燃烧、火灾及火灾的危险性

(1)燃烧的条件

火焰、发光、发热和(或)发烟的现象可以称其为燃烧，从化学角度上是指可燃物质与氧化剂(通常主要是氧气)作用发生的放热反应。

燃烧过程中，燃烧区的温度较高，使其中白炽的固体粒子和某些不稳定(或受激发)的中间物质分子内电子发生能级跃迁，从而发出各种波长的光。发光的气相燃烧区就是火焰，它是燃烧过程中最明显的标志。由于燃烧不完全等原因，会使产物中产生一些小颗粒，这样就形成了烟。

图1.10　着火三角形

燃烧可以分为有焰燃烧和无焰燃烧。通常看到的明火都是有焰燃烧；有些固体发生表面燃烧时，有发光发热的现象，但是没有火焰产生，这种燃烧方式这是无焰燃烧。燃烧的发生和发展，需要具备三个条件，即能够燃烧的可燃物、助燃物(氧化剂)和引火源(温度)。当燃烧发生时，以上三个条件必须同时具备，假如有一个条件不具备，那么燃烧就不会发生，着火三角形如图1.10所示。

1)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，均称为可燃物。如木材、纸张、塑料、煤炭、汽油、天然气、硫黄等。可燃物按其化学组成，分为无机可燃物和有机可燃物两大类；按照其所处的状态，又可以分为可燃固体、可燃液体与可燃气体三大类。

2)助燃物(氧化剂)

凡是与可燃物结合能够导致和支持燃烧的物质，称为助燃物，如广泛存在于空气中的氧气。一般来说，可燃物的燃烧均是指在空气中进行的燃烧。在一定条件下，各种不同的可燃物发生燃烧，均有本身固定的最低氧浓度要求，当氧含量过低时，即使其他条件已经具备，燃烧仍不会发生。

3)引火源(温度)

凡是能引起物质燃烧的点燃热源，统称为引火源。

在一定条件下，各种不同可燃物发生燃烧，均有本身固定的最低点火温度要求，只有达到一定温度才能引起燃烧。常见的引火源有下列几种：

①明火。

②电弧。

③雷击。

④高温。

⑤自然引火源。

⑥电火花。

4)链式反应自由基

自由基是一种高度活泼的化学基团，能与其他自由基和分子起反应，从而使燃烧按链式反应的形式扩展，也称游离基。

研究表明，大部分燃烧的发生和发展除了具备以上三个必要条件外，其燃烧过程中还存在未受抑制的自由基作中间体。多数燃烧反应不是直接进行的，而是通过自由基团和原子这些中间产物瞬间进行的循环链式反应，着火四面体如图1.11所示。

图1.11　着火四面体

(2)燃烧的类型与方式

1)燃烧类型

①着火。可燃物在与空气共存的条件下，当达到某一温度时，与引火源接触既能引起燃烧，并在引火源接触离开后仍能持续燃烧，这种持续燃烧的现象称为着火。着火就是燃烧的开始，并且以出现火焰为特征。着火是日常生活中最常见的燃烧现象。可燃物的燃烧方式一般分为下列几类。

a.点燃(或称强迫着火)。点燃是指由于从外部能源，诸如电热线圈、电火花、炽热质点、点火火焰等得到能量，使混气的局部范围受到强烈的加热而着火。这时就会在靠近引火源处引发火焰，然后依靠燃烧波传播到整个可燃混合物中，这种着火方式也习惯上称为引燃。

b.自燃。可燃物质在没有外部火花，火焰等引火源的作用下，因受热或自身发热并蓄热所产生的自然燃烧，称为自燃。即物质在无外界引火源的条件下，由于其本身内部所发生的生物、物理或化学变化而产生热量并积蓄，使温度不断上升，自然燃烧起来的现象。自燃点是指可燃物发生自燃的最低温度。

化学自燃。例如金属钠在空气中自燃；煤炭因堆积过高而自燃等。这类着火现象通常不需要外界加热，而是在常温下依据自身的化学反应发生的，因此习惯上称为化学自燃。

热自燃。如果将可燃物和氧化剂的混合物预先均匀的加热，随着温度的升高，当混合物加热到某一温度时便会自动着火(这是着火发生在混合物的整个容积中)，这种着火方式习惯上称为热自燃。

