关于去光阻清洗机起火原因调查及喷淋系统失效的分析
作者： 2015年10月
作者： 2015年10月
摘要：本文通过对涉案区域的去光阻清洗机的失火原因调查和分析，确定该火灾发生原因为设备管道连接部件松动，导致可燃液体喷溅在加热装置上，形成可燃蒸汽，因加热装置的温度超过液体的闪点，形成火灾。在对现场区域设置自动喷水灭火系统分析和功能测试中，我们对喷淋系统失效的原因作了具体分析和探究，以及初期火灾未能有效控制的原因分析，借以帮助在后期的消防管理中如何贯彻“四个能力”建设和消防维修保养中的所应关注的技术要点。
关键词：清洗机 火灾 自动喷淋 灭火失效 原因分析 四个能力
2015年01月03日11时44分许，位于某产业区的某光学有限公司（以下简称：该公司）的C栋厂房发生火灾。我们随同一家国内保险公估公司的工程人员对该火灾进行设备起火原因及消防喷淋时间较短原因进行调查和技术分析，我们进行现场取样，并封样带回进行检测。
调查当天，当地多云，气温为27～35℃，相对湿度为52.7%左右，东北风3～4级。根据该光学公司的事故记录和相关的调查笔录，我们对起火设备的情况作大致描述。
现场调查发现，涉案起火设备为TPK11150去光阻清洗机（以下简称：清洗机），已被搬移至该公司厂房外侧空地上（见附图2）。经询问该公司设备工程师，涉案起火清洗机先从起火C栋厂房车间内拆散搬出至仓库存放，后又从仓库搬移至空地。涉案起火清洗机烧毁严重，因为搬移需要将清洗机拆散，各个部件散落，已经完全不具备原有的清洗机形貌。
因涉案起火清洗机已拆散，故从委托人提供的起火清洗机外观照片调查起火情况（见附图2），涉案清洗机已完全过火；面向清洗机操作面板方向，右前侧清洗机框架保留完整，其上有残留的浅色塑料融化物；左侧框架则较右侧明显烧毁严重，其上未见有塑料残留物，左侧框架变形损毁较右侧框架严重，左侧框架下部可见黑色燃烧残留物质；清洗机前段框架尚能保留部分且直立，而中段框架则完全烧塌；从以上情况分析，涉案清洗机左侧烧毁较右侧更严重（见附图3），清洗机中段烧毁较前段更严重，涉案清洗机起火点应位于左侧中段部位。
涉案清洗机中段是去光阻溶解装置，其使用的溶解药液为“甲基-2-吡咯烷酮”,CAS编号：872-50-4；去光阻溶解装置分为两部分，其一为“去光阻1 TANK”（以下简称：药液箱1），其二为“去光阻2 TANK”（以下简称：药液箱2）；现场调查发现尚存留2只药液箱，经该公司设备工程师辨认，附图4中左侧为药液箱2，右侧为药液箱1；现场调查发现药液箱1、2均已过火，两只药液箱下部全部烧灼变色，上部熏黑；其中药液箱2内侧底部可见完整的塑料架定位块（见附图5），药液箱1内侧底部塑料架定位块则烧融（见附图6），可见药液箱1较药液箱2烧毁严重；药液箱1内部左侧尚可见浅色塑料融化物，右侧残留物则完全烧成灰烬，可见右侧烧毁较左侧更为严重（见附图7）；药液箱1右侧配有管道接口，结合加热系统工作原理，可判断出右侧为药液进出加热侧；从燃烧痕迹比对可以看出，药液箱1起火点在右侧加热侧。现场取药液箱1内部左侧塑料融化物及右侧燃烧灰烬，带回作为成份检测比对。
现场未见涉案清洗机的药液加热体部件，该公司反馈涉案清洗机加热体部件被消防人员带走了。
因涉案清洗机已经烧毁且拆散，无法对去光阻清洗装置进行调查，故现场对另外一台同类型其它型号的清洗机（以下简称B型清洗机）进行调查（见附图8）。由该公司设备工程师介绍，两台清洗机的去光阻溶解装置结构类似，可以作调查比对。调查发现B型清洗机去光阻溶解装置采用从下图的加热方式对药液进行加热的。
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溶解装置加热示意图
