高大粮食平房仓火灾致灾机理与预防技术探究

◎ 韩 冰，刘建岭，杨 堃，陈 凯

（中央储备粮开封直属库有限公司兰考分公司，河南 开封 475000）

粮食的安全储存是民生的保障，粮食的质量、数量和安全更是直接关系到社会的稳定发展。同时，粮食作为一种特殊的商品，储存工作也关系到稳定国民经济的发展，储存过程中如何保证粮食的安全问题目前依旧是行业内的一项重要工作。

我国的粮食仓储的建设总体来说起步较早，因此在粮仓的安全管理方面积累了丰富的经验。目前，我国大部分的粮食仓储工作均采用符合国家标准的标准粮仓，对于高大平房仓来说，一般采用的是钢筋混凝土结构，整体的机械化和现代化程度非常高。不同种类的粮仓虽然在存储方式、规模大小等方面都不相同，但是其发生火灾的原因基本相同[1]。因此，对粮仓火灾的致灾机理进行探究并对火灾的关键预防技术进行梳理，对于储粮单位的粮食储存工作来说至关重要。

1 高大粮食平房仓火灾危险性分析

1.1 典型火灾案例及其危险性分析

2013 年5 月31 日下午，中储粮黑龙江林旬直属库发生严重火灾[2]，导致78 个储粮货位共计4.7 万t储存粮食过火，这场火灾的发生给储粮单位敲响了警钟，也引起了全国百姓对粮食安全储存的担忧。

在大型粮仓设计之初，防火就一直是重中之重；在仓储管理工作之中，防火问题也一直是一项十分重要的工作。粮仓的大小、间隔、防火墙的设置、定期的防火检查一直是安全设计规范中严格要求的。据此次火灾数据来看，林旬直属库的消防设施非常有限，各种安全隐患为火灾埋下了伏笔，最终是由于电器短路导致了火灾的发生。

1.2 粮仓火灾致灾机理分析

众所周知，燃烧的发生是可燃物、温度、氧气以及持续的链式反应共同作用的[3]。对于粮仓内所储存的粮食，其主要化学成分为碳、氢、氧等具有可燃性的元素，因此从化学本质来说，粮食本身就是可燃物，在遇到明火时极易发生火灾，仓内的氧气对于燃烧反应也是充足的。

粮仓内微生物以及粮食在储存的过程中会持续进行呼吸作用，而这种异化作用的同时会释放热量，造成粮仓内温度升高到一定程度时，粮食发生自燃。特别是当微生物处于一个适宜的温度与湿度之下，它的的异化作用会不断增强，加剧粮食的异化反应，使仓内温度持续升高。

粮食籽粒中含有大量粉尘颗粒，因此在卸粮的过程中粉尘颗粒会大量地飘浮在粮库中，与空气形成混合物，而粉尘浓度达到一定数值并且在受限空间时，此时若空间内氧气充足，形成的粉尘空气混合物一旦遇高温或明火就会发生爆炸，而粮食的这种粉尘爆炸性也是导致粮仓火灾的一个重要原因。

目前储粮工作中无论采用哪种粮食储存方式，都要使用覆盖材料对粮食表层进行封存，且在粮食储存过程中，为了保证储粮期间粮食不变质、不遭受虫害，通常会采用熏蒸杀虫化学药剂对粮食进行处理，这便导致粮仓内的易燃易爆物相对较多，一旦遭遇明火或长期处于高温环境下，极易引发火灾。

2 粮仓火灾的两种主要类型分析

2.1 粮仓内粮食自燃火灾分析

粮食自燃火灾按照起火原因的不同可分为粮食自燃和化学药剂自燃两种。多数粮仓火灾的发生都是由于粮食本身的可燃性质所决定的，由于粮食的主要成分是由碳、氢、氧等化学元素组成，因此本质上讲粮食就是一种可燃物[4]。

首先，当粮仓内的环境适合粮堆内的微生物进行异化作用时，微生物的呼吸强度会明显提升，同时释放出足以导致粮温上升的热量，温度升高又会使微生物加快分解有机物，造成粮食腐败，且生成大量低燃点的碳氢化合物。而粮仓内温度升高之后会使霉菌代谢作用加剧，代谢作用释放出的能量持续升高仓内温度与湿度，当湿度达到一定值，曲霉菌的作用继而提高仓内温度，此时温度的反作用会使得仓内的湿度达到90%以上，湿度的升高会加剧部分高温菌异化作用，导致粮堆的温度会持续升高到70 ℃。

