A.1 燃燒四面體
A.1.1 概述
燃燒反應(yīng)能夠用四個(gè)要素表征：可燃物、氧化劑、熱量和化學(xué)鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。這四個(gè)要素可以用傳統(tǒng)的四面實(shí)心幾何圖形（被稱為四面體)表示。控制或消除一個(gè)或多個(gè)要素，燃燒就不能發(fā)生了。
A.1.2 可燃物
可燃物是能夠燃燒的任何物質(zhì)。其狀態(tài)與溫度、壓強(qiáng)有關(guān)，可以隨條件變化而改變?？扇嘉锟煞譃椋?br /> ——有機(jī)可燃物，如木材、塑料、汽油、酒精和天然氣等；
——無(wú)機(jī)可燃物，如鎂或鈉等可燃金屬以及硫、磷等非金屬可燃物。
A.1.3 氧化劑
大多數(shù)情況下，氧化劑就是大氣中的氧氣。此外還有化學(xué)氧化劑，例如，硝酸銨化肥、硝酸鉀和過氧化氫等，它們?nèi)菀揍尫懦龌顫娧酢?
在富氧的環(huán)境下，例如使用醫(yī)用氧氣的區(qū)域、高壓潛水艙或醫(yī)療艙中，燃燒速度大大加快，甚至有些在空氣中不易被引燃或燃燒緩慢的物質(zhì)也能夠劇烈燃燒。有的可燃物，在氧氣含量很低的環(huán)境中，也能燃燒。環(huán)境溫度越高，需氧量越低。室溫為21°C，空氣中的氧含量達(dá)14%?16%條件下，能繼續(xù)保持有焰燃燒，而在轟燃后，氧濃度接近0%時(shí)，有焰燃燒仍可持續(xù)。
A.1.4 熱量
火災(zāi)四面體的熱量要素表示高出釋放可燃物蒸氣和造成引燃所必需的最小熱量值。熱量通常用加熱速率(J/s)或用一段時(shí)間接受的總熱能(J)來(lái)表示。在一場(chǎng)火災(zāi)中，熱量產(chǎn)生可燃物蒸氣并將其引燃?？扇嘉锶紵臒崃烤S持了蒸氣的產(chǎn)生和引燃過程的循環(huán)，從而加速火災(zāi)的發(fā)展和火焰的傳播。
A.1.5 化學(xué)鏈?zhǔn)椒磻?yīng)
燃燒是一組復(fù)雜的化學(xué)鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，反應(yīng)每進(jìn)行一步，都需要上一步反應(yīng)提供能量或自由基，當(dāng)化學(xué)反應(yīng)鏈被截?cái)嗪?，反?yīng)即刻停止。
A.2 傳熱
A.2.1 概述
傳熱是火災(zāi)中的一個(gè)重要因素，它對(duì)火災(zāi)的引燃、擴(kuò)大、傳播、衰退和熄滅都有影響。熱量傳遞還對(duì)火災(zāi)調(diào)查人員用于確定火災(zāi)起火點(diǎn)和起火原因的物證有很大影響。傳熱機(jī)理主要有三種：傳導(dǎo)、對(duì)流和輻射。在火災(zāi)調(diào)查中，所有這三種傳熱方式都起作用，對(duì)每一種都需要了解。
A.2.2 傳導(dǎo)
熱傳導(dǎo)是固體物質(zhì)被部分加熱時(shí)內(nèi)部的傳熱形式。能量從受熱區(qū)傳到未受熱區(qū)。傳熱速率與溫差以及材料的物理性質(zhì)有關(guān)。
向一個(gè)物體傳熱就會(huì)影響它的表面溫度，因此熱傳導(dǎo)是起火的一個(gè)重要因素，也是火災(zāi)蔓延的重要因素之一。通過金屬壁面或沿著金屬管道、金屬梁傳導(dǎo)的熱量能夠引起與受熱金屬接觸的可燃物起火。通過金屬緊固物，如釘子、鐵板或螺栓傳導(dǎo)的熱量能夠?qū)е禄馂?zāi)蔓延或使結(jié)構(gòu)構(gòu)件失效。
A.2.3 對(duì)流
