬防”都是防火的重点。

五、扩散

在很多燃烧现象中,燃烧的速度是由气态物质的扩散速度决定的。在单位时间扩散出来的可燃物愈多,燃烧范围愈大。如气体和液体蒸气的燃烧一般呈扩散燃烧形式。

六、预防火灾的基本措施

预防火灾,就是要消除产生燃烧的条件,可以按下面的措施破坏燃烧的必备条件,紧终达到防火的目的。

控制可燃物:如对具有火灾、爆炸危险性的建筑,采取局部排风或全部通风的办法,以降低房内可燃、易燃气体在空气中的浓度,使之不超过爆炸浓度极限;以难燃或不燃材料代替易燃或可燃材料;用砖石水泥代表木料建筑房屋;用防火涂料浸涂可燃材料;将性质上会发生相互作用的物品分开存放等等。

隔绝助燃物:如将易燃、易爆物质产生置于密闭的设备中进行,容易自燃的物品必须隔绝空气存放等等。

消除着火源:一方面,采取控温、遮阳、防雷、安装防爆装置等措施避免产生火源;另一方面在建筑物之间构筑防火墙,留出防火间距,在能形成可爆介质的厂房设泄压窗、轻质屋盖,在可燃气体管道上装阻火器、安全水封等。

除了从物质上、客观环境上做好防火工作外,强化人们的防火防灾的主观意识更为重要。只有让人们懂得了怎样防火,并重视防火,才能自觉遵守各项防火规章制度,杜绝火源,采取必要的防火措施。唯有如此,才能真正消除产生火灾的条件。

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