阴燃----潜在的火灾危险

　　为什么潮湿的香烟和蚊香不易点着？为什么烟头竟然能点着被褥呢？为什么稻草堆垛会发生自燃？为什么隐隐点着的草堆，风一吹会燃起大火呢？

　　其实，在这些看似微不足道的燃烧背后都有一个共同的现象，那就是阴燃。那到底什么是阴燃，阴燃又是怎样的一种现象呢?

　　在燃烧学中，在一定条件下发生的无可见光的缓慢燃烧现象称为阴燃。纸张、锯末、纤维织物、纤维素板、胶乳橡胶以及某些多孔热固性塑料等，都有可能发生阴燃。阴燃是固体物质特有的一种燃烧现象，最大的特点是没有火焰，因而具有隐蔽性，容易被忽视。但阴燃并不是纯粹的无焰燃烧，与无焰燃烧的区别是，可以热分解出可燃气体。在一定条件下，阴燃又可转化成有焰燃烧。所以，阴燃潜在的火灾危险性较大，稍有不慎，就可能导致大型火灾发生。

阴燃的条件和机理

　　阴燃，看似一种简单的燃烧现象，但却蕴含着不可忽视的能量。那发生阴燃到底应具备怎样的条件，阴燃又是怎样的一种燃烧现象呢？

　　一、阴燃的燃烧条件

　　1．发生阴燃的内部条件是，可燃物必须是受热分解后能产生刚性结构的多孔碳的固体物质，即物质结构不塌陷，如蚊香和香烟燃烧后的灰烬还保持原来形状。如果可燃物受热分解产生非刚性结构的碳，如受热分解后的产物呈流动焦油状，就不能发生阴燃。

　　2．发生阴燃的外部条件一般是，缺氧环境中有一个适合供热强度的热源。所谓适合的供热强度，是指能够引发阴燃的适合温度和适合的供热速率。

　　常见的能引起阴燃的热源有3 种：自燃热源。在一些稻草堆垛、粮食堆垛发生自燃时，由于内部环境缺氧，所以燃烧初期是阴燃；阴燃热源。阴燃本身可以成为引起其他物质阴燃的热源，比如烟头可以引起地毯被褥的阴燃；有焰燃烧熄火后的阴燃。

　　二、阴燃的燃烧机理

阴燃的燃烧过程与其他燃烧反应不同，它是一种只在气固相界面处，不产生火焰的一种燃烧形式。　　

为研究阴燃的燃烧机理，中国科学技术大学火灾科学国家重点实验室邵占杰等人以聚氨酯泡沫材料为例，进行了阴燃实验。结果表明，材料的阴燃过程大致经历了3 个阶段：阴燃发生段，阴燃稳定段和阴燃转化段( 转为明火或者熄灭)。聚氨酯泡沫材料在空气自然对流条件下，向上的正向阴燃，即氧气流动方向与阴燃传播方向一致的阴燃，在传播末期转为有焰燃烧，且其稳定传播和转为明火时的温度分别是350℃和650℃左右，阴燃传播速度大约为0.067mm/s。燃烧区周围氧浓度的大小是决定阴燃及其传播过程的决定性因素。此外，可燃物阴燃产生的物质燃烧并不彻底，如产生的一氧化碳的含量明显高于明火燃烧时的产量。阴燃过程中，由于燃烧向外界传播的热量明显小于自身燃烧产生的热量，从而使得阴燃得以自维持向前传播。

　　对于阴燃的化学反应变化，中科大火灾研究学者彭磊等人建立了一维逆向受迫条件下的阴燃传播和向有焰火转化的模型。对材料阴燃的化学反应采用两步反应模型：一是有氧热解反应，通过放热来提供阴燃所需的能量；二是无氧热解反应，通过吸热来释放可燃气体。前者是吸热反应，释放可燃气体，后者是放热反应，提供阴燃所需的能量。灾研究学者周建军等人按阴燃材料的化学物理性质变化，分成以下四个区域：原始材料区域。该区域材料本身未发生任何变化，温度等于初始温度；受到加热的材料区域。材料温度升高，但是温度并没有改变材料化学性质，材料的成分、密度、空隙度未发生改变；材料热解与化学反应区域。材料的内部温度大于材料的热解温度，区域内材料开始热解并与氧气发生反应，释放热量；残留层/ 炭层区域。材料已热解完全，该区域内材料不与氧发生反应。

　　目前为止，关于阴燃的机理，不同的学者从不同的角度进行了研究，得出了不同的结论。

阴燃的传播特点及影响因素

　　为研究阴燃的传播特点和各种因素对其燃烧的影响，中国火灾科学首席科学家范维澄等人以纸为材料，进行了阴燃实验。实验表明，阴燃燃烧与有焰燃烧相比具有如下特点：

　　1、在加热强度比较小的情况下，也可能发生阴燃；2、氧化反应的速度很小，相应的最高温度及传播速度都很低；3、反应区的厚度比有焰燃烧的大；4、阴燃可以在比较低的氧气浓度环境中传播；5、单位质量的物质在阴燃状态下，能产生较多的烟尘、有毒性气体及可燃性气体；6、短时间的大流速气流很难将阴燃吹灭；7、当散热条件较差，热量比较容易积累时，对阴燃的发生和传播反而较为有利；8、当阴燃燃烧区随着明燃的传播不断扩大时，就可能转变为有焰燃烧。

