案例 | 造成如此劇烈“回燃”的原因
1994年5月28日19點(diǎn)36分左右，紐約消防局接警前往Watts街62號處置一起煙囪火災，到場(chǎng)時(shí)建筑煙囪正向外冒出滾滾濃煙。隨后火勢突然失去控制，造成3名消防員犧牲。
我們在這篇文章中探究這一特殊的回燃案列——回燃過(guò)程本身和案例記錄非常詳細。
圖1.1 起火建筑外景
相鄰的左側建筑完全一樣，右側建筑有些許不同
1.建筑情況
起火建筑曾被翻新數次，最近的一次翻修將老舊的石膏包木天花板的換成了新的，導致天花板只有2.5m高。門(mén)和窗戶(hù)也被換過(guò)，建筑整體加裝了保溫材料，且嘗試提升了建筑的封閉性。
每間公寓大約有80㎡，包含一個(gè)客廳、一個(gè)廚房、一個(gè)廁所和一個(gè)臥室（見(jiàn)圖3.1）。實(shí)際上，我們在布魯塞爾或安特衛普的很多翻新公寓都見(jiàn)過(guò)非常相似的建筑布局。所以毫無(wú)疑問(wèn)地，這種事也會(huì )發(fā)生在我們身上。
圖1.1 起火建筑外景
相鄰的左側建筑完全一樣，右側建筑有些許不同
1.建筑情況
起火建筑曾被翻新數次，最近的一次翻修將老舊的石膏包木天花板的換成了新的，導致天花板只有2.5m高。門(mén)和窗戶(hù)也被換過(guò)，建筑整體加裝了保溫材料，且嘗試提升了建筑的封閉性。
每間公寓大約有80㎡，包含一個(gè)客廳、一個(gè)廚房、一個(gè)廁所和一個(gè)臥室（見(jiàn)圖3.1）。實(shí)際上，我們在布魯塞爾或安特衛普的很多翻新公寓都見(jiàn)過(guò)非常相似的建筑布局。所以毫無(wú)疑問(wèn)地，這種事也會(huì )發(fā)生在我們身上。
圖1.2 樓梯間剖面圖
（來(lái)自：Ed Martin和Richard Bubowski）
2.火場(chǎng)情況
火災始于一樓，經(jīng)調查了解，一樓的戶(hù)主在18點(diǎn)25分左右離開(kāi)公寓時(shí)，將一裝滿(mǎn)垃圾的塑料袋遺落在廚房爐子旁。
推斷是氣爐的飛火引燃了塑料袋和里面的垃圾?；饎莅l(fā)展非常迅速，整個(gè)廚房都開(kāi)始燃燒，房間內溫度急劇上升。
火災初期，燃燒所需新鮮空氣的唯一通道是經(jīng)客廳壁爐的煙囪，由于通向廁所的臥室的門(mén)都是關(guān)上的，所以流向廚房的空氣量非常有限?；馂脑斐傻膿p失也僅限于客廳和廚房。
在某一時(shí)刻，煙層的下部已達到了客廳壁爐的上部，從此時(shí)起，煙囪也成了濃煙散發(fā)的通道。
由于絕佳的建筑封閉性，在氧氣幾乎被耗盡后，火災轉入陰燃。建筑整體的保溫性能，使得起火房間內的溫度一直保持在使可燃物發(fā)生熱分解的程度——房間變成了一個(gè)充滿(mǎn)可燃氣的空間。
初期并未引起注意，隨后一個(gè)過(guò)路的人發(fā)現煙囪排出的煙氣異常多，并且伴有火光，這個(gè)人給消防隊報警稱(chēng)有一起煙囪火災。
3.撲救經(jīng)過(guò)
到場(chǎng)時(shí)，指揮員采取了紐約消防內部通用的標準處置程序。排煙是大多數北美消防機構的一項重要任務(wù)。因此，現場(chǎng)直接安排了一輛云梯車(chē)打開(kāi)樓梯間頂層的艙門(mén)來(lái)排煙。
大隊指揮員對滅火行動(dòng)進(jìn)行了周密的部署，派遣了兩個(gè)三人小隊內攻，他們的任務(wù)是從一樓開(kāi)始，在水槍的掩護下檢查建筑的每個(gè)公寓內是否有被困人員。