其次，为了保证粮食储存安全，在其储存过程中会使用化学熏蒸药剂来抑制粮堆内的虫害以及微生物的正常生理活动，以此保证粮食不受侵蚀。虽然熏蒸药剂的首要作用是防止粮食霉变，但是这些熏蒸药剂的种类大多都是易燃易爆化学品，尤其是化学药剂中的磷化物极易与空气中所含的水分发生反应生成低燃点的磷化氢气体，当这种气体浓度在粮仓内达到一定程度时，即便处于常温下也能够燃烧。

粮食的整个自燃过程会出现三个阶段的变化：生物阶段、物理阶段、化学阶段。生物阶段主要就是粮堆内部生物异化作用释放大量的热量，加之粮仓是一个散热较慢的封闭环境，这会导致仓内温度升高，最终高温导致微生物逐渐死亡，生物阶段告终。在物理变化阶段中粮食中的部分化合物会在高温作用下分解生成物质表面积很大、能够吸附大量蒸汽的多孔碳，吸附过程所释放的热量持续升高粮堆温度，使更多新的化合物碳化为多孔碳，从而继续吸附过程。在化学阶段中粮食籽粒中的有机物质会开始氧化并生成大量热量，导致温度继续升高，高温反作用促进氧化反应加快，放热继续增大，最终达到自燃点。

2.2 粮仓内粉尘爆炸致灾分析

粉尘是粒径小于75 μm 的固体悬浮小颗粒，在气溶胶中将直径小于100 μm 且能够暂时悬浮于空气中的固体细小颗粒称为粉尘[5]。粮食粉尘颗粒的主要成分与粮食籽粒相同，主要也是由碳、氢、氧等元素构成的碳水化合物，而这些成分都能够在空气中发生燃烧，因此粮食是具有粉尘爆炸特性。这种特性主要是发生在粮食入库的过程中，由于粮食入库时装卸过程会产生大量粉尘，当粉尘浓度在一个封闭的受限空间内达到一定数值，再者加上入库过程也会导致整个仓内的氧气十分充足，此时只要遇到明火或持续高温就会发生爆炸，甚至会发生多次爆炸。

3 火灾预防技术分析

3.1 防止粮仓火灾的发生

对于粮食仓储企业来说，加强员工消防培训并完善消防安全责任制是减少火灾隐患的关键。仓储工作组的负责人要切实对仓库安全负责，仓库保管人员也应在日常工作中熟悉粮食品类、加强仓库巡查，发现异常立即采取措施。

对于建筑设计来说，一定要在粮库设计施工之初对库区的防火布局进行合理的分区布置，各区域以及各仓库之间要按照严格按照规范设置防火间距和防火墙。库区内必须设置消防设施以及消防车通道。防火间距要严格按照《粮食防火设计规范》中的要求根据仓库规模和类型而确定，如表1 所示。

表1 不同仓库类型与储粮量的防火间距表

库区内严格控制火源，电力设施以及防雷装置的布置要符合国家标准，并对此类装置进行定期的安全质量检测，排除隐患；粮库防火区域内应严禁吸烟和动用明火；除照明线路外不允许随意敷设电线和其他动力电气设备；下班或结束工作时，工作人员必须切断仓库内电源。

3.2 防止化学药品自燃

在使用化学试剂时，投药点不能过于集中，满足消灭虫害要求的前提下要尽量分散；要严格按照不同类别的危险化学试剂的存放要求进行存放，尽量选择避免阳光直射、低温、干燥等空间；与熏蒸剂接触的部件应耐熏蒸腐蚀；仓内可采用环流熏蒸方式。

3.3 防止粮食自燃

防止粮食发生自燃的关键就在于温度的控制。

首先，在粮食进入库区之前就要严格监测粮食的质量，对粮食的水分含量、粮温以及粮食杂质含量等进行检测，若没有达到国家标准，不允许入仓。

其次，要设置固定间隔时间对粮堆温度、仓内温度以及大气温度进行检测，并根据粮仓外界环境条件的变化，及时采用不同的控温方式或通风方式对粮堆温度进行均温均湿的控制，只有这样粮食的安全质量才能够有所保障。