如上图所示，药液加热系统工作原理，从工作液体箱中抽出药液，通过管道连接到加热体，加热体加热药液，通过管道送回工作液体箱体中。现场调查发现，药液管道用胶带缠绕在支架上，并未采用专用部件进行固定（见附图9），部分药液管道直接悬挂在加热体接口上，缺乏有效的固定。加热体本体采用支架固定在设备本体上，现场测试用手可以旋转加热本体，加热体外表面有受高温变色的特征。侦测加热体加热温度的热电偶缠绕在加热本体上（见附图10），由于热电偶本身具有一定刚性和弹性，此热电偶与加热本体未有紧密贴合。
2.1.2、涉案消防系统调查
该公司的C栋厂房着火区域和消防设施进行调查（见附图11）,该区域内设置有火灾自动报警系统、室内消火栓系统、自动喷水灭火系统和防排烟系统，净化车间现场配置两具MT2型两公斤二氧化碳灭火器（见附图12），该车间外部走道配置有MFA3 3公斤ABC干粉灭火器。对消防控制中心进行调查，事故当日的FAS记录无存档。对消防泵房的喷淋泵组和消火栓泵组进行测试（见附图13），消火栓泵组和喷淋泵组手动启动正常，水泵供水功能正常，且消防系统配置了气压供水。由委托人提供的室内消防设计说明(图F-001)可知，B幢屋顶应设有20m3消防水箱，当事方消防主管也证实了有消防水箱；C幢该区域的报警阀组间设置在C幢二层区域，现场报警阀组因此次火灾现场管路未能恢复供水，现场报警阀组全部关闭且未能测试远程启动，调查发现报警阀悬挂常开标识牌与报警阀已经关闭的实际状态不一致（见附图14）。现场调查了消防供配电装置（见附图15），从该公司提供的配电图可知，现场7路电源均分别来自于两路不同的110KV变电站，满足消防供电二级负荷。
2.2、实验室检测
对取回的药液箱1内部左侧塑料融化物及右侧燃烧灰烬进行成分分析比对，检测结果如表1。
表1：药液箱1燃烧残留物成分分析结果
| 样品名称 | 检测结果 | |
| 元素 | 重量百分比 | |
| 样品1（右侧燃烧灰烬） | C K | 76.1 |
| O K | 17.54 | |
| Al K | 1.59 | |
| Si K | 0.74 | |
| Cl K | 0.83 | |
| K K | 0.61 | |
| Ca K | 1.02 | |
| Ti K | 0.43 | |
| Fe K | 1.14 | |
| 总量 | 100 | |
| 样品2（左侧融化物） | C K | 65.32 |
| O K | 29.71 | |
| Al K | 0.82 | |
| Si K | 0.2 | |
| S K | 0.14 | |
| Cl K | 0.14 | |
| Ca K | 0.1 | |
| Ti K | 0.32 | |
| Cr K | 0.21 | |
| Fe K | 2.16 | |
| Ni K | 0.25 | |
| Cu K | 0.62 | |
| 总量 | 100 | |
由上表可知，样品1、样品2元素组成相似，均含有C、O、Al、Si、Cl、Ca、Ti、Fe，其主要元素为C、O。
分析说明：
1、涉案清洗机起火原因分析
由“2.1.1、涉案起火设备调查”调查可知，面向清洗机操作面板方向，涉案清洗机左侧烧毁较右侧严重，清洗机中段烧毁较其它位置严重，涉案清洗机起火点应位于左侧中段部位。由委托人提供的设备资料及现场调查的B型清洗机可知，涉案清洗机左侧中段部位为清洗液加热体安装部位，所以涉案清洗机起火点为清洗液加热体部位。
从涉案设备资料及该公司工程师描述可知，涉案清洗机采用了可控制的加热系统，其药液工作温度通常设定为80±3℃，加热体启动加热，药液检测温度大于设定温度时加热体停止加热，其设计上药液工作温度可控；加热体本身外部缠绕热电偶，侦测加热体温度，一旦加热体温度超出设定上限温度，系统报警停止加热，其设计上加热体最高温度可控。涉案清洗机的工作药液为“甲基-2-吡咯烷酮”,CAS编号：872-50-4，其闪点为93℃。由以上分析可知，涉案清洗机药液加热系统其药液工作温度可控，其加热体加热温度上限可控，其药液闪点93℃高于工作温度80℃。
