預(yù)防著火和中止燃燒的方法

1、 “隱患險(xiǎn)于明火，防范勝于救災(zāi)”，同火災(zāi)作斗爭(zhēng)最有效和可靠的方法就是采取措施消除火災(zāi)隱患，預(yù)防體系著火。一、利用著火臨界參數(shù)預(yù)防著火和控制火災(zāi)的方法如前所述，不論是自燃還是外界火源作用下的強(qiáng)迫著火都有臨界著火條件，因此利用著火的臨界參數(shù)破壞著火條件是預(yù)防著火和控制火災(zāi)的最有效手段。(一) 控制可燃物和氧化劑濃度防止形成爆炸混合物對(duì)于可燃?xì)怏w、易燃和可燃液體的生產(chǎn)、儲(chǔ)運(yùn)等場(chǎng)所而言，控制可燃物濃度就是要保證混合物中氣體或蒸氣的濃度要低于著火濃度下限。對(duì)于密閉系統(tǒng)、反應(yīng)設(shè)備、管道和貯罐而言，由于可燃物濃度高于著火濃度上限，所以要嚴(yán)格控制氧氣濃度低于維持燃燒所需濃度的下限)。如果某些反應(yīng)的最佳條件剛好

2、處于著火濃度極限范圍之內(nèi)時(shí)，一般采用向體系添加惰性氣體或化學(xué)活性抑制劑的方法來保證安全。需要指出的是，采用這一方法時(shí)，必須保障添加惰性氣體或化學(xué)活性抑制劑后可燃?xì)獾臐舛鹊陀谥鹋R界值才能防止燃燒發(fā)生。(二) 控制點(diǎn)火源能量最小點(diǎn)火能量與可燃物的種類、狀態(tài)以及混合物的組成、濃度、壓力、溫度等條件有關(guān)。隨著條件改變，最小點(diǎn)火能量相差510倍之多。因此，在為火災(zāi)爆炸危險(xiǎn)場(chǎng)所選擇安全防爆設(shè)備(如風(fēng)扇、電動(dòng)機(jī)、導(dǎo)線、 照明和加熱等裝置)時(shí)，應(yīng)該充分考慮具體條件下最小點(diǎn)火能的變化。一般來說，混氣壓力越大，混氣越容易被點(diǎn)燃，最小點(diǎn)火能量越小；混氣初溫越高，混氣越容易被點(diǎn)燃，最小點(diǎn)火能量越小；混氣熱容越大，混

3、氣升溫時(shí)吸收的熱量越多，越不容易引燃，最小點(diǎn)火能量越大；混氣的導(dǎo)熱系數(shù)越大時(shí)，熱量越容易被傳遞走，升溫越困難，越不容易引燃，最小點(diǎn)火能量越大。(三) 設(shè)置限制火焰蔓延或阻火裝置為抑制火災(zāi)在易燃易爆危險(xiǎn)品的生產(chǎn)和儲(chǔ)運(yùn)場(chǎng)所的蔓延，通常采用安裝阻火器、泄壓閥、爆破膜、放空管、泄壓結(jié)構(gòu)以及其他限制火焰蔓延或阻火裝置。在設(shè)計(jì)這些安全系統(tǒng)過程中都要涉及到著火極限參數(shù)的計(jì)算。比如設(shè)計(jì)阻火器時(shí)要利用臨界熄火直徑，設(shè)計(jì)斷火器要利用火焰?zhèn)鞑サ乃俣葮O限，設(shè)計(jì)爆炸泄壓裝置要利用爆炸升壓速度和爆炸壓力極限等等。以阻火器為例，火焰在管道中能否穩(wěn)定傳播取決于實(shí)際火焰?zhèn)鞑ミ^程中熱損失速率和維持穩(wěn)定傳播熱損失速率的相對(duì)大小。如

4、果實(shí)際火焰?zhèn)鞑ミ^程中的熱損失速率大于維持穩(wěn)定傳播的熱損失速率，那么火焰就可能穩(wěn)熄滅。阻火器能夠熄滅火焰的理論根據(jù)就是增大自燃燒區(qū)向外散熱速率以熄滅火焰，當(dāng)火焰通過狹窄的縫隙時(shí)，火焰被分割成許多小火苗，熱量通過器壁得以迅速散失。在管道中設(shè)置的阻火器能否有效地阻止火焰?zhèn)鞑リP(guān)鍵就取決于阻火器中火焰通道的直徑，如果火焰通道的直徑小于臨界熄火直徑，火焰就會(huì)熄滅，燃燒就會(huì)被終止，因此阻火器臨界熄火直徑的計(jì)算問題在本質(zhì)上也就是求解火焰?zhèn)鞑サ呐R界條件問題。對(duì)于火焰在阻火器中的流動(dòng)傳熱問題可用牛頓冷卻定律來表達(dá)。單位時(shí)間單位面積傳遞的熱量與氣體和器壁的溫度差成正比： (5-15)式中，為對(duì)流換熱系數(shù)。由于阻火器

5、的氣體通道很狹小，氣體在其中的流動(dòng)可視為層流，因此熱流向器壁的傳播為導(dǎo)熱傳熱過程，對(duì)流換熱系數(shù)可近似取下值： (5-16)式中，氣體的導(dǎo)熱系數(shù)；d為孔隙直徑。)(21TTqd8單位體積火焰鋒面的熱損失速率可表示為： (5-17)假設(shè)火焰鋒的厚度為，則火焰鋒面流經(jīng)通道的橫截面積為fi=d2/4，火焰鋒的體積為Vo=d2/4，火焰與細(xì)管壁接觸的面積為Fi=d，上式可變形為： (5-18)因?yàn)門焰遠(yuǎn)大于T壁，所以 (5-19)因此，如果知道臨界散熱量q、火焰溫度T焰和火焰溫度條件下的可燃混合物的混合導(dǎo)熱系數(shù)，阻火器的臨界熄火直徑就可用下式求得。 (5-20)0)(VFTTqi壁焰)(32)(4822

