●尚琪霞

(晉城市消防支隊(duì)，山西 晉城 048026)

(本欄責(zé)任編輯、校對(duì) 馬 龍)

火蔓延速率是指在水平面內(nèi)向外延伸的火的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，表示為火焰總周長(zhǎng)的增長(zhǎng)速率，也表示為火焰前鋒向前蔓延的速率，或者表示為火焰面積的增長(zhǎng)速率?；鹇犹匦允懿牧戏N類(lèi)、含水率、幾何尺寸、空間方位以及環(huán)境因素的影響，特別是來(lái)流特性對(duì)火蔓延狀況的影響尤為顯著?；鹇铀俾适怯绊懟馂?zāi)發(fā)展過(guò)程的一個(gè)重要參數(shù)。因此，測(cè)量與計(jì)算固體可燃物火蔓延的機(jī)理和規(guī)律十分必要。筆者通過(guò)對(duì)某化工廠(chǎng)高壓電纜起火原因的調(diào)查，對(duì)高壓電纜火災(zāi)的蔓延時(shí)間進(jìn)行理論計(jì)算，與火災(zāi)實(shí)際發(fā)生時(shí)間進(jìn)行對(duì)比，以佐證火災(zāi)原因調(diào)查的正確性。

1 火災(zāi)基本情況及起火點(diǎn)的認(rèn)定

2008年7月11日21時(shí)30分許，某化工廠(chǎng)發(fā)生火災(zāi)。火災(zāi)燒毀動(dòng)力電纜、控制電纜、梯形玻璃鋼電纜橋架和變換區(qū)工藝流程管道等，過(guò)火面積達(dá)400余平方米，未造成人員傷亡。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)勘驗(yàn)與調(diào)查訪(fǎng)問(wèn)得知:(1)最早發(fā)現(xiàn)起火的孫某突然聽(tīng)到一聲悶響，然后看到變換界區(qū)管道上有30cm左右高的藍(lán)色火焰冒出。(2)從總調(diào)度室調(diào)取的錄音記錄可以確定，孫某在火災(zāi)當(dāng)日21時(shí)28分給總調(diào)度室值班人員李某打電話(huà)，告知其變換區(qū)著火。21時(shí)35分左右，孫某聽(tīng)到室外有較大的爆炸聲。(3)據(jù)第一到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)滅火的消防隊(duì)反映，當(dāng)日21時(shí)59分到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)時(shí)，聽(tīng)到煤氣泄漏燃燒發(fā)出刺耳的嘶鳴聲，電纜橋架著火約有50～60m，火焰高達(dá)2m，并向南北兩側(cè)不斷蔓延。(4)經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)勘驗(yàn)得知，位于變換區(qū)和氨合成區(qū)中間距離地面11.93m處，設(shè)置有兩排南北向的梯型玻璃鋼電纜橋架，橋架中由西向東分別鋪設(shè)有動(dòng)力電纜和控制電纜。