由于我单位鉴定人员未能取样涉案清洗机加热体，故无法对加热体样品做相关检测和分析鉴定。
由现场未受损的B型清洗机调查可知，其加热体外表面有受高温变色的特征，侦测温度的热电偶是缠绕在加热体上的，由于热电偶本身具有一定刚性和弹性，此热电偶与加热本体未有紧密贴合，若出现不能有效侦测加热体加热温度的情况，则加热体加热温度可能会超过设定上限温度。B型加热体上药液进出连接管道缺乏有效固定，且加热体本身不能有效固定，现场测试用手可以旋转加热体，易导致连接管道发生松动情况。若管道发生松动情况，则泄漏的药液会飞溅到加热体上，泄漏药液受加热体高温而产生汽化现象，逐渐在加热体周围形成高浓度蒸汽，高温的加热体点燃高浓度蒸汽发生闪燃，引燃泄漏药液发生火灾。
由以上分析可知，涉案XX去光阻清洗机起火点为加热体部位，现场调查未见涉案清洗机加热体，无法对其进行检测分析。根据现场调查情况分析，不排除加热体药液管道连接松动，导致药液泄露飞溅到加热体上而受高温产生汽化现象，逐渐在加热体周围形成高浓度蒸汽，高浓度蒸汽受加热体高温达到闪点发生闪燃，引燃泄漏药液发生火灾。
2、涉案消防系统分析
当事方提供的事故经过可知，XX年XX月03日11时44分左右，发现位于C厂车间内的（11）-（13）轴交（s）-(v)轴的自动去光阻清洗机起火，11时50分05秒时喷淋头启动，11点50分13秒时喷淋的水流减弱，11点50分30秒时喷淋的水流减弱为小注流水，11点50分39秒时喷淋的水流为可见滴水，11点51分30秒时喷淋的水滴不见，火势扩大，事故火灾未能得到有效控制。
2.1、消防灭火器配置及灭火应对措施分析
由“室内消防设计说明”第5条可知，消防设计要求配置MT5型五公斤二氧化碳灭火器，现场实际配置MT2型二氧化碳灭火器与消防设计要求不符。二氧化碳灭火器灭火时间长，而且对于深度火灾扑救效果差，当使用MT2型灭火器不能灭火时，未能及时使用该车间外部走道上的MFA3 ABC3公斤干粉灭火器进行扑救 ，尤其是火灾在蔓延阶段时，此时的火灾已经从初期液体火灾（B类火灾）演变成固体物质的火灾（A 类火灾）和液体火灾（B类）的混合型火灾。此时MT2型二氧化碳灭火器已经失去对火势抑制或灭火的能力，此时应使用ABC干粉灭火器扑灭初期火灾，由以上分析可知，当事人消防应急组织的处置能力不足，没有使用正确的扑救方法扑灭初期火灾。参见《建筑灭火器配置设计规范》GB50140-2005 第4.2条，灭火器的类型选择。
表2：灭火器的适用性
| 灭火器 类型 火灾 场所 |
水型 灭火器 |
干粉灭火器 | 泡沫灭火器 | 卤代烷 1211灭火器 |
二氧化碳 灭火器 |
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| 磷酸铵盐 干粉灭火器 |
碳酸氢钠 干粉灭火器 |
机械泡沫灭火器② | 抗溶泡沫灭火器③ | |||||
| A类场所 | 适用。 水能冷却并穿透固体燃烧物质而灭火，并可有效防止复燃 |
适用。 粉剂能附着在燃烧物的表面层，起到窒息火焰作用 |
不适用。 碳酸氢钠对固体可燃物无粘附作用，只能控火，不能灭火 |
适用。 具有冷却和覆盖燃烧物表面及与空气隔绝的作用 |
适用。 具有扑灭A类火灾的效能 |
不适用。 灭火器喷出的二氧化碳无液滴，全是气体，对A类火基本无效 |
||
| B类场所 | 不适用。① 水射流冲击油面，会激溅油火，致使火势蔓延，灭火困难 |
适用。 干粉灭火剂能快速窒息火焰，具有中断燃烧过程的链锁反应的化学活性 |
适用于扑救非极性溶剂和油品火灾，覆盖燃烧物表面，使其与空气隔绝 | 适用于扑救极性溶剂火灾 | 适用。 洁净气体灭火剂能快速窒息火焰，抑制燃烧链锁反应，而中止燃烧过程 |