6、壁焰壁焰TTdTTdddq232dTq焰臨界焰混臨界qTd32如果熱交換過程用貝克列準(zhǔn)數(shù)表示： (5-21)式中，v為速度特性參數(shù)；為密度；為熱容；為導(dǎo)熱系數(shù)；d為直徑。對(duì)火焰?zhèn)鞑ミ^程來說，臨界直徑為： (5-22)分析計(jì)算和實(shí)驗(yàn)結(jié)果都表明，大多數(shù)烴類和空氣混合物的貝克列準(zhǔn)數(shù)Pe臨界數(shù)值在40100之間，平均值約6070。因此，阻火器孔隙的臨界直徑值表示為： (5-23)由公式（5-23）可知，熄滅臨界直徑受壓力、火焰?zhèn)鞑ニ俣?、可燃混合物濃度、可燃組分種類及大氣壓等因素影響。cvdPe 混法焰混臨界混法混臨界臨界PcuRTPecuPedPP混法混焰臨界PcuRTdP60 不同條件下熄滅臨界直徑

7、通常相差50100倍。比如緩燃型烴類甲烷，它與空氣組成的混合體系的臨界熄火直徑約為1mm，與氧的混合物臨界熄火直徑則降低至0.10.2mm；對(duì)速燃型可燃混合體系（如氫和乙炔與氧的混合體系）在接近化學(xué)當(dāng)量濃時(shí)的臨界熄火直徑約為0.04mmm。 以上是有關(guān)利用著火極限參數(shù)解決阻火器中通道直徑設(shè)計(jì)問題的實(shí)例，實(shí)際上在建筑防火設(shè)計(jì)中同樣需要利用著火的極限參數(shù)，比如在解決廠房和構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)耐火性的計(jì)算，火災(zāi)時(shí)允許疏散時(shí)間的計(jì)算以及防火間距的計(jì)算等問題時(shí)同樣要利用物質(zhì)燃燒速度、煙氣釋放速率、熱釋放速率、火焰?zhèn)鞑ニ俣?、火焰溫度等著火的極限參數(shù)。即使在研制和設(shè)計(jì)自動(dòng)報(bào)警和滅火系統(tǒng)也要充分利用燃燒的極限參數(shù)數(shù)據(jù)。

8、現(xiàn)有各類報(bào)警探測(cè)器和整個(gè)報(bào)警系統(tǒng)就是就是建立在檢測(cè)可燃?xì)怏w或可燃液體蒸氣著火濃度極限的基礎(chǔ)之上的，通過分析氣體濃度可以提供預(yù)警，通過與系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)還可以及時(shí)接通或斷開某一系統(tǒng)(切斷可燃物料供給系統(tǒng)；切斷動(dòng)力供應(yīng)系統(tǒng)；接通強(qiáng)制事故通風(fēng)機(jī)；在火災(zāi)、爆炸危險(xiǎn)大的場(chǎng)所，接通滅火系統(tǒng))。很明顯，系統(tǒng)整體的可靠性和有效性在很大程度上取決于可燃濃度(或氧化劑濃度)已確立的極限值。 實(shí)際上，滅火中所使用的終止燃燒的方法也都是基于利用燃燒極限參數(shù)。 據(jù)此機(jī)理，有人可建議用這種方法撲火飛機(jī)轉(zhuǎn)入俯沖飛行狀態(tài)時(shí)發(fā)生的火災(zāi)(假若火災(zāi)發(fā)生在飛機(jī)結(jié)構(gòu)構(gòu)件外表的風(fēng)吹面)，該方法之所以能夠撲滅火災(zāi)就是靠空氣的稀釋作用和空氣動(dòng)力作

9、用。甚至有人建議用噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)噴嘴產(chǎn)生的強(qiáng)大空氣流撲滅飛機(jī)火災(zāi) (雖然這種建議的實(shí)際有效性存在疑問，但有的國(guó)家在撲救飛機(jī)火災(zāi)的規(guī)則中卻規(guī)定有這種方法)。終止著火的另一種方法就是向著火區(qū)噴灑滅火劑。盡管滅火劑的種類很多，各類型滅火的滅火機(jī)理比較復(fù)雜，但本質(zhì)還是使燃燒處于一定極限條件而終止。比如向燃燒區(qū)輸入惰性氣體使燃燒終止，其滅火的主要原因在于一方面添加惰性氣體增大了連鎖反應(yīng)自由基的銷毀速度，當(dāng)惰性氣體濃度超過臨界值后，自由基的銷毀速度大于增長(zhǎng)速度，連鎖反應(yīng)被中斷；另一方面火焰?zhèn)鞑ニ俣入S惰性氣體濃度增大而減小，當(dāng)火焰?zhèn)鞑ニ俣鹊陀诳扇嘉锵蛉紵齾^(qū)的供給速度時(shí)火焰被吹熄。如果向燃燒區(qū)引入化學(xué)活性抑制劑，

