火灾原因调查指南 XF/T812-2008
A.2.4 辐射
辐射是指热能在介质中以电磁波形式传递热量的方式。辐射只能以线性传递，虽然中间介质可以降低或阻挡辐射能，但不一定能全部阻挡。
辐射热的传热速率与辐射源的绝对温度、目标物的绝对温度有关。辐射体与目标物之间的距离会大大地影响辐射传热速率。随着距离增加，辐射到单位面积上的能量会减小，减小方式与辐射源的大小以及到目标物的距离有关。
A.3 引燃
A.3.1 概述
大多数物质的燃烧都需处于气态或蒸气状态，而有些物质能直接以固态形式燃烧，如某些形态的炭和镁。可燃物的引燃时间和引燃能量与引火源的能量、可燃物的最小点火能量以及可燃物的几何形状等因素有关。要使可燃物温度升高，向可燃物传热的速率就必须大于可燃物由于导热、对流、辐射及相态转变、化学变化造成的能量损失之和。
A.3.2 固体可燃物的引燃
固体可燃物的燃烧发生在其表面受热产生的蒸气区中。固体可燃物受热时，产生的可燃蒸气或热解产物释放到大气中，与空气适当地混合，若存在合适的引火源或温度达到了其自燃点，那么它们才能被引燃。
影响固体可燃物的引燃因素主要包括如下三种：
a) 可燃物的密度。密度大的物质(如木材、塑料）向外传导的能量要快于密度小的物质。密度小的物质有绝缘体的作用，让能量保持在表面。
b) 可燃物的比表面积。物质的比表面积也对引燃需要的能量有着影响。比表面积大的可燃物质更容易燃烧。
c) 可燃物的厚度。薄材料比厚材料更容易燃烧。图A.1说明了薄材料和厚材料的引燃能量和引燃时间之间的关系。
在石油化工企业生产中，会产生各种可燃气体，或使用可燃气体作原料，在日常生活中，会使用液化石油气、天然气做燃料。这些气体与空气混合后遇合适的引火源，不但可以燃烧，甚至可能产生爆炸。
A.3.5 物质的引燃性能
表A. 1列出了一些固体可燃物、可燃液体和可燃气体引燃性能的数据。
c) 物质周围环境的保温条件。
A.3.7 向有焰燃烧的转换
由阴燃源（如香烟）或者自燃导致有焰燃烧开始时，出现明火燃烧可能需要很长时间。然而一旦开始了有焰燃烧，由于可燃物已经被预热，火灾会迅速发展、蔓延。
A.4 火灾的发展
A.4.1 火羽流
冷空气借助上升的热气团被吸人地面之上的火羽流中，由于冷空气向火羽流的流人导致火羽流温度随着高度增加而降低。
这种火灾的蔓延主要靠辐射引燃周围可燃物。在固体物品上，火的蔓延速率通常很慢，但借助空气流动，火灾有时也会蔓延很快。
A.4.2 非受限火灾
当火的上方没有天花板并且火又远离墙壁时，火羽流的热气团和烟会继续垂直上升，直到它们冷却到周围空气的温度。此时，烟将分层，然后扩散到空气中去。室外火灾会出现这种情况。在建筑物火灾的最初阶段，火羽流很小或者火灾发生在很大体积的空间里，而且顶棚很高，（如有天井的建筑物内）能够出现上述情况。在非受限火灾中火的蔓延主要靠辐射引燃附近的可燃物。
A.4.3 受限火灾
A.4.3.1 顶棚（天花板）对火灾发展的影响
当火灾的上方有顶棚而且远离墙壁时，火羽流中的热气体和烟气上升遇到顶棚，然后沿顶棚向各个方向传播，直到被隔墙挡住为止。随着热烟气沿火羽流中心线向外流动，会在顶棚下形成一层薄薄的热烟气。热量从这层传到冷的顶棚上部，冷空气从下面裹入。这一薄层烟气距火羽流中心线越近，烟层厚度越厚，温度也越高。随着离火羽流中心线的距离增加，该层变浅、变冷。