從燃燒蔓延的痕跡來(lái)看，南北兩側(cè)電纜橋架的梯型玻璃鋼還有部分殘存，中間部位的玻璃鋼橋架已經(jīng)全部燒毀;南北兩側(cè)的電纜外表絕緣全部燒毀，內(nèi)芯完好，中間部分的電纜外表絕緣完全燒毀，距離北側(cè)電纜頂端11.6m處內(nèi)芯部分呈熔融結(jié)塊狀。在玻璃鋼電纜橋架的東側(cè)有一南北向的鋼結(jié)構(gòu)人行棧道，棧道西側(cè)欄桿在距離北側(cè)頂端11.6m處有明顯的彎曲變形，相應(yīng)棧道的人行道鋼架表面顏色有明顯的泛白現(xiàn)象。緊靠電纜橋架的西側(cè)由南向北有三根豎向的管道，中間的管道有明顯的火烤痕跡，其他兩邊的管道完好。根據(jù)以上痕跡可以判定，起火高架電纜處的火勢(shì)蔓延方向是由距離北側(cè)電纜頂端11.6m處向南北兩側(cè)蔓延。這與消防隊(duì)到場(chǎng)后采取南北堵截、夾攻的滅火戰(zhàn)術(shù)相吻合。(5)電纜橋架西側(cè)是該公司的氣變換區(qū)，變換裝置的法蘭口鏈接處南側(cè)有一不規(guī)則泄漏口，口徑約200mm。泄漏口左右兩側(cè)和上方的其他管道保溫層已經(jīng)被燒毀，泄漏口下方的管道保溫層完好。在緊靠泄漏口的斜下方有一鐵平臺(tái)，平臺(tái)上有明顯的燒熔滴落殘留物。由此可以判定，火災(zāi)蔓延的方向是由泄漏口處向四周蔓延。泄漏口與電纜橋架的直線(xiàn)距離為 11.66m，水平距離為 8.6m，高差為 7.87m。(6)提取該公司的儀表監(jiān)測(cè)資料，可以發(fā)現(xiàn)在火災(zāi)發(fā)生當(dāng)日21時(shí)25分48秒，變換區(qū)氣體濃度有高警報(bào)顯示;21時(shí)31分37秒脫碳區(qū)氣體濃度有高警報(bào)顯示;21時(shí)32分49秒至51秒變換區(qū)3次報(bào)警;21時(shí)35分44秒，變換氣脫硫區(qū)間的富液泵停止運(yùn)行。(7)提取該公司火災(zāi)當(dāng)日的電氣保護(hù)裝置動(dòng)作報(bào)告，可以發(fā)現(xiàn)當(dāng)日21時(shí)35分58秒，脫硫貧液泵低電壓保護(hù)動(dòng)作，壓縮機(jī)低電壓保護(hù)動(dòng)作;21時(shí)37分07秒變換氣脫硫區(qū)間的富液泵低壓保護(hù)動(dòng)作;21時(shí)37分47秒1#主變保護(hù)的三相均跳閘。(8)經(jīng)詢(xún)問(wèn)負(fù)責(zé)安全的技術(shù)人員和查閱該公司的消防審核、驗(yàn)收?qǐng)D紙，發(fā)現(xiàn)發(fā)生泄漏事故的管線(xiàn)是該公司在施工中臨時(shí)增加的管線(xiàn)，泄漏口處長(zhǎng)期未做保溫處理，由于管道氣體的腐蝕和長(zhǎng)期暴露在空氣中的原因，加之火災(zāi)當(dāng)晚下雨溫度降低，可能引發(fā)管道的低溫脆裂。管道內(nèi)的高流量、高壓力氣體在泄漏中引燃。綜上所述，認(rèn)定起火部位位于該公司變換區(qū)變換裝置至電纜橋架區(qū)間內(nèi)，起火點(diǎn)位于變換裝置泄漏口處。

