熊忠暉

(江西省消防總隊萍鄉(xiāng)市消防支隊，江西 萍鄉(xiāng) 337000)

1 引言

當前，隨著我國白酒產業(yè)的蓬勃發(fā)展，許多大型酒廠因生產、存儲量劇增，不再使用陶罐儲酒，大都改用大容積的不銹鋼酒罐存儲原酒。這些不銹鋼酒罐一般都成排設置在單層鋼結構庫房內，單個庫房的存儲量可以超過一萬噸，大量的高濃度原酒集中在一個庫房內，一旦操作中發(fā)生泄漏，遇有明火源或者靜電，非常容易發(fā)生爆炸［1］。因此，大多酒庫內都設置有通風系統(tǒng)，用以排除酒庫內的乙醇蒸氣。但是部分酒庫的通風系統(tǒng)是在屋面安裝風機、開設通風口，在靠近酒罐底部的區(qū)域沒有合適的補風系統(tǒng)，由于乙醇相對蒸氣密度為1.59，部分區(qū)域乙醇蒸氣濃度過高時容易發(fā)生沉降現(xiàn)象，因此現(xiàn)有通風系統(tǒng)的實際效果不一定理想，其有效性有待論證。本文將以某大型酒廠的酒庫為研究對象，對其通風系統(tǒng)排除乙醇蒸氣的有效性進行分析，并提出優(yōu)化設計方案。

2 酒庫概況

某大型酒廠酒庫為單層建筑，層高約14m，建筑面積80m×40m，內部有7個直徑9m的不銹鋼酒罐，單罐容積為500m3，18個直徑7m的不銹鋼酒罐，單罐容積為300m3，主要用來存儲50度以上的原酒。

現(xiàn)有通風系統(tǒng)設計方案中，酒庫在屋面設計了風機，同時在屋面還有自然通風口，用于排除濃度過高的乙醇蒸氣，風機和通風口的具體參數(shù)如表1所示。

表1 酒庫風機及通風口參數(shù)表

50度以上的原酒閃點低于28℃，容易燃燒，易揮發(fā)，酒精蒸氣爆炸極限為3.3%—19%，具有很高的爆炸危險性。同時，白酒在任何溫度都能蒸發(fā)，只是蒸發(fā)量與氣溫成正比，罐內白酒的蒸發(fā)屬靜止性蒸發(fā)，在泵送或灌酒時，屬流動性蒸發(fā)。不管是靜止蒸發(fā)還是流動蒸發(fā)，其揮發(fā)的酒精蒸氣不易擴散，往往在儲存庫或作業(yè)場的空間彌漫飄蕩，如通風條件較差，就會大大增加火災危險因素。下面，本文將建立不同的乙醇濃度超標場景，利用火災場模擬軟件FDS模擬計算通風系統(tǒng)啟動后降低乙醇濃度的效果［2－4］。

3 場景設計

為建立模擬場景，需要設定酒庫內的乙醇蒸氣濃度，由于現(xiàn)有的測量數(shù)據(jù)不足，基于保守考慮，本文設計兩類場景:一是局部區(qū)域酒精蒸氣濃度超標，達到18%(V/V);二是整體區(qū)域酒精蒸氣濃度超標，達到8%(V/V)?？紤]到現(xiàn)有的通風系統(tǒng)的風機和通風口都在屋面，為提升通風效果，在酒庫南北兩側各增加4個風機、4個通風口，風機功率與屋頂相同，通風口的口徑為1.0m×1.0m。綜合考慮蒸氣濃度超標及通風系統(tǒng)后，設計4個通風場景，具體情況如表2所示，通過FDS建立的通風場景模型如圖1至圖3所示［5－7］。

表2 通風降低乙醇蒸氣濃度模擬場景列表

圖1 部分區(qū)域蒸氣超標示意圖

圖2 所有區(qū)域蒸氣超標示意圖

圖3 酒庫通風系統(tǒng)優(yōu)化示意圖

4 現(xiàn)有通風系統(tǒng)有效性模擬與分析

4.1 場景A模擬計算結果

場景A為局部蒸氣濃度超標，局部區(qū)域位于倉庫一角，體積為4100m3，酒精蒸氣濃度為18%，屋頂風機和通風口開啟，利用火災場模擬軟件FDS計算之后的結果如圖4、圖5所示。

圖4 場景A酒精蒸氣流動情況示意圖

圖5 場景A酒精蒸氣濃度分布切面圖(y=24m)

由圖4、圖5可見，由于自然通風口和風機的共同作用，酒精蒸氣濃度會不斷降低，但直到20分鐘時，1.0m高度以下部分區(qū)域酒精蒸氣濃度仍然高于燃燒爆炸下限3.3%，繼續(xù)存在爆炸危險性?？梢娪捎跈C械風機功率不足、通風口、風機布置位置不合理，導致現(xiàn)有的通風換氣系統(tǒng)效能較低，難以滿足快速降低酒精蒸氣濃度的需求。