對(duì)流是指熱的液體或氣體向環(huán)境中較冷的部位流動(dòng)傳遞熱能的一種傳熱方式。當(dāng)熱氣體通過較冷的表面時(shí)，它借助對(duì)流將熱量傳給固體。 火災(zāi)初期熱氣體從起火點(diǎn)向房間上部和建筑物各處流動(dòng)，這時(shí)對(duì)流傳熱起著主要作用。隨著房間溫度上升達(dá)到轟燃，對(duì)流將繼續(xù)，但是輻射作用迅速增大，成為主要傳熱方式。甚至在轟燃之后，煙氣、熱氣體的對(duì)流傳熱仍是建筑物內(nèi)熱量傳播中一個(gè)重要途徑。這種對(duì)流能夠?qū)⒒鹧?、毒氣或燃燒產(chǎn)生的有害產(chǎn)物傳播到遠(yuǎn)處。
A.2.4 輻射
輻射是指熱能在介質(zhì)中以電磁波形式傳遞熱量的方式。輻射只能以線性傳遞，雖然中間介質(zhì)可以降低或阻擋輻射能，但不一定能全部阻擋。
輻射熱的傳熱速率與輻射源的絕對(duì)溫度、目標(biāo)物的絕對(duì)竭度有關(guān)。輻射體與目標(biāo)物之間的距離會(huì)大大地影響輻射傳熱速率。隨著距離增加，輻射到單位面積上的能量會(huì)減小，減小方式與輻射源的大小以及到目標(biāo)物的距離有關(guān)。
A.3 引燃
A.3.1 概述
大多數(shù)物質(zhì)的燃燒都需處于氣態(tài)或蒸氣狀態(tài)，而有些物質(zhì)能直接以固態(tài)形式燃燒，如某些形態(tài)的炭和鎂?？扇嘉锏囊紩r(shí)間和引燃能量與引火源的能量、可燃物的最小點(diǎn)火能量以及可燃物的幾何形狀等因素有關(guān)。要使可燃物溫度升高，向可燃物傳熱的速率就必須大于可燃物由于導(dǎo)熱、對(duì)流、福射及相態(tài)轉(zhuǎn)變、化學(xué)變化造成的能量損失之和。
A.3.2 固體可燃物的引燃
固體可燃物的燃燒發(fā)生在其表面受熱產(chǎn)生的蒸氣區(qū)中。固體可燃物受熱時(shí)，產(chǎn)生的可燃蒸氣或熱解產(chǎn)物釋放到大氣中，與空氣適當(dāng)?shù)鼗旌希舸嬖诤线m的引火源或溫度達(dá)到了其自燃點(diǎn)，那么它們才能被引燃。
影響固體可燃物的引燃因素主要包括如下三種：
a) 可燃物的密度。密度大的物質(zhì)(如木材、塑料）向外傳導(dǎo)的能量要快于密度小的物質(zhì)。密度小的物質(zhì)有絕緣體的作用，讓能量保持在表面。
b) 可燃物的比表面積。物質(zhì)的比表面積也對(duì)引燃耑要的能兌有著影響。比表面積大的可燃物質(zhì)更容易燃燒。
c) 可燃物的厚度。薄材料比厚材料更容易燃燒。圖A.1說明了薄材料和厚材料的引燃能量和引燃時(shí)間之間的關(guān)系。 A.3.3 可燃液體的引燃
液體蒸氣欲形成可點(diǎn)燃的混合氣，液體應(yīng)當(dāng)處在或高于它的閃點(diǎn)溫度條件下。大多數(shù)液體即使在 稍低于其閃點(diǎn)時(shí)，但由于引火源能夠產(chǎn)生一個(gè)局部加熱區(qū)，也可以引燃。
霧化的液體或霧滴(具有大比表面積)更容易被引燃。 A. 3. 4 可燃?xì)怏w的引燃
在石油化工企業(yè)生產(chǎn)中，會(huì)產(chǎn)生各種可燃?xì)怏w，或使用可燃?xì)怏w作原料，在日常生活中，會(huì)使用液化石油氣、天然氣做燃料。這些氣體與空氣混合后遇合適的引火源，不但可以燃燒，甚至可能產(chǎn)生爆炸。
A.3.5 物質(zhì)的引燃性能
表A. 1列出了一些固體可燃物、可燃液體和可燃?xì)怏w引燃性能的數(shù)據(jù)。 A.3.6 自燃
A.3.6.1 易發(fā)生自燃的物質(zhì)
某些物質(zhì)具有自然生熱而使自身溫度升高的性質(zhì)，物質(zhì)自然生熱達(dá)到一定溫度時(shí)就會(huì)發(fā)生自燃。
易發(fā)生自燃的物質(zhì)主要包括：