②爆炸。爆炸是指物质由一种状态迅速地转变成另一种状态，并在瞬间以机械功的形式释放出巨大的能量，或是气体、蒸气瞬间发生剧烈膨胀等现象。爆炸最重要的一个特征是爆炸点周围发生剧烈的压力突变就是爆炸产生破坏作用的原因。作为燃烧类型的爆炸主要是指化学爆炸。

2)燃烧方式

可燃物质受热后，因其聚集状态的不同，而发生不同的变化。绝大多数可燃物质的燃烧都是在蒸气或气体的状态下进行的，并出现火焰。而有的物质则不能变为气态，其燃烧发生在固相中，如焦炭燃烧时，呈灼热状态。

①气体燃烧。可燃气体的燃烧不需要像固体、液体那样经熔化、蒸发过程，其所需热量仅用于氧化或分解，或将气体加热到燃点，因此容易燃烧且燃烧速度快。根据燃烧前可燃气体与氧混合状况不同，其燃烧方式分为扩散燃烧和预混燃烧。

a.扩散燃烧即可燃性气体和蒸气分子与气体氧化剂互相扩散，边混合边燃烧。在扩散燃烧中，化学反应速度要比气体混合扩散速度快得多。整个燃烧速度的快慢由物理混合速度决定。气体(蒸气)扩散多少，就烧掉多少。人们在生产、生活中的用火(如燃气做饭、点气照明、烧气焊等)均属这种形式的燃烧。

扩散燃烧的特点：燃烧比较稳定，扩散火焰不运动，可燃气体与气体氧化剂混合在可燃气体喷口进行。对稳定的扩散燃烧，只要控制好，就不至于造成火灾，一旦发生火灾也较易扑救。

b.预混燃烧又称爆炸式燃烧。它是指可燃气体、蒸气或粉尘预先同空气(或氧)混合，遇火源产生带有冲击力的燃烧。预混燃烧一般发生在封闭体系中或在混合气体向周围扩散的速度远小于燃烧速度的敞开体系中，燃烧放热造成产物体积迅速膨胀，压力升高，压力可达709.1～810.4 kPa，通常的爆炸反应即属此种。

预混燃烧的特点：燃烧反应快、温度高，火焰传播速度快，反应的混合气体不扩散，在可燃混合气中引入一火源即产生一个火焰中心，成为热量与化学活性粒子集中源。如果预混气体从管口喷出发生动力燃烧，若流速大于燃烧速度，则在管中形成稳定的燃烧火焰，由于燃烧充分、燃烧速度快，燃烧区呈高温白炽状，如汽灯的燃烧即是如此；若可燃混合气在管口流速小于燃烧速度，则会发生“回火”，如制气系统检修前不进行置换就烧焊，燃气系统与开车前不进行吹扫就点火，用气系统产生负压“回火”或者漏气未被发现而用火时，往往形成动力燃烧，可能造成设备损坏和人员伤亡。

②液体燃烧。易燃、可燃液体在燃烧过程中，并不是液体本身在燃烧，而是液体受热时蒸发出来的液体蒸气被分解与氧气达到燃点而燃烧，即蒸发燃烧。因此，液体能否发生燃烧、燃烧速率高低，与液体的蒸气压、闪点、沸点和蒸发速率密切相关。可燃液体会产生闪燃的现象。

可燃液态烃类燃烧时，通常产生橘色火焰并散发浓密的黑色烟云。醇类燃烧时，通常产生透明的蓝色火焰，几乎不产生烟雾。某些醚类燃烧时，液体表面伴有明显的沸腾状，这类物质的火灾较难扑灭。在含有水分、黏度较大的种质石油产品，如原油、重油、沥青油等发生燃烧时，有可能出现沸溢现象或喷溅现象。

a.闪燃是指易燃或可燃液体(包括可熔化的少量固体，如石蜡、樟脑、萘等)挥发出来的蒸气分子与空气混合后，达到一定的浓度时，遇引火源产生一闪即灭的现象。发生闪燃的原因是易燃或可燃液体在闪燃温度下蒸发的速度比较慢，蒸发出来的蒸气仅能维持一刹那的燃烧，来不及补充新的蒸气维持稳定的燃烧，因而一闪就灭了。但闪燃却是引起火灾事故的先兆之一。闪点则是指易燃或可燃液体表面产生闪燃的最低温度。

b.沸溢。以原油为例，其黏度比较大，并且都含有一定的水分，以乳化水和水垫两种形式存在。所谓乳化水是原油在开采运输过程中，原油中的水由于强力搅拌成细小的水珠悬浮于油中而成的。放置久后油水分离，水因密度大而沉降在底部形成水垫。

