冷庫火災常見起火原因分析

陳龍玉

摘要：目前，大跨度大空間冷庫建筑在我國得到了廣泛應用。由于冷庫具有保質時間長、儲藏體量大等特點，越來越受到人們的青睞。然而，隨著近年來冷庫火災次數(shù)的增多，巨大的經(jīng)濟損失也逐漸引起了我國各級政府的關注。因此，結合冷庫火災的重點致災因素，從分析冷庫引火源和可燃物等常見起火原因著手，對導致冷庫火災的原因進行逐一研判，并以此為依據(jù)為消防部門處置和預防此類災害事故的發(fā)生提供強有力的理論依據(jù)。

關鍵詞：氨冷庫；火災；起火原因

1 冷庫建筑引火源分析

據(jù)中國制冷學會相關數(shù)據(jù)統(tǒng)計顯示，在2010—2015年間冷庫建筑起火原因較為明確的54起冷庫火災事故中，因電焊、切割作業(yè)等造成的冷庫火災占65%；電氣線路短路造成的冷庫火災占29%；違規(guī)使用明火造成的冷庫火災占6%。下面對冷庫火災事故中常見的引火源進行逐一分析[1]：

1.1? 焊接、切割火源導致冷庫火災

在冷庫建設、改造、拆除過程中伴隨著電氣焊、切割作業(yè)是冷庫火災中最常見的起火原因之一。2008年1月7日，韓國某冷凍倉庫工人對排管設備進行焊接作業(yè)，飛濺的焊渣引燃汽油蒸氣發(fā)生爆炸，最終造成40人死亡，17人受傷。

目前，在冷庫改造過程中最廣泛使用的焊接和切割操作仍然屬于電弧焊割。研究表明，在作業(yè)過程中電弧溫度可達到3000～6000℃，作業(yè)產(chǎn)生的熔渣溫度可高達2000℃。其中，飛濺火花、熔融金屬和熔渣一旦接觸到冷庫建筑時很容易引燃建筑外保溫材料，從而引發(fā)火災事故。

冷庫中的保溫材料聚苯乙烯、聚氨酯泡沫等均屬于高分子材料，其材料基體表面通常較為厚實，且具有一定抗壓、抗沖擊特性，而材料基體內部的細小封閉式孔洞結構使其具有良好的隔熱保溫性能，一旦作業(yè)產(chǎn)生的電焊焊渣掉落至保溫板材料基體表面，因其普遍具有相對較高的溫度和沖量，容易快速陷入保溫板之中，因保溫板具有良好的蓄熱性，部分嵌入保溫板中的焊渣在一定時間內仍能對內部保溫板材料進行熱分解，在高溫作用下使基體表面產(chǎn)生可燃氣體，與空氣混合后導致保溫板的長時間持續(xù)燃燒 [2]。

1.2? 電氣線路故障導致冷庫火災

冷庫發(fā)生電氣火災大部分是由于線路安裝時埋下了不同程度的火災隱患。冷庫在線路安裝時，應按照GB50016—2014《建筑設計防火規(guī)范》、GB50072—2010《冷庫設計規(guī)范》等相關安全規(guī)范要求操作。違規(guī)安裝，一旦發(fā)生電氣故障，很容易引發(fā)電氣火災。冷庫中的電氣線路故障多為電線短路和過載。

1.2.1? 短路導致冷庫火災

短路是目前已知導致冷庫電氣火災的罪魁禍首之一。2005年8月，安徽省馬鞍山市某乳業(yè)公司因冷庫照明電氣線路短路引燃保溫材料造成3名消防員犧牲。2013年6月，吉林某禽業(yè)有限公司因配電室的上部電氣線路短路，引燃周圍可燃物導致特別重大火災爆炸事故。通常情況下，短路是指電氣線路或設備中不同電位的導電體直接金屬性連接或者通過小阻抗連接引發(fā)電路中電能荷載過高的現(xiàn)象。大多數(shù)情況下，短路故障會造成電線回路中電流激增，并產(chǎn)生高溫或電弧，甚至易引燃線路絕緣層或附近可燃物最終造成火災事故的發(fā)生[3]。冷庫中發(fā)生的短路故障大多為供電線路設計、施工不規(guī)范，電線或設備不滿足低溫潮濕環(huán)境要求，年久失修導致電線絕緣能力喪失或線芯裸露引起的。主要包括：線路未按要求穿管敷設、未采取可靠的防火措施；線路未按要求設置電流保護裝置；線路本身老化；冷間內動力、照明、控制線路未選用適用冷間溫度要求的耐低溫銅芯電力電纜；冷間內的動力及照明配電、控制設備布置在低溫潮濕的穿堂內時，照明燈、照明控制開關、電纜管及配電箱未采用防潮密封型等原因。