有顶棚限制时，火灾传播受多种因素影响，如可燃顶棚或墙体材料的引燃、附近的可燃物的引燃或者上述因素的组合决定。烟气可以借助对流和辐射将热量传给上面的物质。烟层下方的传热主要靠辐射完成。当火羽流被顶棚限制时，火灾的发展将快于火羽流不受限制的情况。
A.4.3.2 室内火灾的发展
火灾燃烧过程中产生大量的热烟气，这些热烟气在蔓延途径中受到天花板、墙壁、门窗的限制，在燃烧的几个典型阶段中呈现出不同的蔓延模型。主要包括如下过程：
a) 火灾初期。天花板下的热烟气层很薄，并向四周蔓延（如图A. 2所示）。当烟气层进一步加厚，达到门、窗上部时，烟气通过通风口向外蔓延。
b) 轰燃前。随着烟气层的厚度增加，热烟气的温度也进一步升高，其辐射热将加热室内的可燃物，此时热烟气从门上部缝隙向外扩散，而冷空气从门底部缝隙补充进室内，形成典型的烟气蔓延模型（如图A.3所示）。 c) 轰燃。随着火灾的发展扩大，天花板层的气体温度可达480°C，大大增强了对室内可燃物的辐射强度，使可燃物的表面温度上升，释放出热解气。当上层温度达到590°C时，热解气被引燃，产生轰燃（如图A.4所示）。但是，在大空间或高顶棚房间内或者可燃物很少时，不易发生轰燃。
d) 轰燃后。该阶段中室内的所有可燃物都开始燃烧，并释放出更多的热量（如图A.5所示）。
A.4.3.3 影响室内火灾发展的因素
A.4.3.3.1 通风口
在封闭空间发生火灾时，通风口的大小对于火灾的发展起着决定性作用。轰燃时可燃物的热释放速率与通风口的面积和通风口的高度成正比。
A.4.3.3.2 房间的体积和天花板高度
室内火灾发展到轰燃阶段时，室内的温度必须达到可燃物的着火温度。较高的天花板或大空间将延迟到达着火温度的时间，因此有可能延迟或阻止轰燃的出现。
A.4.3.3.3 起火点的位置
起火点的位置对轰燃可以产生如下的影响：
a) 当起火点远离墙壁时，空气自由地从所有方向流入火羽流并与可燃气混合。空气进入燃烧区时，使火羽流的上面部分得到冷却；
b) 当起火点靠近墙壁时，进入火羽流的空气被一面墙限制，导致火焰高度增高，天花板层中的气体温度上升更快，产生轰燃的时间变短；
c) 当起火点位于屋角时，进入火羽流的空气被两面墙限制，导致火焰高度更高，火羽流和天花板层的气体温度更高，轰燃发生的时间更早。
A.4.4 火焰高度
火焰高度与可燃物的热释放速率（HRR）以及是否靠近墙壁等阻挡物有关。火焰高度可按下式推算：
Q——可燃物的热释放速率，单位为千瓦（kW）；
k值可以采用下述各值：
——远离墙壁时，k=1；
——靠近墙壁时，k=2；
——靠近墙角时，k=4。
A.5 燃烧产物
燃烧产物随可燃物与可用空气量的不同有很大的变化，主要包括完全燃烧和不完全燃烧两种情况：
a) 完全燃烧。烃类可燃物完全燃烧，其燃烧产物为二氧化碳和水。含氮、氯的可燃物，如丝绸、羊毛和聚氨酯泡沫、聚氯乙烯等，会产生氧化氮、氢氰酸、氯化氢。
b) 不完全燃烧。当空气不足时，为通风控制型火灾，燃烧产物包括热降解产物、一氧化碳、碳粒等。燃烧产物以固体、液体和气体三种状态存在。很多不完全燃烧的产物以蒸气或者很小的焦油雾滴或气雾剂形式存在。燃烧产物常常附着在冷表面（如墙、天花板和玻璃）上形成烟熏痕迹，这些烟熏痕迹有助于确定起火点和火的蔓延方向。
附录A (资料性附录)火灾科学基础
A.1 燃烧四面体
A.1.1 概述
燃烧反应能够用四个要素表征：可燃物、氧化剂、热量和化学链式反应。这四个要素可以用传统的四面实心几何图形（被称为四面体)表示。控制或消除一个或多个要素，燃烧就不能发生了。
A.1.2 可燃物
