縱觀(guān)歷史，消防員早已開(kāi)始利用水來(lái)滅火。上個(gè)世紀，人們逐漸形成了通過(guò)水桶接力的形式來(lái)?yè)錅缁馂倪@一固有方式，很顯然這種滅火方式效率非常低。

隨后，荷蘭人發(fā)明了消防水泵和消防水帶，滅火形式有了質(zhì)的飛躍。消防員通過(guò)消防水泵和水帶可以將水輸送到更遠的距離，并將其噴射到燃燒物上。

這樣的話(huà)，水就能和可燃物充分接觸，滅火效率也會(huì )有所提升。隨著(zhù)時(shí)代的發(fā)展，空氣呼吸器（BA）問(wèn)世。在空氣呼吸器的協(xié)助下，消防員可以進(jìn)入著(zhù)火建筑內實(shí)施滅火救援，使得水能完全作用于火源表面，這意味著(zhù)滅火效率的又一次提高。

最新的滅火形式是：煙氣冷卻滅火，該方法由瑞典學(xué)者發(fā)明，旨在為消防員進(jìn)入火場(chǎng)內攻滅火創(chuàng )造一個(gè)更為安全的環(huán)境。

迄今為止，滅火方式經(jīng)歷了幾次比較大的變革。目前，標準的滅火方式是進(jìn)入火場(chǎng)內攻來(lái)實(shí)施滅火。在火場(chǎng)環(huán)境允許的條件下，內攻滅火是最有效的滅火形式。然而，很多消防員未能熟練掌握內攻滅火的機理，本文將嘗試解釋內攻滅火所涉及到的相關(guān)原理。

水吸收熱量的方式有三種：

一般情況下，消防員實(shí)施滅火時(shí)所用水的最高溫度為20℃左右。眾所周知，當水被加熱時(shí)，其溫度會(huì )升高，而將1L水的溫度升高1℃需要4186J的能量。同樣地，當水溫從20℃加熱到100℃時(shí)，1L水將吸收335kJ能量。

隨后，水將以第二種方式吸收熱量。通常來(lái)說(shuō)，100℃液態(tài)水將會(huì )很快轉變?yōu)?00℃水蒸氣，相較于液態(tài)水從20℃升溫至100℃所需要的能量，該狀態(tài)變化需要的能量更多。每升水蒸發(fā)轉化為水蒸氣需要2.260kJ能量，這意味著(zhù)水蒸發(fā)所需能量大約是將水從20℃加熱至100℃所需能量的7倍多。

水繼續以第三種方式吸收熱量。一旦水在100℃下形成了水蒸氣，它將吸收周?chē)鸁煔獾臒崃?。當煙氣溫度高?00℃時(shí)，熱量將從煙氣轉移到水蒸氣中，直至達到溫度平衡。

假設水蒸氣最終溫度為300℃，這意味著(zhù)水蒸氣被加熱了200℃。1L水蒸氣其溫度提高1℃所需要的平均熱能為2.080J，而1L水蒸氣溫度提高200℃的過(guò)程將吸收416kJ能量。

總而言之，水會(huì )在3個(gè)不同階段吸收熱量：

（1）水從20℃升溫至100℃           335kJ/L

（2）100℃水轉化為100℃水蒸氣   2.260kJ/L

（3）水蒸氣從100℃升溫至300℃   416kJ/L

1L水經(jīng)過(guò)一系列過(guò)程轉化成300℃水蒸氣會(huì )吸收大約3MJ能量，可通過(guò)Lambert＆Baaij[2]所寫(xiě)的Brandberloop找到對該過(guò)程更為詳細的解釋。

現在最有趣的是，要對水從可燃物表面流走，沒(méi)有發(fā)生蒸發(fā)這一情況進(jìn)行分析。這種情況下，水源利用的最高效率僅為11%。然而，在滅火救援中，通常會(huì )有大量水從可燃物表面流走，火場(chǎng)實(shí)際所需水量往往是理想狀態(tài)下的10倍。

上述分析可以看出，滅火過(guò)程中確實(shí)需要高效利用水源。為了達到高效的滅火效果，滅火時(shí)，水槍射出的水至少要在火場(chǎng)內蒸發(fā)以此來(lái)吸收更多熱量，當水得以完全蒸發(fā)時(shí)，滅火效率會(huì )上升至86%。