1.2.2? 線路過載導致冷庫火災

線路過載是指通過電氣線路的電流超過其安全載流量。過載會使線路產(chǎn)生高溫，通常同一電路中電流過載越大，溫度越高。而線路通電發(fā)熱時會使絕緣材料發(fā)生化學反應以致線路整體性老化受損。

當線路中過載量小或過載時間短時，線路雖然仍能運行但會加速絕緣老化。當線路嚴重過負荷時，會造成線路嚴重過熱并產(chǎn)生異常高溫，導致建筑物外部絕緣材料燃燒或引燃周圍可燃物起火。線路過載不僅能直接引發(fā)火災，而且還會損壞線路的絕緣材料并造成線路短路、接觸不良、漏電等消防隱患的發(fā)生。近年來，冷庫因線路過載發(fā)生火災的案例也屢見不鮮，2014年11月，山東壽光市某食品公司因制冷系統(tǒng)供電線路敷設不規(guī)范、系統(tǒng)超負荷運轉、線路老化致使冷風機供電線路接頭處過熱短路，引燃墻面聚氨酯泡沫保溫材料引發(fā)重大火災事故。冷庫中導線過載的原因如下：冷庫設備系統(tǒng)運行負荷過大，一般發(fā)生在壓縮機和冷風機位置，例如：一些自動控制的小型氨冷庫因夏天氣溫過高、儲存物品較多或庫門反復開啟使得庫內溫度總是超過設定溫度，造成制冷壓縮機頻繁啟動，導致電動機或線路過載；冷庫線路設計、安裝時導線截面選擇過??；電線套管的管徑過小，影響散熱；漏電引起線路過載；諧波電流引起相線特別是中性線過載。

1.3? 弱火源導致冷庫火災

弱火源是指在特定條件下才能引燃某些可燃物的火源，如煙頭、靜電火花等。弱火源只能點燃某些燃點相對較低的材料，而且點燃過程很大程度上受現(xiàn)場條件的影響，往往具有偶然性。

1.3.1? 亂扔煙頭導致冷庫火災

煙頭中心的溫度通常高達700～800℃，其表面溫度也能達到200～300℃。冷庫內儲存的紙、木屑、纖維紡織物等植物性材料、膠乳橡膠和一些膨脹型的熱固塑料等，受熱后可生成固態(tài)炭的多孔材料能夠被煙頭引燃并發(fā)生陰燃，這類物質受到煙頭表面的熱作用后短時間內會發(fā)生熱分解和炭化，且容易儲存熱量并維持陰燃，當熱量儲存達到可燃物的燃點時，就會發(fā)展成顯著的有焰燃燒。

冷庫庫房內的儲存物包裝紙雖然屬于可以發(fā)生陰燃的物質，但是由于冷庫內高濕低溫的環(huán)境導致可燃物不易被煙頭點燃，即使被點燃后達到一定火勢也是要較長的延遲時間。有關實驗結果顯示：當環(huán)境溫度一定，建筑內部相對濕度低于60％時，煙頭引燃紙屑可能產(chǎn)生明火；當環(huán)境相對濕度超過60％時，就很難產(chǎn)生明火。通過液氨制冷的有些冷庫內溫度及環(huán)境相對濕度較低，例如儲存干貨的冷藏庫，這類庫房內的儲存物包裝紙有可能被煙頭引燃[4]。

此外，冷庫一般選用聚氨酯板、聚苯板、擠塑板等，有關實驗結果顯示：擠塑板和聚苯板受熱會熔融滴落，通常情況下不會產(chǎn)生陰燃現(xiàn)象，因此不易被煙頭引燃，聚氨酯泡沫板可以被煙頭引燃并發(fā)生陰燃。因為聚氨酯的分解主要是解聚反應，其反應機理是斷裂發(fā)生在分子鏈的斷部或薄弱點，生成活性相對較低的自由基，隨后按連鎖反應機理由大分子分解出單體，當自由基達到一定濃度時短時間內即可迅速發(fā)展為大規(guī)模燃燒[5]。冷庫專用的聚氨酯板有聚氨酯鋁箔板，外表是兩層鋁箔，使用過程中冷庫的保溫材料很難直接接觸到煙頭，除非施工過程中，工人隨意丟棄的煙頭落在還未組裝好的保溫板中。

1.3.2? 靜電現(xiàn)象導致冷庫火災

靜電現(xiàn)象成為引火源必須滿足四個條件：一是周圍必須存在處于爆炸極限范圍內的混合性氣體或粉塵；二是存在靜電產(chǎn)生和積累的條件，包括自身的靜電起電能力和主、客觀的積累靜電的條件（如材料本身的絕緣特性、靜電起電速率、環(huán)境溫度、濕度等）；三是靜電的積蓄足以產(chǎn)生放電的電量；四是靜電放電能量必須達到被引燃物的最小點火能量。上述四個條件只有同時存在時，才有可能形成靜電火災。靜電作為一種火源在液氨制冷的冷庫建筑設備操作和生產(chǎn)工藝中是較為危險的。