燃烧过程中，这些沸度较宽的重质油品产生热波，在热波向液体深层运动时，由于温度远高于水的沸点，因而热波会使油品中的乳化水汽化，大量的蒸气就要穿过油层向液面上浮，在向上移动过程中形成油包气的气泡，即油的一部分形成了含有大量蒸气气泡的泡沫。这样，必然使液体体积膨胀，向外溢出，同时部分未形成泡沫的油品也被下面的蒸气膨胀力抛出，使液面猛烈沸腾起来，就像“跑锅”一样，这种现象称为沸溢。

从沸溢过程说明，沸溢形成必须具备以下3个条件：

·原油具有形成热波的特性，即沸程宽，密度相差较大。

·原油中含有乳化水，水遇热波变成水蒸气。

·原油黏度较大，使水蒸气不容易从下向上穿过油层。

③固体燃烧。根据各类可燃固体的燃烧方式和燃烧特性，固体燃烧的形式大致可分为5种，其燃烧各有特点。

a.蒸发燃烧。硫、磷、钾、钠、蜡烛、松香、沥青等可燃固体，在受到火源加热时，先熔融蒸发，随后蒸气与氧气发生燃烧反应，这种形式的燃烧一般称为蒸发燃烧。樟脑、萘等易升华物质，在燃烧时不经过熔融过程，其燃烧现象也可看作一种蒸发燃烧。

b.表面燃烧。可燃固体(如木炭、焦炭、铁、铜等)的燃烧反应是在其表面由氧和物质直接作用而发生的，称为表面燃烧。这是一种无火焰的燃烧，有时又称之为异相燃烧。

c.分解燃烧。可燃固体，如木材、煤、合成塑料、钙塑材料等，在受到火源加热时，先发生热分解，随后分解出的可燃挥发分与氧发生燃烧反应，这种形式的燃烧一般称为分解燃烧。

d.熏烟燃烧(阴燃)。可燃固体在空气不流通、加热温度较低、分解出的可燃挥发分较少或逸散较快、含水分较多等条件下，往往发生只冒烟而无火焰的燃烧现象，这就是熏烟燃烧，又称阴燃。

e.动力燃烧(爆炸)。动力燃烧是指可燃固体或其分解析出的可燃挥发成分遇火源所发生的爆炸式燃烧，主要包括可燃粉尘爆炸、炸药爆炸、轰然等几种情形。其中，轰然是指可燃固体由于受热分解或不完全燃烧析出可燃气体，当其以适当比例与空气混合后再遇火源时，发生的爆炸预混燃烧。例如，能析出一氧化碳的赛璐珞、能析出氰化氢的聚氨酯等，在大量堆积燃烧时，常会产生轰然现象。

需要说明的是，以上各种燃烧形式的划分不是绝对的，有些可燃固体的燃烧往往包含两种或两种以上的形式。比如，在适当的外界条件下，纸张、木材、棉麻制品等的燃烧会明显地存在分解燃烧、熏烟燃烧、表面燃烧等形式。(www.xing528.com)

(3)火灾

在时间上失去控制的燃烧所造成的火害称为火灾。在火灾发生时，火区的温度较高，使其中白炽的固体粒子和某些不稳定的中间物质分子内电子发生能级跃迁，从而发出各种波长的光。所发出的光就是火焰，它的存在是火在燃烧过程中的最明显标志。由于不完全燃烧等原因，会产生一些微小颗粒，这样就形成了烟。

烟是一种包含一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO2)、氢气(H2)、二氧化硫(SO2)、水蒸气及许多有毒气体的混合物。

