Самовозгорание растительных материалов в силосах
К самонагреванию склонны дисперсно растительные материалы, складируемые в больших количествах. Считается, что самонагревание комбикормового сырья является результатом тепловыделения при сорбции кислорода и влаги воздуха, окисления и протекания других биологических процессов.
Одним из главных процессов поддержания жизнедеятельности растительной клетки является дыхание. При дыхании органического вещества растительной клетки превращается в промежуточные продукты неполного окисления и конечные неорганические продукты, диоксид углерода и воду. В результате окислительных реакций аэробного дыхания происходит разогрев растительной массы в объёме силоса. Наиболее быстро прогреваются слои продукта, расположенные на высоте 1.5-2 диаметров (ширины) силоса от нижнего разгрузочного бункера. Местный разогрев вызывает миграцию влаги из нагретых слоёв к менее нагретым от центра к периферии. Снижение процентного содержания кислорода в объёме силоса и повышение влажности продукта в слоях, примыкающих к ограждающим конструкциям силоса, способствуют переходного аэробного дыхания в местах соприкосновения продукта с конструкциями в анаэробное по типу брожения. Процесс брожения массы продукта в замкнутом объёме силоса может привести к образованию локальных взрывоопасных концентраций водорода.
В практике хранения комбикормового сырья и зернопродуктов наиболее часто встречаются следующие виды самовозгорания: низовое, боковое, верховое. Анализ пожаров и загораний продуктов в силосах и бункерах комбикормовых и маслоэкстракционных заводах показывает, что наиболее часто возникают низовые пожары - пожары в конусной части силосов. Боковые возникают только в тех случаях, когда в ограждающей наружной стене силоса имеются сквозные отверстия, через которые в силос возможно попадание воздуха и влаги во время дождей или снегопадов.
Верховое самовозгорание возможно, главным образом, весной, когда на холодной поверхности хранящейся растительной массы конденсируется влага теплого воздуха. Влага впитывается растительными материалами, тем самым создаются благоприятные условия для анаэробного дыхания и жизнедеятельности микроорганизмов.
В результате окислительно - восстановительных процессов, проходящих при анаэробном дыхании даже при низких температурах (50-60°С), начинается разложение пектиновых веществ и клетчатки с образованием легковоспламеняющихся веществ и пористого угля. За счет окисления угля температура в отдельныхточках складируемой массы поднимается до 200-250°C, то ость достигает температуры тления.
Изоляция очага тления слоем растительных материалов и стопками силоса способствует открытому выгоранию продуктов. Разогрев растительного материала в зонах, близких к очагам тления, инициирует ферментативные экзотермические реакции, приводящие к образованию газонепроницаемого слоя, газонепроницаемый cлoй как бы разделяет весь горящий силос на две части. В объеме горящей части силоса скапливаются и застаиваются продукты полного и неполного сгорания, содержащие большое количество горючих газов, таких-как оксид углерода, метан, водород и другие, конденсат паров. Концентрация даже отдельно взятых горючих газов при температуре свыше 360°С превышает значения нижнего концентрационного предела воспламенения. Однако, в практике не было зарегистрировано случая взрыва газовой смеси в объеме силоса до того момента, пока силос не был разгерметизирован, то есть в него не поступил в достаточном количестве кислород воздуха.
Взрыв газовой смеси в закрытом силосе практически невозможен из-за низкого процентного содержания кислорода в газовой смеси горючих продуктов пиролиза. При пожарах, возникающих в результате самовозгорания растительных материалов, кислород воздуха в объеме силоса расходуется на окислительно-восстановительные реакции и горение в режиме тления, поэтому в большинстве случаев к моменту обнаружения пожара процентное содержание кислорода в объеме силоса но превышает 7-10%об. Такого количества кислорода недостаточно для образования смеси, способной взрываться.
Взрывы на предприятиях, в основном, происходят при выгрузке горящих продуктов и тушения. При выполнении работ по выгрузке и тушению разгрузочный люк открывается, в результате чего в нижнею часть поступает воздух, что способствует обогащению горючей смеси кислородом и приводит к образованию взрывоопасных смесей. Нередко разгрузка и тушение силоса водой или водяным паром производятся при открытом разгрузочном бункере в течение 10-15 дней. Проект на протяжении всего времени тушения увлажняется не только в зоне горения, но и в объеме всего силоса. Увлажнение продукта и создание условий для анаэробного дыхания способствуют образованию биогазов, наиболее опасным из которых, как отмечалось выше, является водород.
Таким образом, в процессе самовозгорания растительных материалов наиболее опасным является накопление в объеме силосов горючих газов, механизмом генерации которых являются биохимические реакции и термодеструкция при окислении и пиролизе.
Успех тушения пожаров в силосах включает в себя выполнение следующих основных операций, обеспечивающих предотвращение взрыва:
- герметизация горящего силоса и соседних, соединенных с ним пересыпными окнами;
- флегматизация горючей газовой смеси в объеме горячего исоседних с ним силосов;
- послойное тушение растительных материалов снизу вверх;
- устранение условий, благоприятствующих брожению при промачивании и тушении растительных материалов водопенными средствами и паром.