儲(chǔ)存谷物火災(zāi)的原因和預(yù)防-大米加工、糧食儲(chǔ)存

谷物粉塵爆炸和儲(chǔ)存谷物火災(zāi)仍然是設(shè)施結(jié)構(gòu)、設(shè)備和庫(kù)存嚴(yán)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(xué)對(duì)美國(guó)每年因谷物粉塵爆炸造成的人員死亡和受傷進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。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(jī)（81個(gè)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(chǔ)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(gè)所謂的慢速熱解過程，在沒有氧氣的情況下，在長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)加熱木材或有機(jī)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(gè)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(gè)階段進(jìn)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(chǔ)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(huì)分解并碳化。揮發(fā)性成分被釋放出來。如果在這個(gè)階段受到干擾，空氣進(jìn)入，可能會(huì)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(zhǎng)的時(shí)間。

儲(chǔ)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(zhǎng)的谷粒結(jié)成一團(tuán)。

谷物團(tuán)的中心是自熱的 "熱點(diǎn)"，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(shí)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(diǎn) "附近，否則溫度電纜需要比二氧化碳傳感更多的時(shí)間來采集谷物的自熱，而二氧化碳傳感對(duì)于檢測(cè)儲(chǔ)存谷物群中的早期變質(zhì)情況是非常好的。

儲(chǔ)存產(chǎn)品中昆蟲也會(huì)造成 "熱點(diǎn)"（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(diǎn)"。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(huì)停止，熱化學(xué)熱解過程就會(huì)開始進(jìn)行。

據(jù)文獻(xiàn)描述，"木材在220°C時(shí)變成棕色，在280°C時(shí)變成深棕黑色，在310°C時(shí)變成容易粉化的一團(tuán)。在300°C時(shí)制成的木炭是棕色的，柔軟易碎，在380°C時(shí)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(shí)才會(huì)燃燒。"

成功完成炭化的關(guān)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(jìn)入），木炭就會(huì)著火。因此，只要進(jìn)入緩慢熱解過程的自熱谷物團(tuán)不被干擾，就不會(huì)引起火災(zāi)。

此外，正在進(jìn)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(jìn)行，而不會(huì)對(duì)儲(chǔ)存谷物塊造成進(jìn)一步的損害。這一點(diǎn)在筒倉(cāng)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(dǎo)致的強(qiáng)制空氣流動(dòng)，發(fā)黑的谷物柱從未被點(diǎn)燃。

電纜傳感器將緩慢地顯示高溫點(diǎn)，有可能誤導(dǎo)儲(chǔ)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(diǎn)燃并開始起火，如果打開通氣風(fēng)扇，火勢(shì)會(huì)進(jìn)一步加劇。

除了監(jiān)測(cè)和維護(hù)存儲(chǔ)谷物的做法外，防止存儲(chǔ)谷物自熱、緩慢熱解和火災(zāi)的三個(gè)關(guān)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(chǔ)存的谷物保持空氣相對(duì)濕度低于70%，能使霉菌不產(chǎn)生孢子導(dǎo)致谷物變質(zhì)。

（2）谷物的低溫儲(chǔ)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(yīng)在觀察到自熱之前利用糧食，在自熱發(fā)生時(shí)立即轉(zhuǎn)移（或翻轉(zhuǎn)），或進(jìn)行熏蒸，最好能殺死昆蟲。

（3）使用CO₂傳感器監(jiān)測(cè)儲(chǔ)存的谷物，永久安裝在儲(chǔ)存結(jié)構(gòu)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(dǎo)致谷物變質(zhì)的發(fā)生。濃度為600-1500ppm時(shí)，表明霉菌開始生長(zhǎng)，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(yán)重的霉菌感染和/或昆蟲侵?jǐn)_。

一旦確定火災(zāi)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(zāi)發(fā)生或控制火勢(shì)蔓延。一旦起火，儲(chǔ)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(kù)工作人員在通知應(yīng)急部門后，可以也應(yīng)該立即完成這些措施。

（1）切斷結(jié)構(gòu)的電源。

（2）嘗試覆蓋所有通氣風(fēng)扇或管道，以切斷對(duì)火的空氣供應(yīng)。

（3）不要封住儲(chǔ)存結(jié)構(gòu)頂部的屋頂通風(fēng)口，因?yàn)檫@將導(dǎo)致壓力的增加。

（4）避免向糧食儲(chǔ)存結(jié)構(gòu)的火堆放水。

（5）在向加熱、燃燒的谷物噴水時(shí)，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(bào)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(dāng)?shù)氐膽?yīng)急服務(wù)，因?yàn)樗麄兺鶝]有接受過應(yīng)對(duì)儲(chǔ)存谷物火災(zāi)的培訓(xùn)。

保存儲(chǔ)存谷物質(zhì)量的關(guān)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(duì)濕度激活，而不是溫度。相對(duì)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(duì)濕度保持平衡的含水量決定了真菌是否會(huì)生長(zhǎng)或谷物是否會(huì)繼續(xù)安全儲(chǔ)存。

用傳感技術(shù)和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)儲(chǔ)存的谷物，可以跟蹤溫度、水分含量和二氧化碳，對(duì)早期檢測(cè)和減輕變質(zhì)和自熱的發(fā)生至關(guān)重要。大多數(shù)儲(chǔ)存問題是由濕氣滲入和昆蟲滲入儲(chǔ)存結(jié)構(gòu)造成的，這導(dǎo)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(xué)熱解過程，當(dāng)受到干擾和/或充氣時(shí)，氧氣會(huì)點(diǎn)燃并使炭化的谷物團(tuán)發(fā)熱。不要低估與控制儲(chǔ)存谷物火災(zāi)有關(guān)的挑戰(zhàn)和危險(xiǎn)。