  　如此看来，阴燃是一种不安分的燃烧现象，即使微小的变化，都可能引起不同的燃烧现象。那究竟哪些因素的影响会引起阴燃的变化呢？

　　1、固体材料的性质和尺寸。

　　粉尘层尺寸对阴燃的影响可从厚度和粒径两个方面说明。在一定范围内，对于细小粒径的粉尘层，随着厚度减小，阴燃的传播速度增加，但厚度减小到一定程度后，阴燃的传播速度反而减小，而且保持维持粉尘层阴燃的厚度下限。这种影响可解释为：厚度较大，空气较难进入阴燃区；反之，则热量损失太大。

　　一定厚度的粉尘层，随着粒径的减小，阴燃的传播速度缓慢增加。尽管粒径减小，空气进入阴燃区的难度增大，但由于减少了热量损失，因而传播速度仍有增加。另外，粉尘层堆积密度减小，阴燃的传播速度也会增加。（见图表1）

　　实验表明，像棉花这种质地松软、细微、杂质少的材料，这是由于保温性能和隔热性能都比较好，热量不容易散失，因而阴燃性能好。

　　2、风流速度。

　　中国计量学院消防安全工程学院学者王信群等以麦麸纤维及粉尘为试样，在圆筒形实验装置中进行了顺风阴燃传播实验。根据麦麸纤维与粉尘含量的不同，共进行了3种试样的实验。实验表明，总体上阴燃传播速度与风速成正比。当风速较低时，阴燃传播速度较低，随着风速的增大而缓慢上升；当风速较高时，阴燃传播速度上升较快。风速对阴燃传播速度的影响主要体现在供氧量。在低风速条件下，供氧量较少，尽管阴燃可以持续，但速度较低，随着风速的加大，供氧量及向未燃区的传热量增加，使得反应加速。（见图表2）

　　3、阴燃的传播方向

　　实验发现，对于向上传播的阴燃，燃烧或热解产物受浮力作用会流向材料未燃部分，对其起到预热作用，而且这种情况下，氧进入热解与化学反应区域的阻碍作用较小；反之，向下传播的阴燃就不存在这种“预热”作用，而且氧气进入难度较大；水平传播的阴燃情况居中。所以，以此可知，相同的固体材料在相同的环境条件下，向上传播的阴燃速度最快，水平传播的阴燃次之，向下传播的阴燃速度最慢。

　　除了上述影响因素外，固体材料的阴燃特性还受到材料中杂质的影响。另外，湿度对阴燃不利，这是因为湿度使材料的未燃部分热容增大，使热分解对热量的需求增加，限制了阴燃传播。例如，潮湿的香烟或蚊香总是较难点着。

阴燃如何转变为明火燃烧

　　阴燃虽然没有火焰，但在一定条件下，可转变为明火燃烧。点着的蚊香并不令人担心，我们所需担心的是蚊香点燃其他物质，从而引起有焰燃烧。那阴燃在怎样的情况下会转变为明火燃烧呢?

　　1、阴燃从材料堆垛内部传播到外部时转变为有焰燃烧。

　　堆垛发生自燃时，由于内部是缺氧环境，所以燃烧初期是阴燃。当阴燃逐渐传播到燃烧物质外部时，由于氧气供给充足，就会变为明火燃烧。

　　2、加热温度增高，阴燃转变为有焰燃烧。

　　实验表明，杉木、聚氯乙烯泡沫、聚氨酯泡沫在低温时，只能发生阴燃，当加热温度增高到一定程度后，很快会发生有焰燃烧。

　　3、密闭空间内材料的阴燃转变为有焰燃烧。

　　在密闭空间内进行的阴燃，当打开门窗时，空气突然进入，受氧气的增加和风速的影响，阴燃会转变为有焰燃烧。

　　风速会影响阴燃向有焰燃烧的转变。关于风速对阴燃向有焰燃烧转变的影响，东京消防厅进行过试验研究。实验表明，持续无焰燃烧的棉被，在风速0 ～ 1.4m/s 的境下，不会发展为有焰燃烧；在风速1.4 ～ 1.6m/s 下发展为有焰燃烧。因此，可以确定棉被在持续无焰燃烧后，造成火焰的界限风速是1.4 ～ 1.6m/s。

　　中科大火灾科学国家重点实验室路长等人以聚亚氨酯材料为例，通过实验研究了阴燃向有焰燃烧转化的机制。在富氧条件下 , 阴燃向有焰燃烧转化还需具备两个条件：一是有足够高的温度，要求高于约400℃；二是有足够高的热解可燃气浓度。在阴燃达到热平衡稳定状态对应的最高温度——峰值温度时 (> 400 ℃ ) ，第一个条件是自动满足的。当温度高于约 350℃且在氧气充足的情况下，聚亚氨酯材料发生更快速的有氧热解反应，此时释放的热解可燃气满足第二个条件。因此，沿着阴燃方向加风 , 或者在自然对流条件下增大氧的扩散量, 都可以导致向有焰燃烧的转化。对于逆向阴燃 , 风速增加也导致向有焰燃烧的转化，规律同正向阴燃一致。