10、那么燃燒區(qū)化學(xué)反應(yīng)速度就降低，相應(yīng)地火焰?zhèn)鞑ニ俣?、產(chǎn)熱速率和火焰溫度等也下降。當(dāng)達(dá)到燃燒極限條件之后（Q產(chǎn)Q極限、u焰u臨界或T焰T臨界），燃燒才會(huì)被終止。 實(shí)際上滅火過程中燃燒被終止是多種因素共同作用的結(jié)果，比如常用的水、潤(rùn)濕水溶液、空氣泡沫、化學(xué)泡沫、干粉等等，它們終止燃燒的作用機(jī)理大約有8至10種，很難確定是哪一種是起決定作用的。按滅火劑在終止燃燒過程的主要機(jī)理，可將滅火劑分為以下四類： 1、水和許多以水為主的滅火劑屬冷卻類滅火劑，即主要利用水的冷卻作用降低燃燒區(qū)的溫度； 2、各類泡沫屬于隔絕類滅火劑，即其主要起將可燃物與燃燒區(qū)隔絕，阻斷氧氣向燃燒區(qū)擴(kuò)散的作用； 3、CO2和N2等惰性氣

11、體屬于稀釋類滅火劑，它們加入后主要起到稀釋燃燒反應(yīng)區(qū)可燃混合物濃度的作用； 4、含鹵滅火劑及其部分替代品按照滅火機(jī)理歸為化學(xué)活性抑制類滅火劑，它們分解釋放除連鎖反應(yīng)自由基阻斷劑，抑制連鎖反應(yīng)，使燃燒反應(yīng)中斷。 總的來說，終止燃燒的過程本質(zhì)上都是要在燃燒區(qū)創(chuàng)造某種物理或化學(xué)條件，使得燃燒過程的某些參數(shù)在此條件下達(dá)到了極限值或臨界值。比如使燃燒區(qū)的火焰?zhèn)鞑ニ俣刃∮跇O限值（u焰u臨界）、使燃燒區(qū)產(chǎn)生的熱量低于極限值（Q產(chǎn)Q極限）或使火焰溫度低于臨界火焰溫度（T焰T臨界）等等。三、冷卻滅火劑的滅火用量由于著火和滅火過程受很多因素影響，目前對(duì)著火過程和火災(zāi)發(fā)展規(guī)律的認(rèn)識(shí)仍不深入，部分結(jié)論還停留在經(jīng)驗(yàn)描述

12、階段，因此完整的分析和闡述燃燒過程十分困難。甚至滅火過程中滅火劑用量的計(jì)算問題也仍沒有得到真正意義上的解決。即便如此，人們總希望能近可能準(zhǔn)確的解決這一問題。隨著研究的不斷深入，人們發(fā)現(xiàn)通常在燃燒過程在起支配作用并不是可燃物和氧化劑高溫氧化的化學(xué)動(dòng)力學(xué)本身，而恰恰是外界的熱動(dòng)力學(xué)和氣體動(dòng)力學(xué)條件。只有深入的揭示熱動(dòng)力學(xué)及氣體動(dòng)力學(xué)條件合燃燒過程的相互關(guān)系，才能探索更有效的滅火途徑，才能提供有科學(xué)根據(jù)的滅火方法，才能制定新的更有效的使用滅火劑的方法，進(jìn)而逐步解決滅火劑的用量的合理確定問題。 前面提到滅火過程的物理本質(zhì)是在燃燒區(qū)造成一定的物理化學(xué)條件，使可燃物的自行燃燒在這一條件下不能以任何形式進(jìn)行

13、下去，而且這些物理化學(xué)條件與可燃物種類、可燃物聚集態(tài)以及燃燒狀況有關(guān)，而燃燒狀況本質(zhì)是決定于燃燒區(qū)的熱質(zhì)交換條件。 對(duì)于氣體與空氣的擴(kuò)散燃燒來說，滅火的方法可從以下幾個(gè)方面考慮，其一阻止可燃物或氧化劑進(jìn)入燃燒區(qū)，其二降低燃燒區(qū)溫度達(dá)到熄火臨界溫度，其三利用化學(xué)活性抑制劑抑制燃燒區(qū)的連鎖反應(yīng)，降低燃燒反應(yīng)速度。如果用機(jī)械方法(例如關(guān)閉開關(guān)閥)不能阻止可燃物進(jìn)入燃燒區(qū)時(shí)，常用的冷卻法是最簡(jiǎn)單和有效的方法。作為冷卻滅火劑，主要有水或以水為基礎(chǔ)的滅火劑。但是應(yīng)注意的是，由于氣體混合物基本上能夠在任何初溫條件下進(jìn)行燃燒，因此用滅火劑冷卻可燃混合物組分本身沒有絲毫用處，而必須使燃燒區(qū)溫度降低，即從燃燒反應(yīng)

14、區(qū)移走熱量才能達(dá)到滅火的目的。 對(duì)可燃液體表面的擴(kuò)散燃燒而言，即可用冷卻法降溫滅火，也可用化學(xué)抑制法或?qū)⒄魵馀c燃燒區(qū)隔絕的方法使火焰熄滅。然而，這些方法在實(shí)際情況下實(shí)施起來都相當(dāng)困難，需要使用專門的消防器械，而且滅火過程中需要消耗大量滅火劑，這是因?yàn)閷?duì)多數(shù)的滅火劑而言，只有當(dāng)液面溫度降至不能持續(xù)和發(fā)展火災(zāi)時(shí)才能達(dá)到可靠的滅火效果。所以，目前世界許多國(guó)家都加緊研究新型搞效的易燃可燃液體滅火方法?，F(xiàn)在看來突然冷卻可燃液體表層阻止可燃液體蒸氣進(jìn)人燃燒區(qū)是一種很有前途的方法，該方法的特點(diǎn)在于在很短的時(shí)間內(nèi)能使液面溫度驟降至閃點(diǎn)以下。實(shí)施這種滅火方法需要借用液氮或固態(tài)二氧化碳低溫冷凍劑，因?yàn)樗鼈兊拿芏鹊?/p>