4.2 場景B模擬計算結果

圖6 場景B酒精蒸氣流動情況及濃度分布切面圖(1200s)

由圖6可見，在通風系統(tǒng)的作用下，酒庫內蒸氣濃度不斷降低，但是由于蒸氣濃度整體超標，直到20分鐘時，8.0m高度以下的絕大部分區(qū)域的酒精蒸氣濃度高于燃燒爆炸下限3.3%，仍然存在爆炸的可能性。與場景A比較而言，現(xiàn)有的通風換氣系統(tǒng)在場景B中的效能更低，更加難以滿足快速降低酒精蒸氣濃度的需求。

5 優(yōu)化后通風系統(tǒng)有效性模擬與分析

圖7 場景C酒精蒸氣流動情況及濃度分布切面圖(1200s)

圖7和圖8分別給出了1200s時場景C、D的酒精蒸氣流動情況及濃度分布切面圖。由圖7可見，優(yōu)化通風系統(tǒng)后，酒精蒸氣能夠被有效的排出，酒精蒸氣迅速降低，到20分鐘時，整個酒庫區(qū)域的酒精蒸氣濃度均低于燃燒爆炸下限3.3%，大大降低了爆炸危險性。當酒庫蒸氣整體超標時，優(yōu)化通風系統(tǒng)后，由于通風量始終有限，直到20分鐘時，8.0m高度以下區(qū)域的酒精蒸氣濃度仍然略高于燃燒爆炸下限3.3%，爆炸危險性有一定程度降低卻繼續(xù)存在，如圖8所示。

圖8 場景D酒精蒸氣流動情況及濃度分布切面圖(1200s)

6 蒸氣收集排除方案

通風系統(tǒng)有效性模擬計算表明，現(xiàn)有通風系統(tǒng)排除乙醇蒸氣濃度過高的效果不是很理想，本文設計了增加補風裝置的通風系統(tǒng)優(yōu)化方案，模擬計算結果對比表明，優(yōu)化通風換氣系統(tǒng)，增加側墻機械風機和自然換氣扇可以經濟有效的增強酒庫安全性，但是如果發(fā)生酒庫整體區(qū)域乙醇蒸氣濃度超標時，一定的通風時間內仍然存在蒸氣濃度過高的區(qū)域。

考慮到酒庫內乙醇蒸氣濃度過高主要發(fā)生在泵酒及攪拌作業(yè)時，乙醇蒸氣大量從罐頂?shù)暮粑y溢出，如能及時將從呼吸閥溢出的乙醇蒸氣排至室外則酒庫內乙醇蒸氣爆炸的危險性將顯著降低。因此本文建議安裝如圖9所示的乙醇蒸氣收集排出裝置，安裝后建議在酒罐泵酒及攪拌時開啟該裝置，盡可能將溢出的乙醇蒸氣盡早排至室外。

圖9 乙醇蒸氣收集排出裝置示意圖

7 結語

通過FDS模擬計算，筆者研究了某酒庫的通風系統(tǒng)排除過高濃度乙醇蒸氣的效果，計算結果顯示由于機械風機功率不足，自然換氣扣和機械風機分布位置不合理，現(xiàn)有設計的屋面風機和屋面通風口無法迅速降低乙醇蒸氣濃度。而通過在酒庫側面增加風機和通風口后，可以有效提高工作效率，盡可能降低火災爆炸危險性。同時，為盡早將乙醇蒸氣排出酒庫，筆者建議在不銹鋼儲罐呼吸閥附近安裝乙醇蒸氣收集排出裝置，在泵酒或攪拌時開啟該裝置，避免出現(xiàn)局部乙醇蒸氣超出爆炸下限的情況。

［1］李國輝;從瀘州宮闕老窖酒庫爆炸燃燒談酒庫火災的撲救［J］.消防技術與產品信息，2010(5):32－34.

［2］范維澄，孫金華，陸守香，等.火災風險評估方法學［M］.北京:科學出版社，2006:125－147.

［3］霍然，等.建筑火災安全工程導論［M］.合肥:中國科學技術大學出版社，1999:256－298.

［4］董海友，孟碩.論性能化防火設計中酒庫的火災場景設計［J］.中國公共安全，2009，Z1:25－30.

［5］吳春燕.室內流場和溫度場的數(shù)值模擬［M］.上海:東華大學出版社，2003.

［6］闞強，倪照鵬.建筑防火中的火災危險源辨識與控制技術［J］.安全，25(2):4－6.

［7］汪箭，吳振坤，肖學鋒，等.建筑防火性能化實際中火災場景的設定［J］.消防科學與技術，2005，24(1):38－43.