1. Введение
Самовозгорание зерна при его хранении является достаточно распространенной причиной пожаров на зерноперерабатывающих предприятиях. Как показывает анализ статистических данных
[1]
Наиболее распространенными нарушениями правил хранения зерна, приводящими к его самонагреванию, являются:
а) хранение с повышенной влажностью или сорностью;
б) отсутствие зачистки емкостей перед загрузкой;
в) превышение сроков хранения;
г) отсутствие или неисправность систем контроля температуры;
д) разгрузка емкостей без выполнения мероприятий по обеспечению безопасности
[2]
Целью исследования является оценка возможности самовозгорания пшеничного зерна, хранящегося в вертикальных цилиндрических силосах предприятия ООО «Иркутский элеватор». На данном предприятии в 2013 и 2022 гг. возникали пожары при хранении зерна, после чего были проведены восстановительные и капитальные работы. Обновленный элеватор для хранения зерна предусмотрен в виде батареи из вертикальных цилиндрических силосов небольшого диаметра. В связи с этим настоящее исследование является весьма актуальным.
Предприятие ООО «Иркутский элеватор» обеспечивает производительность по муке 150 т в сутки. Хранение пшеничного зерна осуществляется в элеваторе (рис. 1), который представляет собой сооружение размерами в плане 24х60 м2Missing Mark : sup и высотой 24 м, состоящее из 36 вертикальных цилиндрических силосов. Диаметр каждого силоса составляет 3 м, высота – 18 м.
Элеватор для хранения пшеничного зерна предприятия ООО «Иркутский элеватор»
[5][6][7][8][9][10][11]
2. Методы и принципы исследования
Склонность дисперсных материалов к самовозгоранию может быть установлена по справочным данным или путем проведения экспериментов по ГОСТ 12.1.044-89 «Пожаровзрывоопасность веществ и материалов. Номенклатура показателей и методы их определения». При известных размерах скопления расчетные и экспериментальные исследования позволяют определить минимальную температуру среды и длительность хранения дисперсных материалов, при которой может произойти их самовозгорание. Разработана отечественная методика расчета условий самовозгорания веществ
[12][13][14][15][16][17][18][19][20][21][22][23][24][25][26]
На первом этапе, согласно усовершенствованному методу калориметрирования Я.С. Киселева
[26]материала
[LATEX_FORMULA]T_{cr}=\frac{1}{2}\cdot\left[\frac{E}{R}-\sqrt{\frac{E}{R}\cdot\left(\frac{E}{R}-4\cdot T_0\right)}\right] \text {, }[/LATEX_FORMULA]
где Е – энергия активации материала, Дж.моль-1;
R – универсальная газовая постоянная, равная 8,314 Дж.моль-1.К-1;
Т0 – температура окружающей среды, К.
На втором этапе определяется параметр охлажденияматериала:
[LATEX_FORMULA]\Pi_{0}=\frac{C}{T_{cr}-T_0} \cdot e^{-\frac{E}{R\cdot T_{cr}}},[/LATEX_FORMULA]
где С – предэкспоненциальный множитель адиабатической скорости самонагреванияматериала, К.с-1.
На третьем этапе определяется диаметр скопленияматериала:
[LATEX_FORMULA]X=\sqrt{\left(\frac{n \cdot \lambda}{\alpha}\right)^2+\frac{4\cdot k\cdot n\cdot \lambda}{C_p\cdot \rho\cdot \Pi_{0}}}-\frac{n\cdot \lambda}{\alpha}{,}[/LATEX_FORMULA]
где k и n – коэффициенты формы скопленияматериала;
материала
материала
материала
материала
3. Результаты и обсуждение
Оценка возможности самовозгорания пшеничного зерна на предприятии ООО «Иркутский элеватор» проводилась при температуре окружающей среды, которая соответствует максимальной температуре воздуха для рассматриваемого региона. В соответствии с СП 131.13330.2020 «Строительная климатология» максимальная температура воздуха в г. Иркутске равна 36 °С.