1)火灾的分类

①根据可燃物的类型和燃烧特性划分：

a.A类火灾：指固体物质火灾。这种物质通常具有有机物的性质，一般在燃烧时能产生灼热的余烬。如木材、干草、煤炭、棉、毛、麻、纸张等火灾。

b.B类火灾：指液体或可熔化的固体物质火灾。如煤油、柴油、原油、甲醇、乙醇、沥青、石蜡、塑料等火灾。

c.C类火灾：指气体火灾。如煤气、天然气、甲烷、乙烷、丙烷、氢气等火灾。

d.D类火灾：指金属火灾。如钾、钠、镁、钛、锆、锂、铝镁合金等火灾。

e.E类火灾：指带电火灾。物体带电燃烧的火灾。

f.F类火灾：指烹饪器具内的烹饪物(如动植物油脂)火灾。

②根据等级划分：

a.特别重大火灾：指造成30人以上死亡，或者100人以上重伤，或者1亿元以上直接财产损失的火灾。

b.重大火灾：指造成10人以上30人以下死亡，或者50人以上100人以下重伤，或者5 000万元以上1亿元以下直接财产损失的火灾。

c.较大火灾：指造成3人以上10人以下死亡，或者10人以上50人以下重伤，或者1 000万元以上5 000万元以下直接财产损失的火灾。

d.一般火灾：指造成3人以下死亡，或者10人以下重伤，或者1 000万元以下直接财产损失的火灾。

2)火灾发生的常见原因

①电气火灾。据资料显示，近年来我国发生的电气火灾数量一直居高不下，每年都在10万起以上，占全年火灾总数的30%左右，导致人员伤亡1 000多人，直接财产损失超过18亿元，在各类火灾原因当中居首位。近几年，在全国范围内造成较大社会影响的几起火灾事故，如2012年6月30日，天津市蓟县(现蓟州区)莱德商厦火灾；2013年6月3日，吉林德惠市宝源丰禽业有限公司火灾；2014年1月11日云南省迪庆州香格里拉县(现香格里拉市)独克宗古城如意客栈火灾；2014年11月16日山东寿光龙源食品公司火灾；2015年5月25日，河南省平顶山市鲁山县康乐园老年公寓火灾等，均因电气设备使用不当或电气线路故障而引发。电气火灾原因复杂，既涉及电气设备的设计、制造及安装，也与产品投入使用后的维护管理、安全防范相关。由于电气设备故障、电气设备设置或使用不妥、电气线路敷设不当及老化等所造成的设备过负荷、线路接头接触不良、线路短路等是引起电气火灾的直接原因。例如，一些电子设备长期处于工作或通电状态，因散热不力，最终可能因过热导致内部故障而引起火灾。

②吸烟造成的火灾。烟蒂和点燃烟后未熄灭的火柴梗温度可达800℃，能引起许多可燃物质燃烧，在起火原因中，占有相当的比重。例如：将没有熄灭的烟头和火柴杆扔在可燃物中引起火灾；躺在床上，特别是醉酒后躺在床上吸烟，烟头掉在被褥上引起火灾；在禁止火种的火灾高危场所，因违章吸烟引起火灾事故。2004年2月15日，吉林省吉林市中百商厦特大火灾，正是由于掉落在仓库内的烟头所引发的，并且最终导致54人死亡。2018年，全国因吸烟引发的火灾占到了火灾总数的7.3%。

③生活用火不慎造成的火灾。生活用火不慎主要是指城乡居民家庭生活用火不慎。例如，炊事用火中炊事器具设置不当，安装不符合要求，在炉灶的使用中违反安全技术要求等引起火灾；家中烧香祭祀过程中无人看管，造成香灰散落引发火灾等。2018年，全国因生活用火不慎引发的火灾占到了火灾总数的21.5%。

④生产作业不慎造成的火灾。生产作业不慎主要是指违反生产安全制度引起火灾。例如：在易燃易爆的车间内动用明火，引起爆炸起火；将性质相抵触的物品混存在一起，引起燃烧爆炸；在用气焊焊接和切割时，飞迸出的大量火星和熔渣，因未采取有效的防火措施，引燃周围可燃物；在机器运转过程中，不按时加油润滑，或者没有清除附在机器轴承上面的杂质、废物，使机器该部位摩擦发热，引起附着物起火；化工生产设备失修，出现可燃气体，以及易燃、可燃液体跑、冒、滴、漏，遇到明火燃烧或爆炸等。2010年，重庆市九龙坡区石桥铺赛博数码广场裙楼因焊割作业时掉落的高温焊渣引燃可燃物致火灾，烧毁大量计算机、手机等电子产品，直接财产损失9 800万元。2018年，全国因生产作业不慎引发的火灾占到了火灾总数的4.1%。