适用。 二氧化碳靠气体堆积在燃烧物表面，稀释并隔绝空气 |
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由以上分析可知，1）涉案火灾现场配置的MT2型二氧化碳灭火器不符合“室内消防设计说明”第5.1条“本工程设计范围内每个洁净室内消火栓箱配置2具MT5型手提式二氧化碳灭火器”；2）涉案厂房火灾演变为A 类和B类混合型火灾时，使用MT2型二氧化碳灭火器已经失去对火势抑制或灭火的能力，当事人消防应急组织的处置能力不足，没有使用正确的扑救方法扑灭初期火灾。
2.2、消防灭火自动喷水系统分析
初期火灾发生，2015年01月03日11时50分13秒，喷淋头破裂开始喷淋，至11点50分39秒时喷淋头可见滴水，喷淋头喷水30秒左右就没有水，导致火灾进一步扩展，即自动喷淋系统功能失效，是造成本次火灾失控的重要因素。我们调查的消防设施配置，自动喷水系统（不在规范强制要求内）采用稳高压供水系统，即喷淋系统由消防水池通过喷淋泵加压供水，及B栋屋顶20立方米消防水箱以及全自动稳压增压系统联合供水，其喷淋系统配置示意图如下。
由以上消防灭火喷淋系统示意图可知，涉案消防系统在火灾发生时，即使喷淋给水泵不能正常启动供水，但B栋屋顶20m³的稳压水箱能够提供保护面积为160m2内喷淋头10分钟的初期灭火用水量，气压给水装置能够提供4个喷淋头10分钟的初期灭火用水量。由GB 50084-2001《自动喷水灭火系统设计规范》（2005年版）第10.3.1条规定“采用临时高压给水系统的自动喷水灭火系统，应设高位水箱，其储水量应符合现行有关国家标准的规定。消防水箱的供水，应满足最不利点处的喷淋头最低工作压力和喷水强度”，第10.3.2条规定“气压供水设备的有效水容积，应按系统最不利处4只喷头在最低工作压力下的10分钟的用水量确定”。
涉案厂房火灾发生时，消防喷淋系统从11时50分13秒喷淋头破裂开始喷淋至11点50分39秒时喷淋头可见滴水，实际上喷淋头只喷淋30秒左右就没有水，这说明报警阀组供水侧未能向喷淋系统管网有效供水，涉案喷淋系统的高位水箱供水失效、气压给水装置供水失效、喷淋消防泵供水失效，整个消防系统报警阀组供水全部失效。
由以上分析可知，涉案消防系统采用屋顶高位水箱、全自动稳压增压系统、喷淋水泵联合供水，火灾事故发生时3套供水系统均失效，不排除涉案消防喷淋系统报警阀组供水侧的供水阀门关闭致使无法向喷淋管网供水，导致喷淋系统失效、喷淋时间短的事故发生。
2.3、消防应急组织能力分析根据《室内消防设计说明》图号F-001，厂房C中属于生产危险等级为丁类之厂房，设有室内消火栓用水量为10l/s，室外消火栓用水量为20l/s，厂区内环网供水，室内消火栓采用临时高压给水系统，即由消防水池（550m3）通过消火栓水泵加压供水以及B栋屋顶20立方米消防水箱联合供水。在火灾发展中，现场设置的室内消火栓系统一直未使用，如果在喷淋系统失效的半个小时中，即11:51～12:20消防队到达之前，有效使用室内消火栓系统予以施救和隔离，火灾能有所控制，反映了应急小组应变不力，且日常演练不足。
通过对消控室值班人员的询问笔录可知，该值班人员在火警信息确认后，将火灾报警控制器从手动状态转换到自动状态后认为系统会自动联动，未对联动的消防设施动作进行确认。如果没有参与联动的消防设施，应在消防控制中心强制启动，或者通知消防泵操作人员和报警阀操作人员现场检查相关设施设备。
由以上分析可知，该公司的消防应急组织之施救能力日常演练不到位，具体人员职责不明晰，分工不明确，消防值班人员对该建筑物消防设施认知存在不足。