可燃物是能够燃烧的任何物质。其状态与温度、压强有关，可以随条件变化而改变。可燃物可分为：
——有机可燃物，如木材、塑料、汽油、酒精和天然气等；
——无机可燃物，如镁或钠等可燃金属以及硫、磷等非金属可燃物。
A.1.3 氧化剂
大多数情况下，氧化剂就是大气中的氧气。此外还有化学氧化剂，例如，硝酸铵化肥、硝酸钾和过氧化氢等，它们容易释放出活泼氧。
在富氧的环境下，例如使用医用氧气的区域、高压潜水舱或医疗舱中，燃烧速度大大加快，甚至有些在空气中不易被引燃或燃烧缓慢的物质也能够剧烈燃烧。有的可燃物，在氧气含量很低的环境中，也能燃烧。环境温度越高，需氧量越低。室温为21°C，空气中的氧含量达14%〜16%条件下，能继续保持有焰燃烧，而在轰燃后，氧浓度接近0%时，有焰燃烧仍可持续。
A.1.4 热量
火灾四面体的热量要素表示高出释放可燃物蒸气和造成引燃所必需的最小热量值。热量通常用加热速率(J/s)或用一段时间接受的总热能(J)来表示。在一场火灾中，热量产生可燃物蒸气并将其引燃。可燃物燃烧的热量维持了蒸气的产生和引燃过程的循环，从而加速火灾的发展和火焰的传播。
A.1.5 化学链式反应
燃烧是一组复杂的化学链式反应，反应每进行一步，都需要上一步反应提供能量或自由基，当化学反应链被截断后，反应即刻停止。
A.2 传热
A.2.1 概述
传热是火灾中的一个重要因素，它对火灾的引燃、扩大、传播、衰退和熄灭都有影响。热量传递还对火灾调查人员用于确定火灾起火点和起火原因的物证有很大影响。传热机理主要有三种：传导、对流和辐射。在火灾调查中，所有这三种传热方式都起作用，对每一种都需要了解。
A.2.2 传导
热传导是固体物质被部分加热时内部的传热形式。能量从受热区传到未受热区。传热速率与温差以及材料的物理性质有关。
向一个物体传热就会影响它的表面温度，因此热传导是起火的一个重要因素，也是火灾蔓延的重要因素之一。通过金属壁面或沿着金属管道、金属梁传导的热量能够引起与受热金属接触的可燃物起火。通过金属紧固物，如钉子、铁板或螺栓传导的热量能够导致火灾蔓延或使结构构件失效。
A.2.3 对流
对流是指热的液体或气体向环境中较冷的部位流动传递热能的一种传热方式。当热气体通过较冷的表面时，它借助对流将热量传给固体。
火灾初期热气体从起火点向房间上部和建筑物各处流动，这时对流传热起着主要作用。随着房间温度上升达到轰燃，对流将继续，但是辐射作用迅速增大，成为主要传热方式。甚至在轰燃之后，烟气、热气体的对流传热仍是建筑物内热量传播中一个重要途径。这种对流能够将火焰、毒气或燃烧产生的有害产物传播到远处。A.1.1 概述
燃烧反应能够用四个要素表征：可燃物、氧化剂、热量和化学链式反应。这四个要素可以用传统的四面实心几何图形（被称为四面体)表示。控制或消除一个或多个要素，燃烧就不能发生了。
A.1.2 可燃物
可燃物是能够燃烧的任何物质。其状态与温度、压强有关，可以随条件变化而改变。可燃物可分为：
——有机可燃物，如木材、塑料、汽油、酒精和天然气等；
——无机可燃物，如镁或钠等可燃金属以及硫、磷等非金属可燃物。
A.1.3 氧化剂
大多数情况下，氧化剂就是大气中的氧气。此外还有化学氧化剂，例如，硝酸铵化肥、硝酸钾和过氧化氢等，它们容易释放出活泼氧。
在富氧的环境下，例如使用医用氧气的区域、高压潜水舱或医疗舱中，燃烧速度大大加快，甚至有些在空气中不易被引燃或燃烧缓慢的物质也能够剧烈燃烧。有的可燃物，在氧气含量很低的环境中，也能燃烧。环境温度越高，需氧量越低。室温为21°C，空气中的氧含量达14%〜16%条件下，能继续保持有焰燃烧，而在轰燃后，氧浓度接近0%时，有焰燃烧仍可持续。