⑤玩火造成的火灾。未成年人因缺乏看管，玩火取乐，也是造成火灾发生常见的原因之一。2010年7月19日，新疆乌鲁木齐市河北东路居民自建房内因儿童玩火导致火灾发生，致使12人死亡。此外，燃放烟花爆竹也属于“玩火”的范畴。被点燃的烟花爆竹本身即是火源，稍有不慎，就易引发火灾，还会造成人员伤亡。

我国每年春节期间火灾频繁，其中有70%～80%是由燃放烟花爆竹所引起的。2009年2月9日中央电视台电视文化中心及2011年2月3日辽宁沈阳皇朝万鑫国际大厦两起超高层建筑火灾，均由燃放礼花弹所引发，而且损失巨大。2018年，全国因玩火引发的火灾占到了火灾总数的2.9%。

⑥放火。放火主要是指采用人为放火的方式引起的火灾。一般是当事人以放火为手段达到某种目的。这类火灾为当事人故意为之，通常经过一定的策划准备，因而往往缺乏初期救助，火灾发展迅速，后果严重。2013年7月26日，黑龙江海伦市联合敬老院因人为放火造成11人死亡。2018年，全国因放火引发的火灾占到了火灾总数的1.3%。

⑦雷击。雷电导致的火灾原因大体上有3种：一是雷电直接击在建筑物上发生热效应、机械效应作用等；二是雷电产生静电感应作用和电磁感应作用；三是高电位雷电波沿着电气线路或金属管道系统侵入建筑物内部。在雷击较多的地区，建筑物上如果没有设置可靠的防雷保护设施，便有可能发生雷击起火。2010年4月13日，上海东方明珠广播电视塔顶部发射架遭受雷击起火。此外，一些森林火灾往往是由于雷击引起的。2018年，全国因雷击引发的火灾约占到了火灾总数的0.1%。

3)火灾的危害

①危害生命安全。火灾会对人的生命安全构成严重威胁。一场大火，有时会吞噬几十人甚至几百人的生命。2015年8月12日发生的8·12天津滨海新区火灾爆炸事故共造成165人遇难。2000年12月25日，河南省洛阳市东都商厦火灾，致309人死亡。1994年12月8日，新疆克拉玛依市发生的恶性火灾事故，造成325人死亡，其中中小学生288人。

②造成经济损失。火灾造成的经济损失以建造火灾为主，具体体现在：第一，火灾烧毁建筑物内的财物，破坏设施设备，甚至会因火势蔓延使整栋建筑物化为废墟。第二，建筑物火灾产生的高温高热，会造成建筑结构的破坏，甚至引起建筑物的整体倒塌。第三，扑救建筑火灾所用的水、干粉、泡沫等灭火剂，不仅本身是一种资源损耗，而且使建筑内的财物遭受损失。第四，建筑火灾发生后，因建筑修复重建、人员善后安置、生产经营停业等，会造成巨大的间接经济损失。

③破坏文明成果。一些历史保护建筑、文化遗址一旦发生火灾，除了会造成人员伤亡和财产损失外，大量文物、典籍、古建筑等诸多的稀世瑰宝面临烧毁的威胁。

④影响社会稳定。当重要的公共建筑、单位发生火灾时，会在很大的范围内引起关注，并造成一定程度的负面效应，影响社会的稳定。

⑤破坏生态平衡。火灾的危害不仅表现在毁坏财物、造成人员伤亡，而且还会破坏生态环境。此外，森林火灾的发生，会使大量的动植物灭绝，环境恶化，气候异常，干旱少雨，风暴增多，水土流失，导致生态平衡被破坏，引发饥荒和疾病的流行，严重威胁人类的生存和发展。

(4)火灾的危险性

由于可燃物的种类很多，因此各种气体、液体与固体不同的性质形成了不同的危险性，并且同样的物品采用不同的工艺和操作，产生的危险性也不相同，所以在实际应用中，确定一个厂房或仓库确切的火灾危险程度有时比较复杂。