2.4 、消防建筑设计防火分析由《室内消防设计说明》图号F-001可知，厂房C设计定义为生产危险等级为丁类之厂房，而按照GB 50016-2006《建筑设计防火规范》表3.1.1生产的火灾危险性分类中“使用或产生下列物质的生产：丙—闪点大于等于60℃的液体”划分，起火设备TPK11150去光阻清洗机生产的火灾危险性属于丙类。涉案厂房对于生产危险等级为丙类的自动去光阻清洗机生产区域未能和消防设计生产危险等级为丁类的区域有效分隔或采取有效防火措施，是本次火灾受损面积较大的因素之一。参见GB 50016-2006《建筑设计防火规范》第3.1.2 条规定：“同一座厂房或厂房的任一防火分区内有不同火灾危险性生产时，该厂房或防火分区内的生产火灾危险性分类应按火灾危险性较大的部分确定。当符合下述条件之一时，可按火灾危险性较小的部分确定；1 火灾危险性较大的生产部分占本层或本防火分区面积的比例小于5%或丁、戊类厂房内的油漆工段小于10%，且发生火灾事故时不足以蔓延到其它部位或火灾危险性较大的生产部分采取了有效的防火措施”。
由以上分析可知，涉案厂房C设计定义为生产危险等级为丁类，而涉案起火设备生产的火灾危险性属于丙类，其未按GB 50016-2006《建筑设计防火规范》要求对丙类区域采取“不足以蔓延到其它部位或火灾危险性较大的生产部分”的有效防火措施。
综上所述：
1）涉案XX去光阻清洗机起火点为加热体部位，现场调查未见涉案清洗机加热体，无法对其进行检测分析。根据现场调查情况分析，不排除加热体药液管道连接松动，导致药液泄露飞溅到加热体上而受高温产生汽化现象，逐渐在加热体周围形成高浓度蒸汽，高浓度蒸汽受加热体高温达到闪点发生闪燃，引燃泄漏药液发生火灾。
2）涉案消防系统采用B栋屋顶高位水箱、全自动稳压增压系统、喷淋水泵联合供水，火灾事故发生时3套供水系统均失效，不排除涉案消防喷淋系统报警阀组供水侧的供水阀门关闭致使无法向喷淋管网供水，导致喷淋系统失效、喷淋时间短的事故发生。
3）涉案火灾现场配置的MT2型2公斤二氧化碳灭火器不符合“室内消防设计说明”第5.1条“本工程设计范围内每个洁净室内消火栓箱配置2具MT5型手提式二氧化碳灭火器”；涉案厂房火灾演变为A 类和B类混合型火灾时，使用MT2型二氧化碳灭火器已经失去对火势抑制或灭火的能力，当事人消防应急组织的处置能力不足，没有使用正确的扑救方法扑灭初期火灾。
4）该公司的消防应急组织之施救能力日常演练不到位，具体人员职责不明晰，分工不明确，消防值班人员对该建筑物消防设施认知存在不足。
5）涉案厂房C设计定义为生产危险等级为丁类，而涉案起火设备生产的火灾危险性属于丙类，其未按GB50016-2006《建筑设计防火规范》要求对丙类区域采取“不足以蔓延到其它部位或火灾危险性较大的生产部分”的有效防火措施。
参考文献：
1.1、《建筑灭火器配置设计规范》GB50140-2005
1.2、GB50016-2006《建筑设计防火规范》
1.3、《自动喷水灭火系统设计规范》（2005年版）GB 50084-2001
1.4、GB/T 16840.1-2008《电气火灾痕迹物证技术鉴定方法 第1部分：宏观法》
1.5、GB 16840.4-1997《电气火灾原因技术鉴定方法 第4部分：金相法》
1.6、GB/T 17359-2012《微束分析 能谱法定量分析》
附件：鉴定图片汇总（图1～图15）
图1：涉案样品代表性图片
图2：涉案清洗机代表性图片
图3.1、清洗机整体过火照片
图3.2、涉案清洗机过火图片
图4：药液箱代表性图片
图5：药液箱2内部代表性图片
图6：药液箱1内部代表性图片1
图7：药液箱1内部代表性图片2
图8：B型清洗机代表性图片
图9：加热体药液管道连接代表性图片
图10：加热体热电偶安装代表性图片
图11：火灾现场代表性图片
图12：火灾现场配置灭火器代表性图片
图13：消防泵房代表性图片
图14：报警阀组间调查代表性图片
图15：供配电室代表性图片
