儲存谷物火災的原因和預防-大米加工、糧食儲存

谷物粉塵爆炸和儲存谷物火災仍然是設施結(jié)構、設備和庫存嚴重受損和損失的重要原因。甚至，面臨員工經(jīng)常受傷或死亡。

普渡大學對美國每年因谷物粉塵爆炸造成的人員死亡和受傷進行統(tǒng)計。在2020年，發(fā)生了8起事件（9人受傷，無人死亡）。10年爆炸的平均數(shù)為8.1起（8.1人受傷，1.7人死亡）。在過去的十年中，粉塵爆炸最常發(fā)生在谷物升降機（81個中的46起），玉米是最常處理的谷物類型（81起中的39起）。愛荷華州是過去10年（9起）和1958年以來（98起）發(fā)生谷物粉塵爆炸最多的州，其次是伊利諾伊州（86起）和內(nèi)布拉斯加州（82起），都是主要的玉米生產(chǎn)、處理、儲存、加工和使用中。

谷物自熱過程與木炭化過程相似。炭化是一個所謂的慢速熱解過程，在沒有氧氣的情況下，在長時間內(nèi)加熱木材或有機材料（含有纖維素、半纖維素和木質(zhì)素成分，是玉米和其他谷物的主要成分）。這個過程用于將木材轉(zhuǎn)化為木炭已經(jīng)有幾千年的歷史。它通常分三個階段進行：

（1）脫水：超過100°C，生物質(zhì)孔隙中的水分通過水蒸氣被蒸發(fā)。在谷物存儲中，13-17%的含水量被降低到接近零。

（2）熱分解：熱分解在260°C至300°C（500°F至572°F）之間開始。干燥的生物質(zhì)中的纖維素、半纖維素和木質(zhì)素成分會分解并碳化。揮發(fā)性成分被釋放出來。如果在這個階段受到干擾，空氣進入，可能會發(fā)生燃燒。

（3）冷卻：熱分解后，炭化的生物質(zhì)需要冷卻。冷卻階段比熱分解（即碳化）階段需要更長的時間。

儲存的谷物是一種多孔材料，空氣空隙（孔隙率）從大米的45%到大麥的50%，到玉米和小麥的40%到45%，到圓仁谷物如大豆、高粱和油菜的35%到40%。缺氧的結(jié)果是霉菌孢子包住谷粒，填充谷粒之間的空隙，把不斷增長的谷粒結(jié)成一團。

谷物團的中心是自熱的 "熱點"，由于霉菌孢子以淀粉和油為食，谷物顆粒開始變褐，然后變黑。氧氣被耗盡，同時谷物溫度上升。由于霉菌孢子的呼吸作用將淀粉和油轉(zhuǎn)化為熱量、水和二氧化碳。除非，溫度傳感器在 "熱點 "附近，否則溫度電纜需要比二氧化碳傳感更多的時間來采集谷物的自熱，而二氧化碳傳感對于檢測儲存谷物群中的早期變質(zhì)情況是非常好的。

儲存產(chǎn)品中昆蟲也會造成 "熱點"（尤其夏季作物，如小麥）。以霉菌孢子為食的昆蟲（即毛霉甲蟲）將有助于產(chǎn)生霉菌引起的"熱點"。昆蟲和霉菌物種都有最佳的繁殖條件，在45-50℃的溫度下開始死亡。由于霉菌孢子產(chǎn)生的菌絲體填充了受感染的果核周圍的空隙，并封住了熱量，一旦氧氣耗盡，水分蒸發(fā)，生化自熱過程就會停止，熱化學熱解過程就會開始進行。

據(jù)文獻描述，"木材在220°C時變成棕色，在280°C時變成深棕黑色，在310°C時變成容易粉化的一團。在300°C時制成的木炭是棕色的，柔軟易碎，在380°C時容易燃燒；在更高的溫度下制成的木炭是硬而脆的，在加熱到約700°C時才會燃燒。"

成功完成炭化的關鍵是保持密閉，直到緩慢的熱解過程將木質(zhì)生物質(zhì)轉(zhuǎn)化，然后再讓產(chǎn)生的木炭冷卻。如果在炭化過程之前受到干擾（即氣密性密封破開，氧氣進入），木炭就會著火。因此，只要進入緩慢熱解過程的自熱谷物團不被干擾，就不會引起火災。

