三、燃燒和爆炸分析
1.燃燒分析
損壞分布可以提供火源區(qū)域的有力證據(jù)。木器燃燒持續(xù)的時(shí)間最長(zhǎng),炭化的程度也最深。假如火焰是連帶燃燒的經(jīng)典擴(kuò)散型的,經(jīng)驗(yàn)指出,木材炭化2.5cm需要40min的時(shí)間。如果從救火者那里了解到滅火的時(shí)間,就可以從炭化深度測(cè)定確定火源區(qū)域。對(duì)于氣體或蒸氣迅速釋放的火炬火焰的情形,木器的炭化速率要更快一些。
火災(zāi)后容器的狀況可以提供燃燒時(shí)間長(zhǎng)短的有價(jià)值的證據(jù)。任何容器暴露在火焰中,所裝載的液體都可以防止容器內(nèi)油漆涂層的損壞,液面之上的容器壁涂層則會(huì)爆皮。如果容器內(nèi)原來的液面是已知的,火災(zāi)后的液面結(jié)合容器的上述特征可以檢查出來,從而不難確定液體的蒸發(fā)量和蒸發(fā)熱。對(duì)于重災(zāi)非火炬燃燒的情形,如果容器是直立的并被火焰所包圍,容器壁潤濕面單位面積的最大傳熱速率確定為17W·cm-2。這樣,根據(jù)熱平衡就可以近似估算出燃燒的最小可能暴露時(shí)間。
化工廠的多數(shù)火災(zāi)火溫不超過1000℃。易燃液體和易燃固體的燃燒溫度相近。除去高擾動(dòng)火焰刷排逸出的射流氣體或蒸氣的燃燒外,很少遇到特別高的燃燒溫度。因?yàn)榧冦~的熔點(diǎn)是1080℃,雖然銅導(dǎo)線由于表面氧化會(huì)被損耗掉,一般純銅能夠承受燃燒的作用。銅合金,如黃銅和青銅,其熔點(diǎn)在800~1000℃之間,通常在火災(zāi)中會(huì)熔化,火災(zāi)后會(huì)有銅合金液滴不引人注目地粘附在其他金屬表面上。如果在導(dǎo)體上發(fā)現(xiàn)純銅液滴,這表明在火災(zāi)中有電流通過,強(qiáng)化了燃燒的熱量。只是火焰單獨(dú)作用,即使是局部溫度超過了純銅的熔點(diǎn),純銅通常會(huì)被損耗掉而不會(huì)產(chǎn)生液滴。純銅液滴以及純銅導(dǎo)體由于在電弧焰中蒸發(fā)而產(chǎn)生的凹痕,這些證據(jù)與火災(zāi)或爆炸的原始火源之間不一定有密切聯(lián)系。但是如果有電纜通過,電流在燃燒的早期由于電纜熔斷而被切斷,這時(shí),純銅液滴和純銅導(dǎo)體上的電弧焰凹痕,則成為火源區(qū)的有力證據(jù)。
鐵和鋼的熔點(diǎn)在1300~1500℃之間,在火災(zāi)中一般不會(huì)熔化。但結(jié)構(gòu)鋼制件在550~600℃之間,強(qiáng)度會(huì)嚴(yán)重惡化,產(chǎn)生驚人的扭曲變形。結(jié)構(gòu)鋼制件扭曲變形現(xiàn)象在火災(zāi)中隨處可見,在火災(zāi)調(diào)查中意義不大。
2.爆炸分析
(1)爆炸作用表現(xiàn)模式
多種因素影響著內(nèi)壓增加容器破裂的方式。除去與靜負(fù)荷有關(guān)的強(qiáng)度因素外,容器壁的狀況甚至比內(nèi)壓增加速率起更重要的作用。在靜負(fù)荷超量的極限情形,壓力下凝聚相的爆轟會(huì)產(chǎn)生脆性破裂。對(duì)于氣體爆燃比較緩慢的情形,斷裂的方式則是純粹彈性的,與物理過壓產(chǎn)生靜負(fù)荷的破裂方式類似。然而,在爆燃斷裂瞬間之后,壓力仍繼續(xù)上升,所以爆燃往往比靜負(fù)荷的情形產(chǎn)生更多的碎片。容器內(nèi)緩慢的加壓過程,最初會(huì)產(chǎn)生經(jīng)典的彈性斷裂,繼而會(huì)裂口,最后會(huì)加速至脆性斷裂。所以,找到初始斷裂點(diǎn)是重要的。對(duì)于脆性破裂的情形,容器斷片的斷口標(biāo)記會(huì)指回到初始點(diǎn)。對(duì)于絕大多數(shù)彈性破裂的情形,初始點(diǎn)通常都是在容器最薄的地方附近。
(2)物理過壓
容器,如鍋爐或被火焰包圍的其他密封容器,由于物理過壓而破裂是常見的事情。過壓中的壓力指的是氣壓,或者是液壓。液壓過壓產(chǎn)生的發(fā)射物比氣壓過壓產(chǎn)生的發(fā)射物要少。對(duì)于物理過壓,破裂的起始點(diǎn)往往在容器潛在的薄弱點(diǎn)處。
(3)單一容積系統(tǒng)氣相爆炸
如果易燃?xì)怏w混合物在一個(gè)加工容器中,如一個(gè)罐或室中燃燒,燃燒過程會(huì)使壓力不斷升高,最后會(huì)引起器壁爆裂。對(duì)于單一的容器,火焰擴(kuò)散通常是亞聲速的,爆炸應(yīng)力總是均勻分布的,而破裂模式則與物理過壓產(chǎn)生的破裂模式類似。容器會(huì)在其薄弱點(diǎn)破裂,這可能是由于容器中某處的砂眼或初始點(diǎn)火源的識(shí)別比氣相起火要容易得多。一般來說,固體物質(zhì)起火,需要點(diǎn)火源持續(xù)一些時(shí)間,而能夠點(diǎn)燃?xì)怏w混合物的靜電釋放只有幾分之一秒。電動(dòng)機(jī)或電纜的電力故障、隔板上的易燃液體玷污液以及人員的活動(dòng),是化工廠火災(zāi)的普通原因。雖然已經(jīng)證明,除非高于空氣的氧濃度,燃著的香煙一般不能點(diǎn)燃汽油蒸氣,但是如果把未熄火的香煙頭丟在能夠陰燃的墊托上,卻能引發(fā)燃燒。隨著陰燃過程的加速,稍后物質(zhì)就會(huì)進(jìn)發(fā)出火焰。焊接和切割的火花,其引火能力超過了人們的想像,如果這些火花被懷疑是火災(zāi)或爆炸的起因,應(yīng)該考慮模擬實(shí)驗(yàn),而且不應(yīng)該忽略高濃度氧的可能作用。
初始火源的確定常被認(rèn)為是所有調(diào)查的最終目的。對(duì)于火災(zāi)的情形,很可能是這樣的。但對(duì)于偶發(fā)的氣相爆炸事故,無法確認(rèn)點(diǎn)火源占很大比例??諝馔蝗贿M(jìn)入蒸餾裝置常引發(fā)爆炸,這表明雜質(zhì)或金屬表面長(zhǎng)期對(duì)烴類物質(zhì)暴露而處于還原態(tài),一旦對(duì)大氣中的氧暴露就會(huì)形成局部熱點(diǎn),易于起火,則進(jìn)一步說明這種現(xiàn)象。