常言道：一次成功有效的滅火救援，不應該出現水從樓梯間或房門(mén)流出的現象。

上述問(wèn)題的答案很簡(jiǎn)單。火災是可燃物和氧氣之間不受控制的化學(xué)反應過(guò)程，這個(gè)過(guò)程中伴隨著(zhù)光和熱的產(chǎn)生。仔細看這個(gè)定義會(huì )產(chǎn)生以下疑問(wèn)：我們討論的是哪種可燃物？每名消防員都應該知道，著(zhù)火并不是固體物質(zhì)本身的燃燒。

經(jīng)過(guò)充分加熱，易燃固體會(huì )分解釋放出易燃氣體。在此過(guò)程中，固體物質(zhì)分子被分解成更小的顆粒，且該過(guò)程是可見(jiàn)的。

固體物質(zhì)釋放煙氣詳見(jiàn)圖4.2、4.3。這種現象可通過(guò)CFBT集裝箱進(jìn)行細致的觀(guān)察，這些煙氣就是所說(shuō)的熱解氣體，此過(guò)程就是熱解。熱解氣體的輸出量是由可燃物表面溫度決定的，熱解過(guò)程中，固體物質(zhì)會(huì )受熱分解產(chǎn)生氣體，這些氣體就會(huì )成為火災發(fā)生所需的可燃物。


圖4.2 火災發(fā)展階段。煙氣層被點(diǎn)燃，由于火源熱輻射，熱解物在靠近右側沙發(fā)處清晰可見(jiàn)。書(shū)架底部也顯示出火勢蔓延的跡象。（照片：新南威爾士州消防和救援服務(wù)）

圖4.2 火災發(fā)展階段。煙氣層被點(diǎn)燃，由于火源熱輻射，熱解物在靠近右側沙發(fā)處清晰可見(jiàn)。書(shū)架底部也顯示出火勢蔓延的跡象。（照片：新南威爾士州消防和救援服務(wù)）

消防員的基本課程會(huì )簡(jiǎn)要介紹與氣相燃燒相關(guān)的主題，參訓人員都知道，撲滅這類(lèi)火災最好的方式是切斷氣體供應（關(guān)閉閥門(mén)）。該原理同樣適用于撲救室內火災，即切斷火場(chǎng)中可燃氣體的供應。消防員可通過(guò)向火點(diǎn)位置射水來(lái)降低可燃物表面溫度，從而達到切斷氣體供應的目的。

這一過(guò)程中，水分會(huì )很快蒸發(fā)并吸收可燃物表面能量，可燃物溫度也會(huì )因此下降。當其溫度降低到一定程度時(shí)，熱解過(guò)程會(huì )減弱，可燃氣體的供應便會(huì )中止。

這種滅火機制就是直接滅火（見(jiàn)圖4.6），直接滅火的實(shí)現是基于充分冷卻固體可燃物表面來(lái)切斷可燃氣體供應的這一原理。為了實(shí)現對火勢的控制，可能會(huì )使用其他滅火形式。然而滅火的本質(zhì)在于降低火點(diǎn)位置的溫度，若不能有效降低火場(chǎng)溫度，很有可能會(huì )出現復燃的情況。

圖4.6 火焰熄滅后，消防員切換至直流射水模式，采用較低水流量對燃料表面進(jìn)一步冷卻防止可燃物復燃。（照片：新南威爾士州消防和救援服務(wù)）

2

 關(guān)于表面冷卻的幾個(gè)問(wèn)題

對于可燃物表面的冷卻來(lái)說(shuō)，必須考慮幾個(gè)重要的問(wèn)題。當消防員射水滅火時(shí)，目的是讓水盡可能接觸到燃燒物表面。離開(kāi)水槍的水滴首先必須要穿過(guò)熱煙氣層，其中一部分液滴會(huì )在到達可燃物之前蒸發(fā)掉。

如果水滴粒徑過(guò)小，其會(huì )在接觸明火前完全蒸發(fā)。這種情況下，可燃物表面溫度不會(huì )降低，且熱解也不會(huì )停止。因此，在進(jìn)行表面冷卻滅火時(shí)，液滴粒徑應足夠大以確保大部分液滴在燃料表面蒸發(fā)吸熱。