15、于可燃液體的密度。 固體可燃物料燃燒多是熱解產(chǎn)物與空氣混合的均相有焰燃燒，或固體殘?zhí)级嘞酂o焰燃燒，滅火必須使可燃固體物料表面熱解產(chǎn)物的有焰燃燒和固體物料受熱表層殘?zhí)嫉漠愊嗳紵冀K止。停熄有焰燃燒可用降低燃燒區(qū)溫度的冷卻方法、抑制反應(yīng)區(qū)的化學(xué)方法、阻止空氣中氧進(jìn)入燃燒區(qū)(如果這樣做是可能的話)或阻止熱解產(chǎn)物進(jìn)入火焰區(qū)的方法。要想滅火必須將固體物料受熱層的溫度冷卻至初始熱解溫度以下，這是停熄任何種類固體可燃物料燃燒和任何燃燒狀況的首要條件，因?yàn)楣腆w物料熱解的開始溫度大大低于固體擴(kuò)散燃燒和殘?zhí)籍愊嗳紵M(jìn)行的溫度。 以上分析了撲救燃燒的必要和充分的條件，對(duì)于不同聚集態(tài)可燃物有不同的標(biāo)準(zhǔn)表達(dá)式。(一)

16、撲救高壓可燃液體井噴氣體火災(zāi)時(shí)滅火劑用量標(biāo)準(zhǔn)如前所述，當(dāng)氣體發(fā)生穩(wěn)定燃燒時(shí)燃燒區(qū)向環(huán)境的熱損失速率等于維持穩(wěn)定燃燒時(shí)熱損失速率。要想使燃燒終止，必須具備如下條件： (5-24)式中，q散是燃燒區(qū)散熱速率，kJ/s；Cpi是燃燒產(chǎn)物中各組分的熱容，kJ/(m3K)；Vi是單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生各組分的體積，m3；T焰是火焰溫度，K；T熄是熄滅火焰所需的溫度，K。當(dāng)向燃燒區(qū)噴灑滅火劑后，燃燒區(qū)介質(zhì)的溫度逐漸降低，散熱速率逐漸增大，當(dāng)燃燒區(qū)域介質(zhì)的溫度降低到火焰熄滅的臨界溫度時(shí)，燃燒就會(huì)終止。因此滅火的必要條件是： (5-25)式中，T燃,介為燃燒介質(zhì)的溫度，大多數(shù)碳?xì)浠衔飻U(kuò)散燃燒區(qū)介質(zhì)溫度的T燃,介約為

17、16001700K。niiPi)TT(VCq2熄焰散熄介燃TT. T熄是指熄火的臨界溫度，其值可由下式求得： (5-26) 對(duì)大多數(shù)碳?xì)浠衔飦碚f，其絕熱燃燒溫度T絕在2400K至2500K之間，而右式第二項(xiàng)值大約在1000K至1100K之間，故T熄約為1300K左右。 因?yàn)榉€(wěn)定燃燒時(shí)燃燒區(qū)介質(zhì)的溫度為大約16001700K，而維持穩(wěn)定燃燒的臨界溫度為1300K左右，所以滅火條件就是將燃燒區(qū)的溫度降低大約300K。這一結(jié)論為確定滅火劑用量提供很好的理論參考，并為研制新型撲救高產(chǎn)量氣體和石油天然氣井噴火災(zāi)的裝置提供可適用的參數(shù)。ERTTT23絕絕熄(二) 撲救液體火災(zāi)時(shí)滅火劑用量標(biāo)準(zhǔn)參照氣體滅火

18、條件可知，對(duì)于液體表面(大貯罐)的擴(kuò)散燃燒來說，滅火應(yīng)具備以下條件： (5-27)式中，q散是可燃液體表層散熱速率，kJ/(m2s)；，q輻射是火焰向可燃液體表面輻射的熱流強(qiáng)度kJ/(m2s)；是滅火時(shí)間，s；Q儲(chǔ)熱是可燃液體受熱層內(nèi)部的比熱量，kJ/m2。 (5-28)t(x)為可燃液體受熱層中溫度分布函數(shù)，為簡(jiǎn)便其間，假定其為線性函數(shù)則可表示為： (5-29)為可燃液體受熱層厚度，一般約為0.05m。儲(chǔ)熱輻射散QqqdxxtcQ)(儲(chǔ)熱2閃沸儲(chǔ)熱t(yī)tcQ由于液體火災(zāi)本質(zhì)上是液體蒸氣的擴(kuò)散燃燒，所以只有當(dāng)液體的蒸發(fā)速度小于燃燒速度的時(shí)候才能滅火，因此需要將表層溫度降至閃點(diǎn)以下才能滅火，即滅火

19、的條件為： (5-30)式中，t表是可燃熱體表層溫度；t閃是可燃液體閃點(diǎn)。 實(shí)際上，如果易燃、可燃液體貯罐已長(zhǎng)時(shí)間燃燒，即火災(zāi)發(fā)展到燃燒的定常狀態(tài)時(shí)，單組分可燃液體的液面溫度接近該液體的沸點(diǎn)或稍低于沸點(diǎn)，而多組分液體的液面溫度可能大大高于初始可燃液體的沸點(diǎn)。在確定滅火劑用量時(shí)應(yīng)充分考慮不同種類和組成液體的性質(zhì)差異。閃表tt(三) 固體火災(zāi)時(shí)滅火劑用量標(biāo)準(zhǔn)靠冷卻受熱層以阻止熱解產(chǎn)物進(jìn)人燃燒區(qū)的方法，熄滅固體可燃材料的擴(kuò)散燃燒，即為要完全熄滅燃燒所必須的足夠條件是： (5-31)t表為固體可燃材料表層溫度，在撲救初期時(shí)，如果火災(zāi)充分發(fā)展，固體可燃材料受熱層的最大溫度約為700；t熱解為開始熱解的溫