2 火災(zāi)原因分析

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)勘驗(yàn)和調(diào)查訪(fǎng)問(wèn)，利用排除法對(duì)電纜線(xiàn)著火原因的可能性分析如下:(1)排除電纜線(xiàn)絕緣層損壞導(dǎo)致?lián)舸┗蛘呦嚅g短路而產(chǎn)生電弧，使絕緣層燃燒起火。經(jīng)調(diào)查，火災(zāi)當(dāng)天沒(méi)有人對(duì)電纜線(xiàn)進(jìn)行施工，也沒(méi)有人到電纜線(xiàn)東側(cè)的人行棧道上進(jìn)行施工;電纜線(xiàn)日常的維護(hù)電工沒(méi)有發(fā)現(xiàn)電纜線(xiàn)有被破壞的情況;在對(duì)電纜線(xiàn)進(jìn)行勘驗(yàn)時(shí)，未發(fā)現(xiàn)電纜線(xiàn)擊穿痕跡。再者，著火的電纜線(xiàn)是該廠(chǎng)區(qū)動(dòng)力電纜的主線(xiàn)路，若是該段電纜線(xiàn)先發(fā)生故障，則應(yīng)該是主控制電纜線(xiàn)斷電反饋后支線(xiàn)路才有反饋，支線(xiàn)路控制的設(shè)備才會(huì)停止運(yùn)行，而該廠(chǎng)區(qū)電力儀表監(jiān)控資料與假設(shè)相反。因此，排除電纜線(xiàn)絕緣層損壞導(dǎo)致?lián)舸┗蛘呦嚅g短路而產(chǎn)生電弧，使絕緣層燃燒起火。(2)排除遺留火種因素。經(jīng)調(diào)查，火災(zāi)發(fā)生當(dāng)天下午16時(shí)至21時(shí)30分進(jìn)入生產(chǎn)區(qū)間的朱某某等3人證實(shí)，未發(fā)現(xiàn)有人在生產(chǎn)廠(chǎng)區(qū)和電纜線(xiàn)東側(cè)的人行棧道上吸煙;且起火部位地面為碎石和水泥地面，未堆放有木屑、鋸末等疏松可燃雜物;現(xiàn)場(chǎng)勘驗(yàn)未發(fā)現(xiàn)陰燃燃燒痕跡。因此，排除遺留火種起火因素。(3)排除現(xiàn)場(chǎng)施工作業(yè)引發(fā)火災(zāi)因素。經(jīng)調(diào)查，火災(zāi)當(dāng)日未在廠(chǎng)區(qū)變換區(qū)間進(jìn)行明火或焊接管道等施工作業(yè)，現(xiàn)場(chǎng)勘驗(yàn)未發(fā)現(xiàn)施工工具和設(shè)備。因此，排除施工作業(yè)引發(fā)火災(zāi)因素。(4)排除放火因素。經(jīng)調(diào)查，該化工有限公司從成立以來(lái)，和外界有關(guān)單位無(wú)矛盾激化現(xiàn)象，工人之間及工人和管理人員之間也無(wú)矛盾激化現(xiàn)象。火災(zāi)發(fā)生的當(dāng)天沒(méi)有發(fā)現(xiàn)有閑雜陌生人員進(jìn)入生產(chǎn)區(qū)，廠(chǎng)區(qū)的巡檢人員也未聽(tīng)見(jiàn)異常響動(dòng);現(xiàn)場(chǎng)勘驗(yàn)未發(fā)現(xiàn)有可疑盛裝容器及助燃物。因此，排除放火因素。(5)排除雷擊引起火災(zāi)因素。經(jīng)調(diào)查，2008年5月5日，當(dāng)?shù)貧庀蠓?wù)中心對(duì)該化工公司進(jìn)行了防雷設(shè)施安全檢測(cè)，所有檢測(cè)項(xiàng)目均符合要求。在火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)起火點(diǎn)變換裝置泄漏口處進(jìn)行多點(diǎn)剩磁檢測(cè)，剩磁數(shù)據(jù)均小于1.0mT。故排除雷擊引起火災(zāi)因素。(6)排除飛火引起電纜線(xiàn)著火的因素。在該廠(chǎng)區(qū)西北角有一煙囪，距離變換區(qū)間435m。按照煙囪火星的飛行距離公式S=1.9h+4V－26來(lái)計(jì)算，取V為火災(zāi)當(dāng)時(shí)最大的瞬時(shí)風(fēng)力8級(jí)20.1m·s－1計(jì)算，則煙囪的高度要達(dá)到 200.3m，顯然與廠(chǎng)區(qū)煙囪的現(xiàn)實(shí)高度120m不符。因此，排除飛火引起電纜線(xiàn)著火的因素。排除以上因素，結(jié)合火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)勘驗(yàn)和調(diào)查訪(fǎng)問(wèn)，確定發(fā)生泄漏事故的管線(xiàn)未做保溫處理，長(zhǎng)期暴露在空氣中，受周?chē)h(huán)境的影響和管道氣體的腐蝕，加之火災(zāi)當(dāng)晚下雨，環(huán)境溫度降低，可能引發(fā)管道的低溫脆裂。管道內(nèi)高流量的氣體在高壓力作用下噴射而出，與空氣形成的混合氣體在靜電或摩擦熱的作用下，形成有焰燃燒，引燃電纜橋架上的電纜線(xiàn)，導(dǎo)致火勢(shì)蔓延擴(kuò)大。