A.1.4 热量
火灾四面体的热量要素表示高出释放可燃物蒸气和造成引燃所必需的最小热量值。热量通常用加热速率(J/s)或用一段时间接受的总热能(J)来表示。在一场火灾中，热量产生可燃物蒸气并将其引燃。可燃物燃烧的热量维持了蒸气的产生和引燃过程的循环，从而加速火灾的发展和火焰的传播。
A.1.5 化学链式反应
燃烧是一组复杂的化学链式反应，反应每进行一步，都需要上一步反应提供能量或自由基，当化学反应链被截断后，反应即刻停止。
A.2 传热
A.2.1 概述
传热是火灾中的一个重要因素，它对火灾的引燃、扩大、传播、衰退和熄灭都有影响。热量传递还对火灾调查人员用于确定火灾起火点和起火原因的物证有很大影响。传热机理主要有三种：传导、对流和辐射。在火灾调查中，所有这三种传热方式都起作用，对每一种都需要了解。
A.2.2 传导
热传导是固体物质被部分加热时内部的传热形式。能量从受热区传到未受热区。传热速率与温差以及材料的物理性质有关。
向一个物体传热就会影响它的表面温度，因此热传导是起火的一个重要因素，也是火灾蔓延的重要因素之一。通过金属壁面或沿着金属管道、金属梁传导的热量能够引起与受热金属接触的可燃物起火。通过金属紧固物，如钉子、铁板或螺栓传导的热量能够导致火灾蔓延或使结构构件失效。
A.2.3 对流
对流是指热的液体或气体向环境中较冷的部位流动传递热能的一种传热方式。当热气体通过较冷的表面时，它借助对流将热量传给固体。
A.2.4 辐射
辐射是指热能在介质中以电磁波形式传递热量的方式。辐射只能以线性传递，虽然中间介质可以降低或阻挡辐射能，但不一定能全部阻挡。
辐射热的传热速率与辐射源的绝对温度、目标物的绝对温度有关。辐射体与目标物之间的距离会大大地影响辐射传热速率。随着距离增加，辐射到单位面积上的能量会减小，减小方式与辐射源的大小以及到目标物的距离有关。
A.3 引燃
A.3.1 概述
大多数物质的燃烧都需处于气态或蒸气状态，而有些物质能直接以固态形式燃烧，如某些形态的炭和镁。可燃物的引燃时间和引燃能量与引火源的能量、可燃物的最小点火能量以及可燃物的几何形状等因素有关。要使可燃物温度升高，向可燃物传热的速率就必须大于可燃物由于导热、对流、辐射及相态转变、化学变化造成的能量损失之和。
A.3.2 固体可燃物的引燃
固体可燃物的燃烧发生在其表面受热产生的蒸气区中。固体可燃物受热时，产生的可燃蒸气或热解产物释放到大气中，与空气适当地混合，若存在合适的引火源或温度达到了其自燃点，那么它们才能被引燃。
影响固体可燃物的引燃因素主要包括如下三种：
a) 可燃物的密度。密度大的物质(如木材、塑料）向外传导的能量要快于密度小的物质。密度小的物质有绝缘体的作用，让能量保持在表面。
b) 可燃物的比表面积。物质的比表面积也对引燃需要的能量有着影响。比表面积大的可燃物质更容易燃烧。
c) 可燃物的厚度。薄材料比厚材料更容易燃烧。图A.1说明了薄材料和厚材料的引燃能量和引燃时间之间的关系。
A.3.3 可燃液体的引燃
液体蒸气欲形成可点燃的混合气，液体应当处在或高于它的闪点温度条件下。大多数液体即使在 稍低于其闪点时，但由于引火源能够产生一个局部加热区，也可以引燃。
雾化的液体或雾滴(具有大比表面积)更容易被引燃。
