阴燃火灾调查

阴燃火灾调查

林 松

在火灾调查中，微小火源、氧化反应形成的自燃、以及干燥设备由于温度不均匀等引起的阴燃，它们与发热器具、电气器具等火灾不同，在起火点处几乎不会残留着火源的物品，因此，很难找到证明起火原因的证据。在判断阴燃火灾时，其着火时间、燃烧特征、起火点的灰化痕，以及起火点附近有否其它火源，成为判断阴燃起火的重要依据。

阴燃与爆燃起火是常见的明燃起火的两个极端，在起火的初始阶段，在火场中留下截然不同的燃烧特征，这些特质在火场中就留下不同的痕迹物证：

一、 阴燃起火的机理 ?

阴燃是一种很独特的燃烧过程。它与有焰燃烧不同，其只在气固

相界面处燃烧，不产生火焰或火焰贴近可燃物表面的一种燃烧形式，燃烧过程中可燃物质成炽热状态，所以也称为无焰燃烧或表面炽热型燃烧。无焰燃烧的过程很缓慢，单位时间内释放的热量也比较小，反应机理为氧化反应，而不是游离基的连锁反应。 ? ?

热解反应和燃烧反应都需要温度达到一定的值后发生，气相反应

的速率取决于可燃气体的浓度、氧气的浓度、温度，一旦达到条件，阴燃就会转向有焰燃烧。

下面是阴燃火灾燃烧反应机理:

通过额外的加热，加强可燃性固体的热解反应，提高热解可燃气的产

生率，会促使有焰火出现，可使热解和氧化产生的多孔碳发生燃烧，形成很高的温度，有利于产生有焰火。

随着火焰的发生，阴燃向有焰火转化，使得占主导的固－气异相反应

的燃烧方式与气－气同相反应的燃烧方式同存。微弱气—气同相反应，它能使温度值升高一些；但固—气的异相反应占主导地位。当阴燃传播方向与外加风速方向相同时，阴燃速度、温度都会随外加风速的增加而增大，有可能向有焰火发生转化。当阴燃传播方向与外加风速方向相反时，阴燃总是以大致不变的速度向前传播。不管外加风速如何变化，都不会出现有焰。在垂直阴燃中，浮力的作用有影响。在向上反向阴燃中，当向下的风速刚好与向上的浮力作用平衡时，会导致阴燃的滞止熄灭。

从无焰燃烧转移为有焰燃烧的机理，以及在实验观察到是因某种扰乱

（吸入空气等）而产生热点（高温点），然后产生热分解气、一氧化碳与空气混合后形成可燃性混合气时，热点变成高温物体起作用，与热点接触的部分出现预混合火焰，发展为有焰燃烧。

结果表明，固体可燃物的种类、状态、尺寸、阴燃条件，特别是氧气浓度对阴燃转变规律有显著影响。这种影响主要表现在阴燃状态、换热规律与热解、气化规律之间的相互关系上。

日本东京消防厅笠原孝一通过在燃烧室内进行实验观察，将香烟作为火源，使用气流调节器来设定换气量，用携带式热线风速计测量局部风速分布。设臵数字录像机30格/ｓ录制燃烧状况。观测烟头在棉被上持续无焰燃烧后，

转移为有焰燃烧的条件（周围的风及可燃物的影响），以及转移为有焰燃烧的机理。

从实验中观察到，持续无焰燃烧的棉被，在风速0-1.4m/s的环境下，

不会发展为有焰燃烧；在风速1.4-1.6m/s下发展为有焰燃烧。因此可以确定棉被在持续无焰燃烧后，造成火焰的界限风速是1.4-1.6m/s。

彭磊等人在《自然扩散条件下阴燃向有焰火转化的数理模式》研究中，采用积分方法求解各个移动区域的质量和能量积分守恒方程,建立了自然扩散条件下的阴燃模型,推导出了阴燃稳定传播时的速度和出现有焰火所需条件的数学表达式:

(１) 自然对流条件下阴然速度将趋于一定,这时阴燃稳定传播,其速度为: (２) 氧气的浓度和残炭层的厚度影响阴燃传播的速度,氧气浓度越大,阴燃速度越大,残炭层越厚,阴燃速度越小。 (３) 阴燃向有焰火转化的最低条件满足: 二. 阴燃的特征