3 纜線(xiàn)火蔓延速率估算

3.1 火災(zāi)發(fā)生過(guò)程

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)勘驗(yàn)以及火災(zāi)發(fā)生、發(fā)展時(shí)間可以得到以下時(shí)間點(diǎn):水煤氣從泄漏口泄漏到引燃的時(shí)間t1=5min;火焰從泄漏口發(fā)生燃燒到引燃高位電纜橋架電纜的時(shí)間t2=3min;電纜被點(diǎn)燃到消防隊(duì)到來(lái)，開(kāi)始滅火的時(shí)間t3=22min。

3.2 估算火蔓延的速率

3.2.1 簡(jiǎn)化計(jì)算模型

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)火災(zāi)調(diào)查情況，位于電纜橋架中的電纜為單層鋪設(shè)，電纜與電纜之間連接緊密，所以電纜的燃燒極似一個(gè)固體可燃物的燃燒過(guò)程，且為在平面上的燃燒，參閱相關(guān)文獻(xiàn)，對(duì)于電纜燃燒還沒(méi)有具體的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，所以為了計(jì)算簡(jiǎn)便，特將燃燒過(guò)程簡(jiǎn)化為一個(gè)平面的燃燒過(guò)程，并參考薄片可燃物的燃燒火蔓延速率的測(cè)算方法，將實(shí)際工程中的各種物理量帶入公式，對(duì)之前的公式進(jìn)行擬合，得到電纜燃燒的火焰斷面的火蔓延速率的參考值，根據(jù)這個(gè)參考值計(jì)算電纜橋架中電纜燃燒的時(shí)間。

3.2.2 計(jì)算過(guò)程

當(dāng)泄漏口產(chǎn)生的火到達(dá)電纜橋架，火焰產(chǎn)生的熱輻射使電纜橋架的電纜著火燃燒，燃燒的電纜通過(guò)熱傳導(dǎo)以及強(qiáng)烈的熱輻射使周?chē)碾娎|著火燃燒。為簡(jiǎn)化建立數(shù)學(xué)模型，將熱傳導(dǎo)造成的熱交換用對(duì)流換熱集中表示。由固體可燃物火蔓延時(shí)的能量平衡方程:其中，等式左邊是固體可燃物熱解時(shí)所吸收的熱量;φf(shuō)是可燃固體對(duì)外的散熱;φs是火焰反饋至可燃物表面的熱量。根據(jù)假設(shè)，(1)式可以變?yōu)?

式中，Ts表示固體燃燒火焰溫度，K;Tm表示固體燃燒表面溫度，K;T∞表示環(huán)境溫度，K。

由(2)式可以得到固體端面火蔓延速率v。根據(jù)燒毀電纜的型號(hào)、燒毀的數(shù)量，以及在燃燒過(guò)程中電纜的燃燒特性，給出以下特性參數(shù):ρs=1380kg·m－3，qs=1760.6kJ· mol－1，Ts=1073K，Tm=793K;并綜合考慮風(fēng)速對(duì)火焰端面蔓延速率的影響，可以得到在電纜橋架中的電纜起火過(guò)程中，火焰端面的蔓延速率約為:v=17.4mm·s－1。那么從中間向兩端蔓延燃燒總長(zhǎng)度為50m的電纜需要的時(shí)間為t=23.9min。

4 結(jié)論

根據(jù)以上計(jì)算的火蔓延速率及時(shí)間，可以看出從電纜開(kāi)始著火到消防隊(duì)到達(dá)的時(shí)間總共為23.9min，火災(zāi)調(diào)查的實(shí)際時(shí)間為22min，兩個(gè)時(shí)間很接近，由此可以推斷:(1)計(jì)算所得到的時(shí)間與實(shí)際的火災(zāi)調(diào)查時(shí)間很接近，說(shuō)明運(yùn)用理論的推導(dǎo)可以驗(yàn)證火災(zāi)發(fā)生的實(shí)際時(shí)間。(2)實(shí)際的火災(zāi)過(guò)程受多種條件的影響，過(guò)程很難準(zhǔn)確地描述，但是把實(shí)際的火災(zāi)進(jìn)行一些簡(jiǎn)化，可以得到與真實(shí)情況較為接近的結(jié)果。

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