液氨制冷的冷庫建筑中因使用液氨作為制冷劑，存在一定的火災危險性。液氨蒸發(fā)溫度是-33.5℃，遇熱、明火等難以點燃而危險性較低[6]，一旦泄漏在室外條件下馬上形成氣態(tài)氨氣。氨氣爆炸極限為15.7%～27.4%，因此，液氨發(fā)生泄漏時，會在泄漏口附近位置處發(fā)生閃蒸，形成氣液二相流，當達到爆炸極限范圍內時，氨氣與適量空氣形成爆炸性混合物，一旦此時泄漏口附近存在足夠大的靜電，很有可能發(fā)生爆炸。

2 可燃物的燃燒特性分析

冷庫建筑中存在的可燃物主要為建筑材料、儲存的貨物及外包裝材料，現(xiàn)有冷庫所采用的建筑材料中，冷庫保溫材料的燃燒危險性最高。

2.1? 保溫材料

目前冷庫廣泛使用的保溫材料有聚苯乙烯泡沫塑料（EPS）、擠塑聚苯乙烯泡沫塑料（XPS）及聚氨酯泡沫塑料（PU）。

2.1.1? 聚苯乙烯泡沫塑料（EPS）

可發(fā)性聚苯乙烯顆粒是在苯乙烯聚合時加入發(fā)泡劑（如戊烷或丁烷）形成的。聚苯乙烯泡沫板是由含揮發(fā)性液體發(fā)泡劑的可揮發(fā)性聚苯乙烯母粒在模具中通過熱預發(fā)工藝后固化成型制成的。EPS具有微細閉孔結構特點，屬于熱塑性材料，材料基體加熱后通常會產(chǎn)生熔融現(xiàn)象，熔滴會流動且不會產(chǎn)生陰燃現(xiàn)象。EPS在70～98℃開始熱變形，150℃時開始熔融，300℃時開始分解，其燃點是350℃，自燃點是490℃。EPS未經(jīng)阻燃處理時的氧指數(shù)是18，極易燃燒，經(jīng)過阻燃處理后的氧指數(shù)可達25以上。EPS的分子式為（C8H8）n，當有充足氧氣燃燒時，反應式為：（C8H8）n+10nO2→8nCO2+4nH2O。該材料在燃燒過程中會釋放大量的熱量，而冷庫四周的庫板發(fā)生燃燒時又具有良好的保溫性能，因此會造成高溫煙氣局部聚熱現(xiàn)象的出現(xiàn)，短時間內即可形成大面積整體性燃燒。當氧氣供應不足時材料基體表面會發(fā)生不完全燃燒，產(chǎn)生一氧化碳并分解出大量的炭煙，會導致被困人員窒息死亡。發(fā)泡劑因大多為烷烴，其燃燒產(chǎn)物與EPS相同[7]。

2.1.2? 擠塑聚苯乙烯泡沫塑料（XPS）

XPS保溫板是以聚苯乙烯樹脂為原料，與其他輔料、催化劑等加熱混合，采用擠塑的方法壓制成型的硬質泡沫塑料板。XPS也屬于熱塑性材料，其結構特點是表層致密且具有完美的閉孔蜂窩結構，其保溫性能比聚苯乙烯更好，同時還有極低的吸水性、抗壓性、抗老化性等優(yōu)點，目前是我國冷庫地坪保溫材料的首選材料之一。XPS保溫板主要成分是聚苯乙烯，因此受熱后會立刻出現(xiàn)熔融滴落且不會產(chǎn)生陰燃現(xiàn)象。XPS保溫板受熱現(xiàn)象：表面溫度升至80℃時，保溫材料開始熱解變形；溫度達到98～105℃時，開始熔融、滴落，伴有少量的煙，無明顯的火焰；隨著過火時間的延長，燃燒滴落物出現(xiàn)較為明顯的有焰燃燒現(xiàn)象，當溫度達到材料燃點時保溫板瞬間即可燃燒，溫度急劇上升并伴有明亮火焰和黑色濃煙。