阴燃火灾的预防和扑救的注意事项

　　一、烟头蚊香阴燃火灾的预防

　　1、严禁躺在床上或沙发上吸烟。一些人酒后或过度疲劳的情况下喜欢躺在床上或沙发上吸烟，一根烟的燃烧时间大约在10 分钟左右，烟头掉在被褥、蚊帐、衣服、沙发或地毯等可燃物上会引起阴燃，产生的一氧化碳等有毒可燃气体，可能引起火灾。

　　2、严禁随手乱丢烟头、火柴梗和乱磕烟灰。随手将点燃的香烟放在写字台、文件资料旁边等，或丢进纸篓里，丢在柴草堆，人离开时烟火未熄，烟头可能引燃可燃物并蔓延引起火灾。

　　3、严禁在维修汽车和清洗机件时吸烟。维修和清洗作业大多用到溶剂和油脂，如果吸烟，则很容易起火灾。

　　4、点燃的蚊香一定要放在金属支架上，并且把支架放在不燃的瓷盘、金属盘内，并且与可燃物保持一定的距离；室内有易燃液体或可燃气体时，不能点蚊香；防止蚊香火星被风扇吹散，落在可燃物上。饲养棚内点蚊香时，一定要离饲料等可燃物保持一定距离。

　　二、堆垛阴燃的预防措施

　　根据相关消防安全管理规定，堆垛阴燃火灾的预防措施有以下几点：

　　1、严格控制水分。码垛时，稻草、麦秸、芦苇含水量不应超过20%，甘蔗渣含水量不应超过50%，并作好记录。

　　2、稻草、麦秸、芦苇等易燃材料堆场每个总储量不得超过2 万吨，堆场与堆场之间的防火间距应当不小于40 米。垛顶披檐到结顶应当有滚水坡度。堆垛储量、规格及间距应当符合规定。

　　3、稻草、麦秸、甘蔗渣等的原料，堆垛时需留有通风口或散热洞、散热沟，并要设有防止通风口、散热洞塌陷的措施。发现堆垛出现凹陷变形或有异味时，应当立即拆垛检查，并清除霉烂变质的原料。

　　4、原料码垛后，要定时测温。当温度上升到40 摄氏度至50 摄氏度时，要采取预防措施，并做好测温记录；当温度达到60 摄氏度至70 摄氏度时，必须拆垛散热，并做好灭火准备。

　　5、在扑救棉麻草等堆垛火灾时，用水扑灭表面上火焰之后，必须将堆垛散开，进一步扑灭内部处于阴燃状态的可燃物，必要时还应观察一段时间，以防复燃。

　　6、利用消除阴燃火灾的新型灭火器。德国某集团近日推出了一款新型灭火器，该产品通过一个特殊设计的喷嘴注入液态二氧化碳。由于二氧化碳密度比空气大，一旦注入就会沉在最下方，而火在下方持续燃烧，剩余空气被消耗，就产生了一个向下的真空层。由于二氧化碳不可燃，所以也无法引燃物质，这样就抑制了火势的蔓延。这种方法可以实现远距离操作，可降低阴燃火灾给消防员带来的危险，又能保护货物不受火灾损害。

链接：阴燃引起的火灾事故

　　2001 年6 月5 日零时15 分左右，位于江西省广播电视局生活区内的江西省广播电视艺术幼儿园一间寝室因蚊香引燃被絮发生火灾，造成13 名幼儿死亡，其中大部分为窒息死亡。

　　2004 年2 月15 日11 时20 分左右，吉林省吉林市中百商厦由于烟头掉在地上引燃可燃物造成特大火灾，导致54 人死亡，70 人受伤，直接经济损失426 万元。

　　2004 年7 月28 日，浙江省平阳县水头镇温州辉煌皮革有限公司厂区因砂边机作业时，所产生的火花使皮带粉尘阴燃起火，造成18 人死亡，12 人受伤。

　　2006 年4 月3 日凌晨约4 点，上海市外高桥保税区的一间棉花仓库阴燃起火，约1000 平方米内的500吨棉花发生燃烧。

　　2007 年10 月26 日凌晨3 点左右，乌鲁木齐市一间甘草粉仓库阴燃起火，库存的150 吨甘草货物全部被烧毁，消防人员历时14 小时用了100 吨水才将阴燃的干草粉火灾扑灭。

　　2008 年6 月26 日5 时28 分，南昌八一大桥桥面下的通信光缆发生阴燃事故，导致该市红谷滩新区通信基本瘫痪。

　　2009 年2 月24 日22 时23 分，广西玉林市兴业县石南镇的微粒板厂晒场因管理人员在巡视晒场过程中吸烟，遗留火种，致使晒场内粗纸发生阴燃，随后引发火灾事故，过火面积达1500 平方米。