——氧化放熱物質(zhì)，如動(dòng)植物油類、魚骨粉、煤、橡膠、棉籽廢蠶絲等；
——分解放熱物質(zhì)，如硝化棉、賽璐珞等；
——發(fā)酵放熱物質(zhì)，如植物桔桿、果實(shí)等；
——金屬粉末類物質(zhì)。
A.3.6.2 影響自燃發(fā)生的因素
影響自燃發(fā)生的因素主要有以下三種：
a) 產(chǎn)生熱量的速率。自燃過程中熱量產(chǎn)生的速率很慢，若發(fā)生自燃，自燃性物質(zhì)產(chǎn)生熱量的速率就應(yīng)快于物質(zhì)向周圍環(huán)境散熱或傳熱的速率。當(dāng)自燃性物質(zhì)的溫度升高吋，升高的溫度會(huì)導(dǎo)致熱量產(chǎn)生速率的増加。 b) 通風(fēng)效果。自燃需要有適量的空氣可供氧化，因?yàn)榱己玫耐L(fēng)條件又會(huì)造成自燃產(chǎn)生的熱量損失，從而阻斷自燃。
c) 物質(zhì)周圍環(huán)境的保溫條件。
A.3.7 向有焰燃燒的轉(zhuǎn)換
由陰燃源（如香煙）或者自燃導(dǎo)致有焰燃燒開始時(shí)，出現(xiàn)明火燃燒可能需要很長(zhǎng)時(shí)間。然而一旦開始了有焰燃燒，由于可燃物已經(jīng)被預(yù)熱，火災(zāi)會(huì)迅速發(fā)展、蔓延。
A.4 火災(zāi)的發(fā)展
A.4.1 火羽流
冷空氣借助上升的熱氣團(tuán)被吸人地面之上的火羽流中，由于冷空氣向火羽流的流人導(dǎo)致火羽流溫度隨著高度增加而降低。
這種火災(zāi)的蔓延主要靠輻射引燃周圍可燃物。在固體物品上，火的蔓延速率通常很慢，但借助空氣流動(dòng)，火災(zāi)有時(shí)也會(huì)蔓延很快。
A.4.2 非受限火災(zāi)
當(dāng)火的上方?jīng)]有天花板并且火又遠(yuǎn)離墻壁時(shí)，火羽流的熱氣團(tuán)和煙會(huì)繼續(xù)垂直上升，直到它們冷卻到周圍空氣的溫度。此時(shí)，煙將分層，然后擴(kuò)散到空氣中去。室外火災(zāi)會(huì)出現(xiàn)這種情況。在建筑物火災(zāi)的最初階段，火羽流很小或者火災(zāi)發(fā)生在很大體積的空間里，而且頂棚很高，（如有天井的建筑物內(nèi)）能夠出現(xiàn)上述情況。在非受限火災(zāi)中火的蔓延主要靠輻射引燃附近的可燃物。
A.4.3 受限火災(zāi)
A.4.3.1 頂棚（天花板）對(duì)火災(zāi)發(fā)展的影響
當(dāng)火災(zāi)的上方有頂棚而且遠(yuǎn)離墻壁時(shí)，火羽流中的熱氣體和煙氣上升遇到頂棚，然后沿頂棚向各個(gè)方向傳播，直到被隔墻擋住為止。隨著熱煙氣沿火羽流中心線向外流動(dòng)，會(huì)在頂棚下形成一層薄薄的熱煙氣。熱量從這層傳到冷的頂棚上部，冷空氣從下面裹人。這一薄層煙氣距火羽流中心線越近，煙層厚度越厚，溫度也越高。隨著離火羽流中心線的距離增加，該層變淺、變冷。
有頂棚限制時(shí)，火災(zāi)傳播受多種因素影響，如可燃頂棚或墻體材料的引燃、附近的可燃物的引燃或者上述因素的組合決定。煙氣可以借助對(duì)流和輻射將熱量傳給上面的物質(zhì)。煙層下方的傳熱主要靠輻射完成。當(dāng)火羽流被頂棚限制時(shí)，火災(zāi)的發(fā)展將快于火羽流不受限制的情況。
A.4.3.2 室內(nèi)火災(zāi)的發(fā)展
火災(zāi)燃燒過程中產(chǎn)生大量的熱煙氣，這些熱煙氣在蔓延途徑中受到天花板、墻壁、門窗的限制，在燃燒的幾個(gè)典型階段中呈現(xiàn)出不同的蔓延模型。主要包括如下過程：
a) 火災(zāi)初期。天花板下的熱煙氣層很薄，并向四周蔓延（如圖A. 2所示）。當(dāng)煙氣層進(jìn)一步加厚，達(dá)到門、窗上部時(shí)，煙氣通過通風(fēng)口向外蔓延。