20、度，大多數(shù)固體可燃材料開始熱解的溫度約200。要達(dá)到以上條件，應(yīng)具備如下條件： (5-32)q散為固體可燃材料受熱層的散熱速率，kJ/(m2s)；q輻射為火焰向固體可燃材料表面輻射的熱流量，kJ/(m2s)，q對(duì)流為火焰向固體可燃材料表面對(duì)流的熱流量，kJ/(m2s)。Q儲(chǔ)熱為固體可燃材料表層儲(chǔ)備的熱量，當(dāng)表層溫度大于開始熱解的溫度，其熱量可用厚度為利用下式計(jì)算： (5-33)c，分別為固體可燃材料局部熱解層的比熱容和的密度，其數(shù)值與熱解層的溫度及分解程度有關(guān)。熱解表tt儲(chǔ)熱對(duì)流輻射散QqqqdxxtcQ)(儲(chǔ)熱 由于著火和滅火過程受很多因素影響，目前對(duì)著火過程和火災(zāi)發(fā)展規(guī)律的認(rèn)識(shí)仍不深入，部

21、分結(jié)論還停留在經(jīng)驗(yàn)描述階段，因此完整的分析和闡述燃燒過程十分困難。甚至滅火過程中滅火劑用量的計(jì)算問題也仍沒有得到真正意義上的解決。即便如此，人們總希望能近可能準(zhǔn)確的解決這一問題。隨著研究的不斷深入，人們發(fā)現(xiàn)通常在燃燒過程在起支配作用并不是可燃物和氧化劑高溫氧化的化學(xué)動(dòng)力學(xué)本身，而恰恰是外界的熱動(dòng)力學(xué)和氣體動(dòng)力學(xué)條件。只有深入的揭示熱動(dòng)力學(xué)及氣體動(dòng)力學(xué)條件合燃燒過程的相互關(guān)系，才能探索更有效的滅火途徑，才能提供有科學(xué)根據(jù)的滅火方法，才能制定新的更有效的使用滅火劑的方法，進(jìn)而逐步解決滅火劑的用量的合理確定問題。前面提到滅火過程的物理本質(zhì)是在燃燒區(qū)造成一定的物理化學(xué)條件，使可燃物的自行燃燒在這一條件

22、下不能以任何形式進(jìn)行下去，而且這些物理化學(xué)條件與可燃物種類、可燃物聚集態(tài)以及燃燒狀況有關(guān)，而燃燒狀況本質(zhì)是決定于燃燒區(qū)的熱質(zhì)交換條件。對(duì)于氣體與空氣的擴(kuò)散燃燒來說，滅火的方法可從以下幾個(gè)方面考慮，其一阻止可燃物或氧化劑進(jìn)入燃燒區(qū)，其二降低燃燒區(qū)溫度達(dá)到熄火臨界溫度，其三利用化學(xué)活性抑制劑抑制燃燒區(qū)的連鎖反應(yīng)，降低燃燒反應(yīng)速度。如果用機(jī)械方法(例如關(guān)閉開關(guān)閥)不能阻止可燃物進(jìn)入燃燒區(qū)時(shí)，常用的冷卻法是最簡(jiǎn)單和有效的方法。作為冷卻滅火劑，主要有水或以水為基礎(chǔ)的滅火劑。但是應(yīng)注意的是，由于氣體混合物基本上能夠在任何初溫條件下進(jìn)行燃燒，因此用滅火劑冷卻可燃混合物組分本身沒有絲毫用處，而必須使燃燒區(qū)溫度

23、降低，即從燃燒反應(yīng)區(qū)移走熱量才能達(dá)到滅火的目的。 對(duì)可燃液體表面的擴(kuò)散燃燒而言，即可用冷卻法降溫滅火，也可用化學(xué)抑制法或?qū)⒄魵馀c燃燒區(qū)隔絕的方法使火焰熄滅。然而，這些方法在實(shí)際情況下實(shí)施起來都相當(dāng)困難，需要使用專門的消防器械，而且滅火過程中需要消耗大量滅火劑，這是因?yàn)閷?duì)多數(shù)的滅火劑而言，只有當(dāng)液面溫度降至不能持續(xù)和發(fā)展火災(zāi)時(shí)才能達(dá)到可靠的滅火效果。所以，目前世界許多國(guó)家都加緊研究新型搞效的易燃可燃液體滅火方法?，F(xiàn)在看來突然冷卻可燃液體表層阻止可燃液體蒸氣進(jìn)人燃燒區(qū)是一種很有前途的方法，該方法的特點(diǎn)在于在很短的時(shí)間內(nèi)能使液面溫度驟降至閃點(diǎn)以下。實(shí)施這種滅火方法需要借用液氮或固態(tài)二氧化碳低溫冷凍劑

24、，因?yàn)樗鼈兊拿芏鹊陀诳扇家后w的密度。 固體可燃物料燃燒多是熱解產(chǎn)物與空氣混合的均相有焰燃燒，或固體殘?zhí)级嘞酂o焰燃燒，滅火必須使可燃固體物料表面熱解產(chǎn)物的有焰燃燒和固體物料受熱表層殘?zhí)嫉漠愊嗳紵冀K止。停熄有焰燃燒可用降低燃燒區(qū)溫度的冷卻方法、抑制反應(yīng)區(qū)的化學(xué)方法、阻止空氣中氧進(jìn)入燃燒區(qū)(如果這樣做是可能的話)或阻止熱解產(chǎn)物進(jìn)入火焰區(qū)的方法。要想滅火必須將固體物料受熱層的溫度冷卻至初始熱解溫度以下，這是停熄任何種類固體可燃物料燃燒和任何燃燒狀況的首要條件，因?yàn)楣腆w物料熱解的開始溫度大大低于固體擴(kuò)散燃燒和殘?zhí)籍愊嗳紵M(jìn)行的溫度。 以上分析了撲救燃燒的必要和充分的條件，對(duì)于不同聚集態(tài)可燃物有不同的標(biāo)