兩個(gè)組都事先鋪好水帶，當消防員打開(kāi)一樓房門(mén)，熱煙氣（溫度不是很高）翻滾而出，流向樓梯間，緊跟著(zhù)一股空氣涌入公寓內部。
開(kāi)門(mén)的消防員意識到這是回燃的前兆「國內消防員應該進(jìn)行這方面學(xué)習」，嘗試躲開(kāi)。隨即發(fā)生了回燃，整個(gè)樓梯間都陷入火海，猛烈的火焰甚至穿出了建筑頂層的艙門(mén)——在街上都可以看見(jiàn)。
一位過(guò)路的市民拍下了現場(chǎng)畫(huà)面，根據他的視頻，研究人員推斷出這次回燃持續了6分鐘。
一樓的消防員察覺(jué)到了回燃，所以只是在撤離時(shí)受了點(diǎn)小傷。但是，二樓的消防員們卻被困住且無(wú)路可逃，一名當場(chǎng)犧牲，另兩名被送往醫院的燒傷科，其中一人沒(méi)挺過(guò)24小時(shí)，第二個(gè)只堅持了40天……
紐約消防局請求國家標準與技術(shù)研究院調查造成如此劇烈回燃的原因——火焰居然持續了6分鐘之久！
圖3.1 一樓平面圖
（來(lái)自：Ed Martin）
4.科學(xué)分析
4.1 回燃現象的實(shí)驗
早在19世紀初，就有3名科學(xué)家對引起回燃的條件進(jìn)行了研究。
研究人員用甲烷（天然氣）代替火場(chǎng)中被熱分解揮發(fā)的氣體。實(shí)驗的封閉空間尺寸為2.4m*1.2m*1.2m，內部裝有傳感器和一扇由電腦控制可隨意打開(kāi)的艙門(mén)（用于模擬空氣的進(jìn)入）。還有70kW和200kW的火爐各一個(gè)。
結論是空間內至少需要10%的氣態(tài)烴才能引發(fā)真正的回燃。濃度過(guò)低只會(huì )使混合氣體燃燒，并不會(huì )引發(fā)爆燃。
該研究表明由于缺乏足夠的熱量，初始火災的陰燃并不能引發(fā)回燃——是二次點(diǎn)火引燃了可燃氣體。在調查Watts街62號火災期間，研究人員將這些結論納入了考慮范圍。
4.2 CFAST的分析
CFAST是一款可以模擬火災的軟件，科學(xué)家們在軟件中調節火災中的各個(gè)因素使其與Watts街事故現場(chǎng)無(wú)限接近。
假定塑料袋燃燒產(chǎn)生的熱量為25kW（跟現實(shí)情況下一樣），研究人員在跟火災現場(chǎng)尺寸、布局一樣的房間內模擬，同時(shí)還考慮到了樓梯間與煙囪的影響。預期的峰值是1MW，但由于缺少新鮮空氣，并未達到這一數字。
藍線(xiàn)代表公寓內的熱釋放速率，紅線(xiàn)代表樓梯間內的熱釋放速率（制表：Ed Martin和Richard Bubowski）
在打開(kāi)門(mén)的瞬間，電腦模擬顯示可燃氣體從公寓內部涌出，同時(shí)空氣流入公寓。電腦模擬確認了當時(shí)在一樓消防員的所見(jiàn)。
圖4.1表示的是熱釋放速率隨時(shí)間發(fā)生的變化，注意公寓內的熱釋放速率從未超過(guò)500kW，而樓梯間內的卻達到了5MW。
公寓內的溫度一直保持在較低的水平，模擬中，帶焰燃燒發(fā)生（火勢的發(fā)展階段）發(fā)生在500秒之后，此時(shí)溫度達到了300℃，之后直到房間門(mén)打開(kāi)前溫度逐漸降低。
這意味著(zhù)房間內的溫度足以產(chǎn)生熱分解氣體，并保持了相當長(cháng)一段時(shí)間。這些熱分解氣體和一氧化碳支持火焰燃燒了7分鐘。