A. 3. 4 可燃气体的引燃液体蒸气欲形成可点燃的混合气，液体应当处在或高于它的闪点温度条件下。大多数液体即使在 稍低于其闪点时，但由于引火源能够产生一个局部加热区，也可以引燃。
雾化的液体或雾滴(具有大比表面积)更容易被引燃。
在石油化工企业生产中，会产生各种可燃气体，或使用可燃气体作原料，在日常生活中，会使用液化石油气、天然气做燃料。这些气体与空气混合后遇合适的引火源，不但可以燃烧，甚至可能产生爆炸。
A.3.5 物质的引燃性能
表A. 1列出了一些固体可燃物、可燃液体和可燃气体引燃性能的数据。
A.3.6 自燃
A.3.6.1 易发生自燃的物质
某些物质具有自然生热而使自身温度升高的性质，物质自然生热达到一定温度时就会发生自燃。
易发生自燃的物质主要包括：
——氧化放热物质，如动植物油类、鱼骨粉、煤、橡胶、棉籽废蚕丝等；
——分解放热物质，如硝化棉、赛璐珞等；
——发酵放热物质，如植物秸杆、果实等；
——金属粉末类物质。
A.3.6.2 影响自燃发生的因素
影响自燃发生的因素主要有以下三种：
a) 产生热量的速率。自燃过程中热量产生的速率很慢，若发生自燃，自燃性物质产生热量的速率就应快于物质向周围环境散热或传热的速率。当自燃性物质的温度升高吋，升高的温度会导致热量产生速率的増加。
b) 通风效果。自燃需要有适量的空气可供氧化，因为良好的通风条件又会造成自燃产生的热量损失，从而阻断自燃。A.3.6.1 易发生自燃的物质
某些物质具有自然生热而使自身温度升高的性质，物质自然生热达到一定温度时就会发生自燃。
易发生自燃的物质主要包括：
——氧化放热物质，如动植物油类、鱼骨粉、煤、橡胶、棉籽废蚕丝等；
——分解放热物质，如硝化棉、赛璐珞等；
——发酵放热物质，如植物秸杆、果实等；
——金属粉末类物质。
A.3.6.2 影响自燃发生的因素
影响自燃发生的因素主要有以下三种：
a) 产生热量的速率。自燃过程中热量产生的速率很慢，若发生自燃，自燃性物质产生热量的速率就应快于物质向周围环境散热或传热的速率。当自燃性物质的温度升高吋，升高的温度会导致热量产生速率的増加。
c) 物质周围环境的保温条件。
A.3.7 向有焰燃烧的转换
由阴燃源（如香烟）或者自燃导致有焰燃烧开始时，出现明火燃烧可能需要很长时间。然而一旦开始了有焰燃烧，由于可燃物已经被预热，火灾会迅速发展、蔓延。
A.4 火灾的发展
A.4.1 火羽流
冷空气借助上升的热气团被吸人地面之上的火羽流中，由于冷空气向火羽流的流人导致火羽流温度随着高度增加而降低。
这种火灾的蔓延主要靠辐射引燃周围可燃物。在固体物品上，火的蔓延速率通常很慢，但借助空气流动，火灾有时也会蔓延很快。
A.4.2 非受限火灾
当火的上方没有天花板并且火又远离墙壁时，火羽流的热气团和烟会继续垂直上升，直到它们冷却到周围空气的温度。此时，烟将分层，然后扩散到空气中去。室外火灾会出现这种情况。在建筑物火灾的最初阶段，火羽流很小或者火灾发生在很大体积的空间里，而且顶棚很高，（如有天井的建筑物内）能够出现上述情况。在非受限火灾中火的蔓延主要靠辐射引燃附近的可燃物。
A.4.3 受限火灾
A.4.3.1 顶棚（天花板）对火灾发展的影响
当火灾的上方有顶棚而且远离墙壁时，火羽流中的热气体和烟气上升遇到顶棚，然后沿顶棚向各个方向传播，直到被隔墙挡住为止。随着热烟气沿火羽流中心线向外流动，会在顶棚下形成一层薄薄的热烟气。热量从这层传到冷的顶棚上部，冷空气从下面裹入。这一薄层烟气距火羽流中心线越近，烟层厚度越厚，温度也越高。随着离火羽流中心线的距离增加，该层变浅、变冷。