25、準(zhǔn)表達(dá)式。(一) 撲救高壓可燃液體井噴氣體火災(zāi)時(shí)滅火劑用量標(biāo)準(zhǔn)如前所述，當(dāng)氣體發(fā)生穩(wěn)定燃燒時(shí)燃燒區(qū)向環(huán)境的熱損失速率等于維持穩(wěn)定燃燒時(shí)熱損失速率。要想使燃燒終止，必須具備如下條件： (5-24)式中，q散是燃燒區(qū)散熱速率，kJ/s；Cpi是燃燒產(chǎn)物中各組分的熱容，kJ/(m3K)；Vi是單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生各組分的體積，m3；T焰是火焰溫度，K；T熄是熄滅火焰所需的溫度，K。當(dāng)向燃燒區(qū)噴灑滅火劑后，燃燒區(qū)介質(zhì)的溫度逐漸降低，散熱速率逐漸增大，當(dāng)燃燒區(qū)域介質(zhì)的溫度降低到火焰熄滅的臨界溫度時(shí)，燃燒就會(huì)終止。因此滅火的必要條件是： (5-25)式中，T燃,介為燃燒介質(zhì)的溫度，大多數(shù)碳?xì)浠衔飻U(kuò)散燃燒區(qū)介質(zhì)

26、溫度的T燃,介約為16001700K。T熄是指熄火的臨界溫度，其值可由下式求得： (5-26)niiPi)TT(VCq2熄焰散熄介燃TT.ERTTT23絕絕熄對(duì)大多數(shù)碳?xì)浠衔飦碚f，其絕熱燃燒溫度T絕在2400K至2500K之間，而右式第二項(xiàng)值大約在1000K至1100K之間，故T熄約為1300K左右。因?yàn)榉€(wěn)定燃燒時(shí)燃燒區(qū)介質(zhì)的溫度為大約16001700K，而維持穩(wěn)定燃燒的臨界溫度為1300K左右，所以滅火條件就是將燃燒區(qū)的溫度降低大約300K。這一結(jié)論為確定滅火劑用量提供很好的理論參考，并為研制新型撲救高產(chǎn)量氣體和石油天然氣井噴火災(zāi)的裝置提供可適用的參數(shù)。(二) 撲救液體火災(zāi)時(shí)滅火劑用量標(biāo)準(zhǔn)

27、參照氣體滅火條件可知，對(duì)于液體表面(大貯罐)的擴(kuò)散燃燒來說，滅火應(yīng)具備以下條件： (5-27)式中，q散是可燃液體表層散熱速率，kJ/(m2s)；，q輻射是火焰向可燃液體表面輻射的熱流強(qiáng)度kJ/(m2s)；是滅火時(shí)間，s；Q儲(chǔ)熱是可燃液體受熱層內(nèi)部的比熱量，kJ/m2。 (5-28)t(x)為可燃液體受熱層中溫度分布函數(shù)，為簡(jiǎn)便其間，假定其為線性函數(shù)則可表示為： (5-29)為可燃液體受熱層厚度，一般約為0.05m。 由于液體火災(zāi)本質(zhì)上是液體蒸氣的擴(kuò)散燃燒，所以只有當(dāng)液體的蒸發(fā)速度小于燃燒速度的時(shí)候才能滅火，因此需要將表層溫度降至閃點(diǎn)以下才能滅火，即滅火的條件為： (5-30)式中，t表是可燃

28、熱體表層溫度；t閃是可燃液體閃點(diǎn)。儲(chǔ)熱輻射散QqqdxxtcQ)(儲(chǔ)熱2閃沸儲(chǔ)熱t(yī)tcQ閃表tt 實(shí)際上，如果易燃、可燃液體貯罐已長(zhǎng)時(shí)間燃燒，即火災(zāi)發(fā)展到燃燒的定常狀態(tài)時(shí)，單組分可燃液體的液面溫度接近該液體的沸點(diǎn)或稍低于沸點(diǎn)，而多組分液體的液面溫度可能大大高于初始可燃液體的沸點(diǎn)。在確定滅火劑用量時(shí)應(yīng)充分考慮不同種類和組成液體的性質(zhì)差異。(三) 固體火災(zāi)時(shí)滅火劑用量標(biāo)準(zhǔn)靠冷卻受熱層以阻止熱解產(chǎn)物進(jìn)人燃燒區(qū)的方法，熄滅固體可燃材料的擴(kuò)散燃燒，即為要完全熄滅燃燒所必須的足夠條件是： (5-31)t表為固體可燃材料表層溫度，在撲救初期時(shí)，如果火災(zāi)充分發(fā)展，固體可燃材料受熱層的最大溫度約為700；t熱解

29、為開始熱解的溫度，大多數(shù)固體可燃材料開始熱解的溫度約200。要達(dá)到以上條件，應(yīng)具備如下條件： (5-32)式中，q散為固體可燃材料受熱層的散熱速率，kJ/(m2s)；q輻射為火焰向固體可燃材料表面輻射的熱流量，kJ/(m2s)，q對(duì)流為火焰向固體可燃材料表面對(duì)流的熱流量，kJ/(m2s)。Q儲(chǔ)熱為固體可燃材料表層儲(chǔ)備的熱量，當(dāng)表層溫度大于開始熱解的溫度，其熱量可用厚度為利用下式計(jì)算： (5-33)c，分別為固體可燃材料局部熱解層的比熱容和的密度，其數(shù)值與熱解層的溫度及分解程度有關(guān)。熱解表tt儲(chǔ)熱對(duì)流輻射散QqqqdxxtcQ)(儲(chǔ)熱 通過以上分析，可以看出只有當(dāng)燃燒區(qū)散熱有一定的速率，或者將可