其次，將水全面覆蓋整個(gè)可燃物表面也是滅火救援工作中一項重要內容。在滅火過(guò)程中，整個(gè)熱解可燃物表面都需要冷卻，否則會(huì )出現部分可燃物表面火焰被撲滅而相鄰位置仍存在明火的現象。

因為，這種情況下，輻射熱將導致已冷卻的燃燒物表面再次升溫，熱解再次開(kāi)始；隨后，熱解釋放的可燃氣體受高溫作用會(huì )被點(diǎn)燃，使得火災撲救回到原點(diǎn)。同樣地，該現象可通過(guò)CFBT集裝箱進(jìn)行觀(guān)察。

最后，冷卻燃燒表面所用水量的合理性選擇對于火災撲救來(lái)說(shuō)至關(guān)重要。在空氣呼吸器問(wèn)世之前，傳統的滅火方式是采用過(guò)量水來(lái)?yè)渚然馂?。這是因為消防員在沒(méi)有任何防護裝備的前提下，無(wú)法靠近火點(diǎn)位置進(jìn)行射水滅火。

當前，由于火場(chǎng)內不穩定性因素，我們仍面臨這類(lèi)無(wú)法實(shí)施內攻的火災，譬如工業(yè)火災。然而，類(lèi)似于住宅火災，則可通過(guò)內攻得到有效抑制，再使用過(guò)量水進(jìn)行撲救顯然不太可取。

當消防員將水噴射到可燃物表面，大量液滴與可燃物接觸會(huì )導致其表面溫度下降，熱解不久便會(huì )停止。這之后，所有液滴會(huì )撞擊可燃物表面的相同位置，造成水漬損失。

相比于火災本身造成的損失，滅火過(guò)程中因水的過(guò)量使用，造成更大損失的火災場(chǎng)景時(shí)有發(fā)生。一把可調流量水槍可以起到控制水量的作用。

蒸汽的產(chǎn)生（間接滅火）

 

1

間接滅火

消防員利用蒸汽滅火時(shí)，水是以氣體抑制劑形式應用于整個(gè)滅火過(guò)程。這種滅火機制取決于蒸汽擠壓空氣的原理，稱(chēng)為間接滅火。當室內存在蒸汽時(shí)，房間內氧氣濃度會(huì )下降。一旦房間內一半空間充滿(mǎn)蒸汽時(shí)，明火將會(huì )消失（見(jiàn)圖4.5）。

圖4.5 消防員開(kāi)始實(shí)施滅火工作。抑制效果主要是通過(guò)霧化蒸汽實(shí)現，與圖4.4 有所區別。（照片：新南威爾士州消防和救援服務(wù)）

但這并不意味著(zhù)火已經(jīng)被撲滅，只是暫時(shí)受到抑制。隨著(zhù)蒸汽逐漸從室內排出，新鮮空氣會(huì )進(jìn)入到房間內，出現復燃現象。為了完全撲滅火災，需要中止可燃物的熱解過(guò)程（見(jiàn)上文）。

為了實(shí)現產(chǎn)生最大量的蒸汽，水要盡可能接觸到燃燒物表面。理想情況下，可通過(guò)使用開(kāi)花水槍?zhuān)瑢⑺畤娚涞綁Ρ诤吞旎ò逄巵?lái)實(shí)現這一目標。

由于液滴接觸到墻壁前，要穿過(guò)火焰層，因此，火勢全面發(fā)展階段，會(huì )造成大量液滴蒸發(fā)。消防員采用間接形式滅火，需要關(guān)閉通往相鄰房間的防火門(mén)，以此來(lái)保證著(zhù)火空間內一定的蒸汽濃度。

間接滅火形式應用到封閉空間內是最有效的，這種滅火機制也可應用在內攻滅火實(shí)施起來(lái)比較困難的情形下。在不進(jìn)入室內情況下，可通過(guò)使用穿孔水槍來(lái)產(chǎn)生室內蒸汽。

針對可能發(fā)生回燃的火災現場(chǎng)，外部間接滅火的形式會(huì )是一種不錯的選擇。

2

間接滅火注意事項

消防員通過(guò)水槍采用這種滅火技術(shù)時(shí)，需要注意的是，要留有一個(gè)開(kāi)口將多余蒸汽排到外部空間。如若不然，消防員進(jìn)入房間的門(mén)將成為多余蒸汽的出口。當多余的蒸汽沿門(mén)向外擴散時(shí)，熱蒸汽會(huì )不可避免地經(jīng)過(guò)火場(chǎng)內消防員所在位置，這意味著(zhù)消防員存在被嚴重燒傷的風(fēng)險。