Согласно выражению (1) критическая температура в скоплении, при которой начинается самонагревание зерна, составила:
[LATEX_FORMULA]\begin{gathered} T_{cr}=\frac{1}{2}\cdot \left[\frac{E}{R}-\sqrt{\frac{E}{R} \cdot\left(\frac{E}{R}-4\cdot T_0\right)}\right]= \\ =\frac{1}{2}\cdot \left[\frac{74,3 \cdot 10^3}{8,314}-\sqrt{\frac{74,3 \cdot 10^3}{8,314} \cdot\left(\frac{74,3 \cdot 10^3}{8,314}-4 \cdot 309\right)}\right]=320,5 {~K}, \end{gathered}[/LATEX_FORMULA]
где Е – энергия активации пшеничного зерна, равная 74,3.103 Дж.моль-1 [8];
R – универсальная газовая постоянная, равная 8,314 Дж.моль-1.К-1;
То – температура окружающей среды, равная 309 К (36 ºС) согласно СП 131.13330.2020.
По формуле (2) параметр охлаждения составил:
[LATEX_FORMULA]\begin{gathered} \Pi_{0}=\frac{C}{ T_{cr} -T_0} \cdot e^{-\frac{E}{R\cdot T_{cr}}}= \\ =\frac{3,56 \cdot 10^7}{320,5-309} \cdot e^{-\frac{74,3 \cdot 10^3}{8,314 \cdot 320,5}}=2,41 \cdot 10^{-6} \mathrm{~c}^{-1}, \end{gathered}[/LATEX_FORMULA]
где С – предэкспоненциальный множитель адиабатической скорости самонагревания пшеничного зерна, равный 3,56.107 К.с-1 [8].
Поскольку пшеничное зерно хранится в силосах, имеющих форму вертикальных цилиндров, то по формуле (3) критический диаметр вертикального цилиндрического скопления зерна составил:
[LATEX_FORMULA]\begin{gathered} X=\sqrt{\left(\frac{n \cdot \lambda}{\alpha}\right)^2+\frac{4\cdot k\cdot n\cdot \lambda}{C_p\cdot \rho\cdot \Pi_{0}}}-\frac{n\cdot \lambda}{\alpha}=\\=\sqrt{\left(\frac{2,89 \cdot 12}{5}\right)^2+\frac{4\cdot 2\cdot 2,89 \cdot 12}{2600\cdot 500\cdot 2,41\cdot 10^{-6}}}-\frac{2,89 \cdot 12}{5}=4,8 {~м}{,} \end{gathered}[/LATEX_FORMULA]
где k и n – коэффициенты формы скопления пшеничного зерна, равные для вертикального цилиндра соответственно 2 и 2,89 [26];
пшеничного [4]
пшеничного [4]
пшеничного [4]
пшеничного [4]
Полученные результаты свидетельствуют о том, что фактический диаметр вертикальных цилиндрических силосов (3 м) не превышает указанного выше критического значения (4,8 м). Это говорит о том, что на предприятии ООО «Иркутский элеватор» при хранении пшеничного зерна в вертикальных цилиндрических силосах его самовозгорание исключается даже при температуре окружающей среды, равной максимальному значению для климатической зоны г. Иркутска (36 ºС). В связи с этим можно сделать вывод о том, что процесс хранения зерна на предприятии ООО «Иркутский элеватор» с точки зрения самовозгорания осуществляется в достаточно безопасных условиях.
4. Заключение
Таким образом, с помощью известного и достаточно точного научного метода (усовершенствованный метод калориметрирования Я.С. Киселева) были проведены численные исследования для вертикальных цилиндрических силосов, применяемых на предприятии ООО «Иркутский элеватор». В результате проведенных исследований установлено, что на предприятии при хранении пшеничного зерна созданы условия, при которых оно не может самовозгореться даже при максимальной температуре окружающей среды, характерной для климатической зоны г. Иркутска. Практическая значимость полученных результатов состоит в их использовании для уточнения противопожарных мероприятий, предусмотренных на предприятии.