b) 轟燃前。隨著煙氣層的厚度增加，熱煙氣的溫度也進(jìn)一步升高，其輻射熱將加熱室內(nèi)的可燃物，此時(shí)熱煙氣從門上部縫隙向外擴(kuò)散，而冷空氣從門底部縫隙補(bǔ)充進(jìn)室內(nèi)，形成典型的煙氣蔓延模型（如圖A.3所示）。
c) 轟燃。隨著火災(zāi)的發(fā)展擴(kuò)大，天花板層的氣體溫度可達(dá)480°C，大大增強(qiáng)了對(duì)室內(nèi)可燃物的輻射強(qiáng)度，使可燃物的表面溫度上升，釋放出熱解氣。當(dāng)上層溫度達(dá)到590°C時(shí)，熱解氣被引燃，產(chǎn)生轟燃（如圖A.4所示）。但是，在大空間或高頂棚房間內(nèi)或者可燃物很少時(shí)，不易發(fā)生轟燃。
d) 轟燃后。該階段中室內(nèi)的所有可燃物都開始燃燒，并釋放出更多的熱量（如圖A.5所示）。


A.4.3.3 影響室內(nèi)火災(zāi)發(fā)展的因素
A.4.3.3.1 通風(fēng)口
在封閉空間發(fā)生火災(zāi)時(shí)，通風(fēng)口的大小對(duì)于火災(zāi)的發(fā)展起著決定性作用。轟燃時(shí)可燃物的熱釋放速率與通風(fēng)口的面積和通風(fēng)口的高度成正比。
A.4.3.3.2 房間的體積和天花板高度
室內(nèi)火災(zāi)發(fā)展到轟燃階段時(shí)，室內(nèi)的溫度必須達(dá)到可燃物的著火溫度。較高的天花板或大空間將延遲到達(dá)著火溫度的時(shí)間，因此有可能延遲或阻止轟燃的出現(xiàn)。
A.4.3.3.3 起火點(diǎn)的位置
起火點(diǎn)的位置對(duì)轟燃可以產(chǎn)生如下的影響：
a) 當(dāng)起火點(diǎn)遠(yuǎn)離墻壁時(shí)，空氣自由地從所有方向流人火羽流并與可燃?xì)饣旌?。空氣進(jìn)入燃燒區(qū)時(shí)，使火羽流的上面部分得到冷卻；
b) 當(dāng)起火點(diǎn)靠近墻壁時(shí)，進(jìn)入火羽流的空氣被一面墻限制，導(dǎo)致火焰高度增高，天花板層中的氣體溫度上升更快，產(chǎn)生轟燃的時(shí)間變短；
c) 當(dāng)起火點(diǎn)位于屋角時(shí)，進(jìn)人火羽流的空氣被兩面墻限制，導(dǎo)致火焰高度更高，火羽流和天花板層的氣體溫度更高，轟燃發(fā)生的時(shí)間更早。
A.4.4 火焰高度
火焰高度與可燃物的熱釋放速率（HRR）以及是否靠近墻壁等阻擋物有關(guān)?；鹧娓叨瓤砂聪率酵扑悖? ——火焰高度，單位為米（m）； k——壁面效應(yīng)系數(shù)；
Q——可燃物的熱釋放速率，單位為千瓦（kW）；
k值可以采用下述各值：
——遠(yuǎn)離墻壁時(shí)，k=1；
——靠近墻壁時(shí)，k=2；
——靠近墻角時(shí)，k=4。
A.5 燃燒產(chǎn)物
燃燒產(chǎn)物隨可燃物與可用空氣量的不同有很大的變化，主要包括完全燃燒和不完全燃燒兩種情況：
a) 完全燃燒。烴類可燃物完全燃燒，其燃燒產(chǎn)物為二氧化碳和水。含氮、氯的可燃物，如絲綢、羊毛和聚氨脂泡沫、聚氯乙烯等，會(huì)產(chǎn)生氧化氮、氫氰酸、氯化氫。
b) 不完全燃燒。當(dāng)空氣不足時(shí)，為通風(fēng)控制型火災(zāi)，燃燒產(chǎn)物包括熱降解產(chǎn)物、一氧化碳、碳粒等。燃燒產(chǎn)物以固體、液體和氣體三種狀態(tài)存在。很多不完全燃燒的產(chǎn)物以蒸氣或者很小的焦油霧滴或氣霧劑形式存在。燃燒產(chǎn)物常常附著在冷表面（如墻、天花板和玻璃）上形成煙熏痕跡，這些煙熏痕跡有助于確定起火點(diǎn)和火的蔓延方向。