當然，當室內第二個(gè)開(kāi)口（例如窗戶(hù)）打開(kāi)時(shí)，火場(chǎng)內危險等級會(huì )降低，而且開(kāi)口最好是火源下游方向。這種情況下，可以開(kāi)創(chuàng )一條從門(mén)開(kāi)始的空氣流向，并引導火焰朝向窗戶(hù)發(fā)展。這條空氣流動(dòng)軌跡將攜帶蒸汽從窗口流出，而不會(huì )影響到內攻消防員。

在具有一個(gè)或多個(gè)開(kāi)口的著(zhù)火房間內采用間接滅火時(shí)，新鮮氧氣通過(guò)開(kāi)口進(jìn)入房間后，可能會(huì )出現復燃的現象。燃燒物表面溫度升高，發(fā)生熱解并釋放可燃氣體。

 

為防止熱解產(chǎn)物復燃，間接滅火后，需要對可燃物進(jìn)行表面冷卻，使燃燒物表面熱解值降至熱解閾值以下（見(jiàn)圖4.6和4.7）。這種情況下，由于缺少足夠熱解產(chǎn)物，新鮮氧氣的補充不會(huì )造成復燃的發(fā)生。

圖4.6 火焰熄滅后，消防員切換至直流射水模式，采用較低水流量對燃料表面進(jìn)一步冷卻防止可燃物復燃。（照片：新南威爾士州消防和救援服務(wù)）

圖4.7 水蒸氣清除之后，隔室內能見(jiàn)度逐漸恢復。（照片：新南威爾士州消防和救援服務(wù)）

隨后，采用直接和間接滅火相結合的方式（重點(diǎn)放在間接滅火上）對火勢進(jìn)行壓制，然后水槍開(kāi)關(guān)調至直流射水來(lái)滅火。

氣體冷卻

 

第三種水源利用方式是在消防員內攻推進(jìn)滅火時(shí)，構建一個(gè)安全區域。起初，火災產(chǎn)生的熱煙氣會(huì )在天花板下方積聚，煙氣的溫度和密度逐漸增加，會(huì )對消防員人身安全造成一定威脅。某個(gè)時(shí)間點(diǎn)，煙氣層被點(diǎn)燃（滾燃），煙氣產(chǎn)生輻射熱會(huì )急劇增加（見(jiàn)圖4.3），轟燃隨之而來(lái)。

 

圖4.3 發(fā)生轟燃。整個(gè)房間內充滿(mǎn)火焰，沙發(fā)右側的熱解產(chǎn)物清晰可見(jiàn)，地板上的地毯正處于熱解狀態(tài)。（照片：新南威爾士州消防和救援服務(wù)）

這時(shí)，可采用氣體冷卻方法來(lái)避免這種情況的發(fā)生，即在煙氣層中射入適量的水。一方面，水會(huì )蒸發(fā)并吸收煙氣層熱量；另一方面，水蒸發(fā)形成的蒸汽（部分）會(huì )保留在煙氣層內，改變煙氣的燃燒極限，使其難以被點(diǎn)燃。

上文指出，液滴粒徑足夠大才能滿(mǎn)足到達可燃物表面的要求。但是，當利用氣體冷卻技術(shù)滅火時(shí)，目的是避免液滴撞擊到墻壁和天花板。相反地，氣體冷卻技術(shù)應該讓水在煙氣層內完全蒸發(fā)吸熱。

Paul Grimwood提出液滴最佳尺寸為300微米，該尺寸下液滴比較厚重足以進(jìn)入到煙氣層內部。如果液滴尺寸過(guò)小，那它們重量太小可能無(wú)法進(jìn)入到煙氣層內部；如果液滴過(guò)厚，則一部分液滴會(huì )在熱煙氣中蒸發(fā)，剩余部分將穿過(guò)煙氣層到達熱壁并在熱壁上蒸發(fā)，就無(wú)法達到構建安全區域的目的。

參考文獻

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[6]   CFBT instructor’s course for the T-cell, CFBT-BE, september 2012