1)生产中的火灾危险性分类方法

对于生产中的火灾危险性分类，在国内主要依据《建筑设计防火规范》(GB 50016—2014)，根据生产中使用或生产的物质性质及其数量等因素划分，把生产的火灾危险性分为五大类，具体分类见表1.1。

表1.1　生产的火灾危险性分类

上述分类中，甲、乙、丙类液体的分类是以闪点为基准。

凡是在常温环境下遇火源能引起闪燃的液体均属于易燃液体，可列入甲类火灾危险性范围。规范中，将甲类火灾危险性的液体闪点标准确定为小于28℃，乙类定为不小于28℃但小于60℃，丙类定为不小于60℃。这样划分甲、乙、丙类是以汽油等常见易燃液体、煤油、柴油的闪点为基准的，其有利于消防安全和资源节约。

2)存储物品的火灾危险性分类

存储物品的火灾危险性与生产类的有相同处，也有不同处。有些生产的原料、成品都不危险，但生产中的条件变了或经化学反应后产生了中间产物，也就增加了火灾危险性。

存储物品的分类方法主要是根据物品本身的火灾危险性并参考《危险货物道路运输规则》(JG/T 617—2018)相关内容而划分。

按照《建筑设计防火规范》(GB 50016—2014)的规定，存储物品的火灾危险性分为五大类，见表1.2。

表1.2　存储物品的火灾危险性分类

(5)防火和灭火的原理与方法

为防止火势失去控制，继续扩大燃烧而造成灾害，需要采取以下方法将火扑灭，这些方法的根本原理是破坏燃烧条件。

1)冷却灭火

可燃物一旦达到着火点，即会燃烧或持续燃烧。在一定条件下，将可燃物的温度降到着火点以下，燃烧即会停止。对于可燃固体，将其冷却在燃点以下；对于可燃液体，将其冷却在闪点以下，燃烧反应就可能会中止。用水扑灭一般固体物质引起的火灾，主要是通过冷却作用来实现的，水具有较大的比热容和很高的汽化热，冷却性能很好。在用水灭火的过程中，水大量地吸收热量，使燃烧物的温度迅速降低，使火焰熄灭、火势得到控制、火灾终止。水喷雾灭火系统的水雾，其水滴直径细小，比表面积大，和空气接触范围大，极易吸收热气流的热量，也能很快地降低温度，效果更为明显。

2)隔离灭火

在燃烧三要素中，可燃物是燃烧的主要因素。将可燃物与氧气、火焰隔离，就可以停止燃烧、扑灭火灾。例如，自动喷水泡沫联用系统在喷水的同时喷出泡沫，泡沫覆盖于燃烧液体或固体的表面，在发挥冷却作用的同时，将可燃物与空气隔开，从而可以灭火。再如，可燃液体或可燃气体火灾，在灭火时，迅速关闭输送可燃液体或可燃气体的管道的阀门，切断流向着火区的可燃液体或可燃气体的输送，同时打开可燃液体或可燃气体通向安全区域的阀门，使已经燃烧或即将燃烧或受到火势威胁的容器中的可燃液体、可燃气体转移。

3)窒息灭火

可燃物的燃烧是氧化作用，需要在最低氧浓度以上才能进行，低于最低氧浓度，燃烧不能进行，火灾即被扑灭。一般氧浓度低于15%时，就不能维持燃烧。在着火场所内，可以通过灌注不燃气体，如二氧化碳、氮气、蒸气等，来降低空间的氧浓度，从而达到窒息灭火。此外，水喷雾灭火系统工作时，喷出的水滴吸收热气流热量而转化成蒸气，当空气中水蒸气浓度达到35%时，燃烧即停止，这就是窒息灭火的应用。

4)化学抑制灭火

由于有焰燃烧是通过链式反应进行的，如果能有效地抑制自由基的产生或降低火焰中的自由基浓度，即可使燃烧中止。化学抑制灭火的灭火剂常见的有干粉和七氟丙烷。化学抑制法灭火，灭火速度快，使用得当可有效地扑灭初期火灾，减少人员伤亡和财产损失。但抑制法灭火对于有焰燃烧火灾效果好，对深位火灾，由于渗透性较差，灭火效果不理想。在条件许可的情况下，采用抑制法灭火的灭火剂与水、泡沫等灭火剂联用，会取得明显效果。