粮食储备库中不同品种稻谷的火灾危险性研究

摘要

粮食是人类的生存之本,是各国经济发展的基础,是国家安全的重要保证。中国是粮食的生产和消费大国,也是粮食的储备大国。因此,保证粮食储备安全对于国家发展与安全具有重要的战略意义。储粮由碳、氢、氧、氮和硫等元素组成,易燃烧。并且,储粮燃烧过程中会产生大量热及有毒烟气,火灾危害巨大。针对我国安徽地区不同品种的稻谷样品,利用锥形量热仪和激光拉曼光谱仪研究不同样品燃烧行为差异。锥形量热仪由五个主要部分构成:分析天平、样品托盘、打火器、锥形加热器、氧分析仪。实验时用锡箔纸放置于样品容器底部与侧面,暴露出100mm×100mm的上表面,保持样品容器距锥形量热仪底部约25mm处。电火花装置置于样品上方约15mm处以点燃样品。分别在几种热辐射强度(25,35,45,55kW/m^(2))下测试样品的燃烧行为,得到样品的热释放速率、热释放速率峰值、总热释放量、总生烟量、点燃时间、火灾性能指数和火灾蔓延指数等热参数。激光拉曼光谱仪由514.5nm氩激光线提供反向散射激发。拉曼光谱中的强度比I_(D)/I_(G)用来表征样品的石墨化程度。研究结果表明,在热辐射强度相同的情况下,糯稻的燃烧危险性最小,烟气危险性最大,而粳稻与籼稻的燃烧危险性及烟气危险性差别不大。在25kW/m^(2)的热辐射强度下,糯稻的火灾性能指数最大,为2.1s·m^(2)/kW,分别比粳稻与籼稻高185.1%与106.9%。同时,糯稻的火灾蔓延指数最小,为0.31kW/(m^(2)·s),分别比粳稻与籼稻低64.0%和55.7%。并且,糯稻的总生烟量最大,分别高出粳稻与籼稻23.9%与15.1%。随着热辐射强度增加(25~55kW/m^(2)),不同样品引燃时间差值缩小,同时,稻谷样品的热释放速率峰值也从最初的100kW/m^(2)持续增加至约180kW/m^(2)。糯稻的I_(D)/I_(G)值为3.1,远高于籼稻和粳稻,表明糯稻燃烧后残炭的石墨化程度较低。糯稻被点燃前热辐射能积聚更多,点燃后积聚的热能被释放,反向促进其充分燃烧。研究结果揭示了不同品种稻谷燃烧及烟气危险性,并为粮食储备库火灾风险防控提供理论及数据参考。值得注意的是,不同种类粮食(如玉米、小麦和大豆等)由于物理结构及化学成分的差异,可能存在不同的燃烧机制及演化规律。并且,由于不同地区的气候、环境等存在差异,不同地区粮食的成分及燃烧行为可能也不同。建议不同地区和品种粮食储备库建立恰当的储粮火灾安全评价标准,为构建全国范围内的储粮火灾安全评价体系提供参考。