此外，正在進行緩慢熱解的谷物可能被周圍的谷物充分隔離，以至于該過程可以一直進行，而不會對儲存谷物塊造成進一步的損害。這一點在筒倉中得到了證明，由于霉菌菌絲體可能是密閉的，谷物周圍的絕緣性能，以及缺乏通氣導致的強制空氣流動，發(fā)黑的谷物柱從未被點燃。

電纜傳感器將緩慢地顯示高溫點，有可能誤導儲糧管理者。在開始卸下谷物塊的那一刻，炭化的谷物體積受到干擾，使其暴露在周圍空氣空隙中的氧氣中，火焰被點燃并開始起火，如果打開通氣風扇，火勢會進一步加劇。

除了監(jiān)測和維護存儲谷物的做法外，防止存儲谷物自熱、緩慢熱解和火災的三個關鍵做法是：

（1）將谷物保持在安全含水量中。安全的含水量是由溫度決定的，無論通氣扇是否開啟，都要使儲存的谷物保持空氣相對濕度低于70%，能使霉菌不產(chǎn)生孢子導致谷物變質(zhì)。

（2）谷物的低溫儲存。如果糧食無法冷卻或保持在15-17℃的昆蟲繁殖和發(fā)展的最低閾值溫度以下，則應在觀察到自熱之前利用糧食，在自熱發(fā)生時立即轉(zhuǎn)移（或翻轉(zhuǎn)），或進行熏蒸，最好能殺死昆蟲。

（3）使用CO₂傳感器監(jiān)測儲存的谷物，永久安裝在儲存結(jié)構的頂部，或者是手持式定期檢查氣流。濃度低于600ppm，表明霉菌沒有產(chǎn)生孢子并導致谷物變質(zhì)的發(fā)生。濃度為600-1500ppm時，表明霉菌開始生長，昆蟲出現(xiàn)，或濕氣滲入。濃度為1,500-4,000 ppm或更高，明確表明有嚴重的霉菌感染和/或昆蟲侵擾。

一旦確定火災即將發(fā)生或已經(jīng)發(fā)生，就必須立即采取措施，防止火災發(fā)生或控制火勢蔓延。一旦起火，儲存的糧食燃燒緩慢但溫度極高。以下步驟是業(yè)內(nèi)最推薦的步驟。糧庫工作人員在通知應急部門后，可以也應該立即完成這些措施。

（1）切斷結(jié)構的電源。

（2）嘗試覆蓋所有通氣風扇或管道，以切斷對火的空氣供應。

（3）不要封住儲存結(jié)構頂部的屋頂通風口，因為這將導致壓力的增加。

（4）避免向糧食儲存結(jié)構的火堆放水。

（5）在向加熱、燃燒的谷物噴水時，要注意持續(xù)的粉塵爆炸以及蒸汽爆炸問題。

（6）注意安全，并打電話報警--如果沒有其他原因，只是為了提供額外的情況分析和建議，以支持當?shù)氐膽狈眨驗樗麄兺鶝]有接受過應對儲存谷物火災的培訓。

保存儲存谷物質(zhì)量的關鍵是了解霉菌（或真菌）孢子更多的是被谷物粒周圍空氣的相對濕度激活，而不是溫度。相對濕度高于65%至70%是一般的激活閾值。

這意味著在任何溫度下，與65-70%的相對濕度保持平衡的含水量決定了真菌是否會生長或谷物是否會繼續(xù)安全儲存。

用傳感技術和監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測儲存的谷物，可以跟蹤溫度、水分含量和二氧化碳，對早期檢測和減輕變質(zhì)和自熱的發(fā)生至關重要。大多數(shù)儲存問題是由濕氣滲入和昆蟲滲入儲存結(jié)構造成的，這導致病菌、真菌和昆蟲的生物呼吸作用增加。

最終，生化呼吸過程讓位于熱化學熱解過程，當受到干擾和/或充氣時，氧氣會點燃并使炭化的谷物團發(fā)熱。不要低估與控制儲存谷物火災有關的挑戰(zhàn)和危險。