開(kāi)門(mén)前，公寓內的溫度在100℃以下，開(kāi)門(mén)后，樓梯間的溫度上升至1200℃，很顯然在那種環(huán)境下生存是不可能的。
5.事故教訓
建筑翻新是大趨勢，政府鼓勵有財力的群眾把房子的使用率變高。事故中的公寓建于19世紀晚期，之后不斷被改造使其變化巨大。
鑒于此，我們對建筑的第一印象并不能預計其火災條件下的情況。過(guò)去，如果我們到場(chǎng)時(shí)看到的是一個(gè)明顯老舊的建筑，那火勢的發(fā)展一般可以猜個(gè)八九不離十。
因為一旦溫度升高，窗戶(hù)就會(huì )破裂，火災會(huì )發(fā)展為全面燃燒的態(tài)勢。豎井等其他煙氣可能聚集成隱患的空隙也更少。所以，現在就算是處理老舊建筑火災時(shí)，也必須派一名安全員隨時(shí)注意通風(fēng)不暢的燃燒和豎井、空隙、吊頂內集聚的可燃氣體。
5.1 入門(mén)程序
比利時(shí)全國的新晉消防員，其中一項初級訓練就是標準化的入門(mén)程序。這一程序，強制性要求使用射流冷卻「水霧點(diǎn)放，首部曲-初略概念 | 神奇的水霧點(diǎn)放技術(shù)」從建筑內冒出的煙氣。
并且同組的消防員要保持對門(mén)的控制——在事情急轉直下時(shí)，可以關(guān)閉房門(mén)。
第一個(gè)行動(dòng)至少可以延緩熱煙氣的燃燒，第二項行動(dòng)確保小組其他成員在房?jì)让俺龃罅繚鉄熁蛴袕娏覂认驓饬鲿r(shí)，有足夠的反應時(shí)間關(guān)門(mén)。
5.2 垂直排煙
直到最近，大家才開(kāi)始接受垂直排煙可以解決回燃問(wèn)題。跟其他任何需要排煙的情況相同，可燃煙氣流動(dòng)的路徑至關(guān)重要。
如果大量的可燃煙氣在排除時(shí)被點(diǎn)燃，那基本上會(huì )造成第二處火災。任何處在這個(gè)煙火蔓延路徑內的群眾甚至消防員都會(huì )遭受?chē)乐氐膫Α?/span>
在比利時(shí)，排煙技巧這一領(lǐng)域還相當空白，但可以確定的是，“回燃=垂直排煙”行不通。
5.3 煙氣冷卻
煙氣冷卻是當今世界范圍公認的降低可燃煙氣危險性的技術(shù)，但需要說(shuō)明的是，這種技術(shù)的適用空間應小于40㎡和較低的高度。
這個(gè)案例，教會(huì )我們存在煙氣溫度很低的通風(fēng)控制型火災，這種情況下，冷卻基本上沒(méi)什么用，開(kāi)門(mén)前公寓的溫度低于100℃。
這意味著(zhù)水不會(huì )蒸發(fā)，沒(méi)有水蒸氣意味著(zhù)煙氣的溫度也不會(huì )降低。冷卻煙氣這一技術(shù)很有效，但并不是萬(wàn)能的。
5.4 煙囪火災
消防部門(mén)最初是根據煙囪火災進(jìn)行力量調派。與歐洲相比，北美會(huì )調集更多但更小型的消防站到場(chǎng)。幸虧有這個(gè)制度，回燃發(fā)生時(shí)，事故現場(chǎng)有足夠的人手和資源，避免了事態(tài)的惡化。
比利時(shí)消防部門(mén)有時(shí)調派4名消防員，一到兩輛水罐車(chē)處置煙囪火。如果有一到兩名消防員在回燃中受傷倒地怎么辦？
2007年2月7日，比利時(shí)羅什福爾消防局的Eric Pero因某種極端火災現象犧牲。他們出的警同樣是煙囪火災。