2.1.3? 聚氨酯泡沫塑料（PU）

聚氨酯泡沫是一種有機高分子材料，多數(shù)情況下遇到高溫明火易發(fā)生燃燒。硬質聚氨酯泡沫的閃點約為310℃，其自燃點為412℃。在未經(jīng)阻燃處理的情況下，聚氨酯材料基體的氧指數(shù)僅為20左右，經(jīng)過阻燃處理后，其氧指數(shù)一般能達到24～30，一旦遠離高溫熱源材料，表面的明火會逐漸自動熄滅。硬質聚氨酯和阻燃交聯(lián)聚氨酯為熱固性、多孔性結構，導熱性通常較差，且熱穩(wěn)定性能不佳，遇到高溫熱源輻射時極易造成熱量積聚，燃燒時可以產(chǎn)生陰燃現(xiàn)象且多以炭化為主。聚氨酯即聚氨基甲酸酯，是分子結構中含—NHCOO—基團的高分子化合物，遇高溫明火后通常燃燒較為迅速，且伴隨有劇毒氰化氫氣體產(chǎn)生，這是致人死亡的主要原因。

聚氨酯用作冷庫保溫材料時，有聚氨酯現(xiàn)場噴涂和聚氨酯夾芯保溫板兩種形式。噴涂聚氨酯保溫材料一般是由多苯基多亞甲基多異氰酸酯和組合聚醚兩種原料按照固定配比制備而成。組合聚醚為多種組分混合物，含有發(fā)泡劑一氟二氯乙烷（CH3CCl2F），該材料在干燥空氣中的爆炸極限為5.6％～17.7％，常壓下被引燃需要不低于20J的能量。因此，在噴涂聚氨酯保溫材料時，明火作業(yè)、電線短路引起的火花、煙頭都有可能點燃一氟二氯乙烷與空氣組成的爆炸性混合氣體[8]。

2.2? 儲存的貨物及外包裝材料

2.2.1? 儲存的貨物

冷庫中儲存物一般為冷凍食品，大多以水產(chǎn)、肉類、蔬菜、水果為主，其火災危險性在正常溫度和濕度條件下，按照現(xiàn)行國家標準GB50016—2014《建筑設計防火規(guī)范》應劃為“丙類”，而冷庫庫房的工況是高濕低溫，因此火災危險性極小，一旦與火源接觸很難被點燃，即使點燃后，要達到一定的火勢也是需要較長的時間。由于冷庫內部發(fā)生火災通常在日常工作時間，明火通常會被工作人員及時發(fā)現(xiàn)并及時撲滅，火勢蔓延成災的危險性相對較低。

2.2.2? 貨物的外包裝材料

目前，儲存在冷庫中的貨物大多采用瓦楞紙箱包裝。瓦楞紙包裝箱主要是由紙板經(jīng)過裁剪、壓線、折合等工序制備而成，而紙板則由表紙、瓦楞紙、芯紙、里紙等組成，因此，瓦楞紙箱比較容易被點燃。相關實驗研究表明：常溫條件下，煙頭即可引燃瓦楞紙包裝箱，煙頭導致瓦楞紙包裝箱發(fā)煙的時間一般在25min內；煙頭引燃瓦楞紙包裝箱的時間通常在20～40min以內[9]。由于冷庫庫房內屬于高濕低溫環(huán)境，因此瓦楞紙被煙頭點燃的難度要相對大很多。

3 結語

液氨制冷的冷庫建筑火災起火原因主要歸納如下：①冷庫建設、改造、拆除過程中，工人在進行焊接、切割作業(yè)時，高溫焊渣或者飛濺火花引燃保溫材料起火；②穿過隔熱層的電線設置不當，線路過載、短路引燃電線絕緣皮和建筑外保溫材料起火；③噴涂聚氨酯保溫材料時，明火作業(yè)、電線短路引起的火花、煙頭點燃發(fā)泡劑一氟二氯乙烷與空氣組成的爆炸性混合氣體；④液氨泄漏，與空氣形成爆炸性混合氣體，一旦接觸高溫、明火或靜電便有可能發(fā)生爆炸事故；⑤冷間內貨品的外包裝紙箱被煙頭引燃。文章對液氨制冷的冷庫建筑發(fā)生火災的原因進行了逐一分析，以期為消防防火工作人員提供理論依據(jù)。

參考文獻：

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[9]楊屹茂.香煙引燃瓦楞紙包裝箱的實驗研究[J].武警學院學報，2013，29（6）：95-96.

Analysis on common fire causes of cold storage fires

Chen Longyu

（Hengyang Municipal Fire and Rescue Brigade， Hunan Hengyang 421000）

Abstract：Presently， large-span and large-space cold storage buildings has been widely used in our country. Because cold storage has the characteristics of long shelf life and large storage volume， it is more and more favored by people. However， with the increase in the number of fires in cold storage in recent years， huge economic losses have gradually attracted the attention of governments at all levels in our country. Therefore， combined with the key disaster-causing factors of cold storage fires， the paper starts from the analysis of common fire causes such as cold storage ignition sources and combustibles， and analyzes the causes of cold storage fires one by one. Based on this， it provides a strong theoretical basis for fire department to deal with and prevent the occurrence of such disasters.

Keywords：ammonia cold storage; fire; fire cause