30、燃物的溫度降至一定的數(shù)值時(shí)才可能使燃燒終止，Q散=q散處于最小值是滅火的最佳條件，其值越低，滅火時(shí)間就越短。Q散值與可燃物種類、燃燒狀況和滅火時(shí)間有關(guān)，對(duì)氣體火災(zāi)而言，最佳滅火條件時(shí)散熱量決定于燃燒區(qū)的體積 (其線性尺寸達(dá)70100m)；對(duì)液體和固體火災(zāi)而言，最佳滅火條件時(shí)的散熱量決定于可燃材料的：熱擴(kuò)散系數(shù)=/C和受熱層厚度等物理參數(shù)。 理論分析和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，對(duì)氣體和高流量石油天然氣井滅火的最短時(shí)間約為23s，冷卻貯罐液面受熱層溫度至閃點(diǎn)最短時(shí)間約需1520s，而冷卻固體可燃物料受熱熱解層最短時(shí)間約需2530s。計(jì)算發(fā)現(xiàn)，不同條件下滅火的最佳的散熱速率q散,臨與產(chǎn)熱速率的的比值接近常數(shù)，若

31、用K臨表示熄滅燃燒所需的散熱速率與燃燒時(shí)的產(chǎn)熱速率的比值，則滅火準(zhǔn)數(shù)的表達(dá)式可用下式表示： (5-34)對(duì)氣體火焰來講： (5-35)式中，q散,臨為燃燒區(qū)散熱速率，kJ/s；q產(chǎn)為消耗V可燃?xì)鈺r(shí)燃燒產(chǎn)熱速率，kJ/s；為燃燒完全程度系數(shù)。對(duì)液體火災(zāi)來說： (5-36) 假定火焰向可燃液體表面的輻射熱都用于將液體由初溫to加熱至沸點(diǎn)t沸并將其蒸發(fā)，則利用可燃液體質(zhì)量燃燒速度和蒸發(fā)熱，則(5-37)產(chǎn)臨散臨qqK.低散焰產(chǎn)臨散臨QniiPiVTTVcqqK2.)(儲(chǔ)熱輻射散Qqq儲(chǔ)熱沸儲(chǔ)熱輻射散QmttcmQqq)(0因此，利用冷卻液體表層方法撲滅易燃和可燃液體火災(zāi)的準(zhǔn)數(shù)可表示為： (5-38)

32、 式中，q散,臨為可燃液體單位面積的散熱速率，kJ/(m2s)；q產(chǎn)為可燃液體單位面積的產(chǎn)熱速率，kJ/(m2s)；為可燃物質(zhì)量燃燒速度，kg/(m2s)；H為可燃液體蒸發(fā)比熱，kJ/kg；為燃燒完全程度系數(shù)；Q低為可燃物燃燒的低熱值，kJ/kg。低儲(chǔ)熱沸產(chǎn)臨散臨VQQHmttcmqqK)(0.對(duì)固體火災(zāi)來說，用于熱解的熱量一般不超過燃燒總產(chǎn)熱量的56。用冷卻法撲滅固體可燃物料火災(zāi)時(shí)，火焰向可燃材料表面輻射和對(duì)流傳播的總熱量可利用分解熱表達(dá)為： (5-39)因此，利用冷卻固體表層方法撲滅固體可燃物火災(zāi)的準(zhǔn)數(shù)可表示為： (5-40)q散,臨為固體可燃材料單位面積上的散熱速率，kJ/(m2s)；0

33、.06q產(chǎn)為多數(shù)天然和合成聚合固體可燃材料分解熱的平均值，kJ/(m2s)。將數(shù)據(jù)代人上式可得，用冷卻燃燒區(qū)方法撲滅氣體和可燃液體蒸氣火災(zāi)時(shí)K臨為0.1，撲滅擴(kuò)散燃燒易燃、可燃液體和固體可燃材料時(shí)K臨分別為0.20.4和0.3。產(chǎn)分解對(duì)流輻射qqqq06. 0低儲(chǔ)熱產(chǎn)產(chǎn)臨散臨VQQqqqK06. 0. 因此根據(jù)不同可燃物料的滅火準(zhǔn)數(shù)K臨可以計(jì)算出最佳滅火狀況的所有基本參數(shù)，如利用K臨可計(jì)算出滅火劑需用量V(l/s)、滅火劑的供應(yīng)強(qiáng)度I供(l/(m2.s)、單位面積的耗用量V單（l/m2）和所需要滅火劑的理論總量。也就是說，如果不考慮撲救過程中滅火劑的實(shí)際損失，利用此參數(shù)能計(jì)算出滅火過程的基本參

34、數(shù)。 此外，還可為設(shè)計(jì)具有最佳參數(shù)的自動(dòng)滅火裝置和撲滅火災(zāi)奠定科學(xué)基礎(chǔ)，能夠計(jì)算用消防力量和設(shè)備撲滅火災(zāi)的最佳參數(shù)，以及能夠得到撲滅火災(zāi)的有效性和保證質(zhì)量的客觀標(biāo)準(zhǔn)。 應(yīng)該指出，為達(dá)有效滅火，所要求的最低散熱量與可燃物完全燃燒低熱值的比值(Q臨/Q低)也是常數(shù)，對(duì)可燃?xì)怏w，Q臨/Q低約為0.1。對(duì)可燃液體和多數(shù)固體可燃材料，Q臨/Q低則更多，比如對(duì)1m2的燃燒表面，燃燒1m3可燃物時(shí)，Q臨/Q低約在0.510-30.810-3之間。所以對(duì)液體和固體火災(zāi)來說，從可燃物表面散熱比從燃燒區(qū)散熱更有利。四、氣體爆炸的預(yù)防 可燃預(yù)混氣遇火源，立即就會(huì)發(fā)生爆炸。以“預(yù)防為主”，是防止可燃?xì)獗ǖ幕局笇?dǎo)思