最后，要注意仓内粮堆高度，若粮堆过高会严重影响机械通风的效果，不利于粮温的控制，适当的粮堆高度可降低粮仓内粮食发生自燃火灾的可能性。

3.4 防止粮仓内粉尘爆炸

通过粉尘爆炸发生的机理可以知道，对于该类爆炸火灾的预防中，最重要且最关键的就是控制密闭环境中的粉尘浓度，因此降低粉尘浓度使其达不到爆炸的极限浓度是最重要的。防止粮食发生粉尘爆炸的措施有：时刻注意粮仓内的卫生环境，对粉尘要进行及时的清除处理；在粮食向库房的输送过程中加强通风，及时通过通风系统将粮食粉尘排出仓房，控制粉尘浓度；粮食储存过程中也要适时通风，不但可以防止粉尘浓度过高，也可以有效控制仓内温度；另外，粉尘爆炸的一个原因即为密闭空间，所以机械通风可以促进仓内空气与外界环境及时进行交换；増加设备的密闭性并且定期检测粮仓内的粮尘量。

4 机械通风预防火灾技术

4.1 机械通风理论基础与安全储粮标准

目前，在粮食储存工作中，机械通风储粮技术的应用十分广泛，对粮食的安全储藏起到巨大作用。

对粮仓内进行机械通风的目的就是达到仓内外空气的交换。其作用原理为利用仓房内的风机所产生的压力差把粮仓外部的空气与粮堆内部空气进行交换，从而使粮堆内的温度降低，进而改变粮堆内部的温度环境，达到均温储粮的目的。

文献[6]中记载，经过长期的实验表明，15 ℃以下一般是粮食储藏的最合适温度。该温度可以有效限制仓内生物的异化作用，避免因异化作用而产生大量的热量，从而防止粮仓内温度上升而发生火灾。

4.2 粮仓通风设计

4.2.1 风道布置

通风道的形式可以采用地槽或地上笼，布设主风道和支风道要尽量对称，各支风道之间的距离要相等并与主风道紧密连接，通风口与墙壁接触处、通风管道与地面接触处应严紧无缝，必要时可用麻袋片或毛毡铺垫，满足气密性要求。风道铺设完成后，应接上离心风机进行试运转，通过调节支风道与主风道连接处的阀片，保证每条支风道的风量均匀[7]。

总通风量按照式4-1 计算。

式中：Qs——总通风量（m2/h）

q——单位通风量（m2/h·kg）

A——每组风网对应的堆粮面积（m2）

ρ——粮食质量密度（kg/m2）

h——粮食平堆高度（m）

4.2.2 通风原则

机械通风按通风目的分类主要包括常规通风、应急通风、出仓通风。

常规通风主要是为了粮食储藏安全稳定性进行的通风，通风时要注意外界大气条件是否能够满足通风目的的需要，既要保证高效率，又要保证有足够的机会与时间进行通风。应急通风则不受外界温度与湿度的限制，最主要的目的是减低与控制粮仓内粮食的温度，对粮食的安全性进行应急处理。出仓通风工作进行时，一定要保证每6～12 小时进行一次粮食质量检验，确保在出仓时粮食质量达标。在任何情况下进行通风工作，都要保证储粮安全，防止粮食发生结露、湿热聚集、分层等影响粮食质量的情况。

粮食机械通风工作涉及大气环境中的的温度、湿度、露点等参数及其之间的关系组合，因此要确保通风的质量和较小的能耗时，就要注意每种类型通风的原则和技术规程，在粮仓内与大气环境中找出最佳的参数平衡点，同时根据通风目的、通风时机、通风情况准确选用最合适的风机类型以及采取连续通风或间歇通风等通风方式，力争达到均匀的通风效果，尽量减少通风死角[8]。

5 结语

从粮食发生火灾的原因以及火灾机理分析，得出粮仓所发生的火灾一般分为两种类型，分别是粮食自燃火灾和粉尘爆炸火灾，其中粮食自燃火灾是最易发生的。

通过对粮食自燃火灾发生类型进行探究，研究防止粮食自燃的关键因素在于仓内温度的控制，即控制粮仓内环境的温湿度是防止粮食自燃的关键；通过对粮食发生粉尘爆炸火灾的原因进行探究，得出对粮食粉尘爆炸影响最大的两个因素即为粉尘的浓度和一个密闭空间，因此有效控制粉尘浓度是防止粮食粉尘爆炸的关键。

最后通过对粮食储藏工作中常用的机械通风方法的作用原理进行探究，得出机械通风不但有利于粮食储藏时间，也是粮食火灾预防中的一项关键技术。