有顶棚限制时，火灾传播受多种因素影响，如可燃顶棚或墙体材料的引燃、附近的可燃物的引燃或者上述因素的组合决定。烟气可以借助对流和辐射将热量传给上面的物质。烟层下方的传热主要靠辐射完成。当火羽流被顶棚限制时，火灾的发展将快于火羽流不受限制的情况。
A.4.3.2 室内火灾的发展
火灾燃烧过程中产生大量的热烟气，这些热烟气在蔓延途径中受到天花板、墙壁、门窗的限制，在燃烧的几个典型阶段中呈现出不同的蔓延模型。主要包括如下过程：
a) 火灾初期。天花板下的热烟气层很薄，并向四周蔓延（如图A. 2所示）。当烟气层进一步加厚，达到门、窗上部时，烟气通过通风口向外蔓延。
b) 轰燃前。随着烟气层的厚度增加，热烟气的温度也进一步升高，其辐射热将加热室内的可燃物，此时热烟气从门上部缝隙向外扩散，而冷空气从门底部缝隙补充进室内，形成典型的烟气蔓延模型（如图A.3所示）。 c) 轰燃。随着火灾的发展扩大，天花板层的气体温度可达480°C，大大增强了对室内可燃物的辐射强度，使可燃物的表面温度上升，释放出热解气。当上层温度达到590°C时，热解气被引燃，产生轰燃（如图A.4所示）。但是，在大空间或高顶棚房间内或者可燃物很少时，不易发生轰燃。
d) 轰燃后。该阶段中室内的所有可燃物都开始燃烧，并释放出更多的热量（如图A.5所示）。
A.4.3.3.1 通风口
在封闭空间发生火灾时，通风口的大小对于火灾的发展起着决定性作用。轰燃时可燃物的热释放速率与通风口的面积和通风口的高度成正比。
A.4.3.3.2 房间的体积和天花板高度
室内火灾发展到轰燃阶段时，室内的温度必须达到可燃物的着火温度。较高的天花板或大空间将延迟到达着火温度的时间，因此有可能延迟或阻止轰燃的出现。
A.4.3.3.3 起火点的位置
起火点的位置对轰燃可以产生如下的影响：
a) 当起火点远离墙壁时，空气自由地从所有方向流入火羽流并与可燃气混合。空气进入燃烧区时，使火羽流的上面部分得到冷却；
b) 当起火点靠近墙壁时，进入火羽流的空气被一面墙限制，导致火焰高度增高，天花板层中的气体温度上升更快，产生轰燃的时间变短；
c) 当起火点位于屋角时，进入火羽流的空气被两面墙限制，导致火焰高度更高，火羽流和天花板层的气体温度更高，轰燃发生的时间更早。
A.4.4 火焰高度
火焰高度与可燃物的热释放速率（HRR）以及是否靠近墙壁等阻挡物有关。火焰高度可按下式推算：
式中：
Hf——火焰高度，单位为米（m）；
k——壁面效应系数；Q——可燃物的热释放速率，单位为千瓦（kW）；
k值可以采用下述各值：
——远离墙壁时，k=1；
——靠近墙壁时，k=2；
——靠近墙角时，k=4。
A.5 燃烧产物
燃烧产物随可燃物与可用空气量的不同有很大的变化，主要包括完全燃烧和不完全燃烧两种情况：
a) 完全燃烧。烃类可燃物完全燃烧，其燃烧产物为二氧化碳和水。含氮、氯的可燃物，如丝绸、羊毛和聚氨酯泡沫、聚氯乙烯等，会产生氧化氮、氢氰酸、氯化氢。
b) 不完全燃烧。当空气不足时，为通风控制型火灾，燃烧产物包括热降解产物、一氧化碳、碳粒等。燃烧产物以固体、液体和气体三种状态存在。很多不完全燃烧的产物以蒸气或者很小的焦油雾滴或气雾剂形式存在。燃烧产物常常附着在冷表面（如墙、天花板和玻璃）上形成烟熏痕迹，这些烟熏痕迹有助于确定起火点和火的蔓延方向。
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