35、想。 可燃?xì)獗ū仨毻瑫r(shí)具備三個(gè)條件：第一有可燃?xì)猓坏诙锌諝?，而且可燃?xì)馀c空氣的比例必須在一定的范圍內(nèi)；第三存有火源。這三個(gè)條件缺一則不能發(fā)生爆炸。因此預(yù)防可燃?xì)獗ǖ脑瓌t是：嚴(yán)格控制火源、防止可燃?xì)夂涂諝庑纬杀ㄐ曰旌蠚怏w、切斷爆炸傳播途徑和在爆炸開始時(shí)及時(shí)泄出壓力，防止爆炸范圍擴(kuò)大和爆炸壓力升高。 以上原則對(duì)防止氣體爆轟、液體蒸氣爆炸及粉塵爆炸同樣適用。(一) 嚴(yán)格控制火源火源是多種多樣的。有電焊、氣焊產(chǎn)生的明火源；電器設(shè)備啟動(dòng)、關(guān)閉和短路時(shí)產(chǎn)生的電火花；物體沖擊和相互摩擦?xí)r產(chǎn)生的火花，以及靜電放電引起的火花等。在有可燃?xì)獾膱?chǎng)所，應(yīng)嚴(yán)格防止任何火源的產(chǎn)生。(二) 防止可燃?xì)馀c空氣形成爆炸

36、性預(yù)混氣產(chǎn)生、儲(chǔ)存和輸送可燃?xì)獾脑O(shè)備和管線應(yīng)嚴(yán)格密封，防止可燃?xì)庑孤杜c空氣形成爆炸性混合氣體。在重要防爆場(chǎng)所應(yīng)裝置監(jiān)測(cè)儀，以便對(duì)現(xiàn)場(chǎng)可燃?xì)庑孤肚闆r隨時(shí)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。不可能保證設(shè)備絕對(duì)密封的廠房和車間應(yīng)保持良好的通風(fēng)條件，使泄露的少量可燃?xì)饽茈S時(shí)排走，避免形成爆炸性的混合氣。設(shè)計(jì)通風(fēng)排風(fēng)系統(tǒng)應(yīng)充分考慮可燃?xì)獗戎氐牟町?，如果可燃?xì)獗瓤諝廨p(例如氫氣)，泄露后往往聚積在屋頂，所以應(yīng)在屋頂設(shè)置天窗等排氣通道。當(dāng)可燃?xì)獗瓤諝庵貢r(shí)，泄露的氣體有可能聚積在地溝等低洼地帶， 應(yīng)在這些部位設(shè)置排風(fēng)系統(tǒng)。另外應(yīng)保證防爆通風(fēng)排風(fēng)系統(tǒng)在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中不產(chǎn)生火花。當(dāng)廠房?jī)?nèi)或設(shè)備內(nèi)已充滿爆炸性混氣且不易捧走，或在某些生產(chǎn)工藝過程

37、中，不能避免可燃?xì)馀c空氣接觸時(shí)，可用惰性氣體(氮?dú)?、二氧化碳?進(jìn)行稀釋，使之形成的混氣不在爆炸極限之內(nèi)，不具備爆炸性，這種方法稱惰性氣體保護(hù)。在易燃固體物質(zhì)的壓碎、研磨、篩分、混合以及粉狀物質(zhì)的輸送過程中，也通常采用惰性氣體進(jìn)行保護(hù)。 將不同惰氣和氧氣比例條件下可燃?xì)獾谋舛葮O限畫在三組分圖上，就可以得到三種成分混氣的爆炸界限圖。圖5-7給出了甲烷一氧一氮三種成分混合氣體的爆炸界限圖。圖5-7 CH4O2N2混合氣體爆炸界限圖 圖中三角形區(qū)域?yàn)楸▍^(qū)，當(dāng)混氣的組成處于爆炸三角區(qū)內(nèi)時(shí)，遇火源就能發(fā)生爆炸，而當(dāng)混氣的組成處于爆炸三角區(qū)域之外時(shí)，就不會(huì)爆炸。連接正三角形頂點(diǎn)CH4和對(duì)邊氧坐標(biāo)線21處點(diǎn)的直線稱空氣組分線，因?yàn)檫@條直線上的任意一點(diǎn)，盡管氧氣、氮?dú)夂图淄榈臐舛炔煌?，但氧氣與氮?dú)獾谋壤冀K等于21:79。空氣組分錢與爆炸三角區(qū)的交點(diǎn)對(duì)應(yīng)的甲烷濃度即為甲烷在空氣中的爆炸上限和爆炸下限。 如果平行氮?dú)庾鴺?biāo)線作爆炸三角區(qū)的切線就可以得到一條特殊的直線，該線與氧坐標(biāo)線的交點(diǎn)稱為臨界氧濃度。不難看出當(dāng)混氣中氧氣濃度低于這一臨界值時(shí)，不論甲烷濃度為何值，混氣也不能發(fā)生爆炸，這條線被稱為臨界氧濃度線。因此向爆炸性混氣中添加惰性氣體時(shí)，只要混氣中的氧含量處在臨界值以下，混氣遇火就不會(huì)發(fā)