1、 大部分阴燃物是有机的，并全部是固体，而且除了碳本身以外，没有一样是纯化合物，而是复杂的天然聚合物或合成的聚合物，既能产生挥发可燃物，又能产生刚性多孔的碳结构。

阴燃材料的种类、状态、尺寸、阴燃条件，特别是氧气浓度对阴燃转变规律有显著影响。这种影响主要表现在阴燃状态、换热规律与热解、气化规律之间的相互关系上。

阴燃材料有两个基本判据：一个他必定是疏松的，二是在高温热分解时必然产生刚性多孔的碳结构。根据这个基本判据，固体材料可分为积炭型和

非积炭型，非积炭型几乎能完全燃烧，很少有残留物存在；而积炭型的热解和燃烧有很大区别，随着热解和燃烧过程的进行，含有大量的残留物覆盖在固体材料的表面，会使表面热阻增大，表面温度上升，并在内部形成温度梯度，从而影响热解和燃烧速率。

2、 在加热强度比较小的条件下如遗留烟头发生阴燃,氧化反应速度很低，相应的最高温度及传播速度都很低；

3、 在其析出过程中，部分组分由于低蒸汽压而凝结成为微小的液相颗粒，形成白色烟雾。可在低氧浓度环境中传播，每单位质量的物质在阴燃状态下产生的烟量、有毒气体及可燃性气体的量比较多。

4、反应区的厚度同有焰燃烧相比较大。例如：当烟头的阴燃将某个物品烧穿，形成一个烧穿洞，烧穿区向物品厚度延伸，周围有一个很明显的碳化区域，碳化区的上表面常常有一个向烧穿洞倾斜的表面。由于氧化反应的速度很小，相应的最高温度及传播速度都很低，碳化区的厚度同有焰燃烧相比则比较大，近似圆形痕。氧气的浓度和残炭层的厚度影响阴燃传播的速度,氧气浓度越大,阴燃速度越大；残炭层越厚，阴燃速度越慢。这些碳化区域，因长时间的燃烧得很彻底，可在碳化区域里找到灰化区。

一种材料的火灾危险可用热释放速率和点火时间来进行评价，前者与火灾的发展有关，后者与火灾的发生有关。在阴燃火灾调查中我们只要了解了阴燃起火的机理，掌握阴燃所形成痕迹和特征，就能准确的认定火灾原因。

5、 输运过程控制的化学反应，氧化反应仅发生在固体的表面。 6、可以在比较低的氧气浓度环境中传播。

7、散热条件差、热量比较容易积累，对阴燃的发生和传播有利。

8、 阴燃在一定条件下可以转化为明火。 ?

３ 香烟的燃烧

香烟的燃烧是阴燃的典型代表，用x射线测量，抽烟过程中，边界表面温度达到850-900 ℃ ，不抽时，温度转到烟的中心为775 ℃ ，边界温度在300 ℃左右。

在家庭因吸烟引起的火灾中，以掉落在床垫、沙发等软垫物品上起火居多、软垫物品为多孔性固体物，因为空气可以渗入到这种物质的内部，而所产生的热却因物质的隔热性而包裹在内积聚起来。如床垫上的香烟无意中被床单被子盖住，这就增加了香烟着火的可能性。 酒后在床上吸烟留下的阴燃痕迹及烟蒂。

香烟掉在棉被上的阴燃状态是从上往下蔓延的阴燃状态。随着阴燃前锋不断扩展，燃料表面的热解区域和炭化区域逐渐扩大，热解产生的烟尘和可燃挥发份逐渐增多，同时炭化区域保持着较高的温度，当挥发份产生速率和阴燃区通风速率超过某个确定的临界值时，燃料表面就可能出现明火。一般受热后可生成固态炭的多孔材料能够发生自我维持的阴燃，这些材料包括纸、纤维纺织物、锯屑、纤维板等植物材料、胶乳橡胶以及一些膨胀型的热固塑料等。

沙发由纤维素织物、棉毯填充料、聚氨酯、乳胶泡沫塑料这些可燃材料所组成，一般香烟容易掉落在沙发的缝隙，比在家具的水平表面容易发生阴燃，但如果发生为有焰燃烧，则从放下香烟到冒出火焰时间，有报道从２０分钟至几个小时不等。它产生的热以及CO、CO2、HCI、HCN、NO2等产物的毒性效应，成为火灾中造成人员伤亡的重要原因。

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