某酒庫(kù)通風(fēng)系統(tǒng)排除乙醇蒸氣有效性分析及優(yōu)化設(shè)計(jì)

熊忠暉

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

1 引言

當(dāng)前，隨著我國(guó)白酒產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，許多大型酒廠因生產(chǎn)、存儲(chǔ)量劇增，不再使用陶罐儲(chǔ)酒，大都改用大容積的不銹鋼酒罐存儲(chǔ)原酒。這些不銹鋼酒罐一般都成排設(shè)置在單層鋼結(jié)構(gòu)庫(kù)房?jī)?nèi)，單個(gè)庫(kù)房的存儲(chǔ)量可以超過(guò)一萬(wàn)噸，大量的高濃度原酒集中在一個(gè)庫(kù)房?jī)?nèi)，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(kù)內(nèi)都設(shè)置有通風(fēng)系統(tǒng)，用以排除酒庫(kù)內(nèi)的乙醇蒸氣。但是部分酒庫(kù)的通風(fēng)系統(tǒng)是在屋面安裝風(fēng)機(jī)、開(kāi)設(shè)通風(fēng)口，在靠近酒罐底部的區(qū)域沒(méi)有合適的補(bǔ)風(fēng)系統(tǒng)，由于乙醇相對(duì)蒸氣密度為1.59，部分區(qū)域乙醇蒸氣濃度過(guò)高時(shí)容易發(fā)生沉降現(xiàn)象，因此現(xiàn)有通風(fēng)系統(tǒng)的實(shí)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(kù)為研究對(duì)象，對(duì)其通風(fēng)系統(tǒng)排除乙醇蒸氣的有效性進(jìn)行分析，并提出優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。

2 酒庫(kù)概況

某大型酒廠酒庫(kù)為單層建筑，層高約14m，建筑面積80m×40m，內(nèi)部有7個(gè)直徑9m的不銹鋼酒罐，單罐容積為500m3，18個(gè)直徑7m的不銹鋼酒罐，單罐容積為300m3，主要用來(lái)存儲(chǔ)50度以上的原酒。

現(xiàn)有通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案中，酒庫(kù)在屋面設(shè)計(jì)了風(fēng)機(jī)，同時(shí)在屋面還有自然通風(fēng)口，用于排除濃度過(guò)高的乙醇蒸氣，風(fēng)機(jī)和通風(fēng)口的具體參數(shù)如表1所示。

表1 酒庫(kù)風(fēng)機(jī)及通風(fēng)口參數(shù)表

50度以上的原酒閃點(diǎn)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(xiǎn)性。同時(shí)，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(nèi)白酒的蒸發(fā)屬靜止性蒸發(fā)，在泵送或灌酒時(shí)，屬流動(dòng)性蒸發(fā)。不管是靜止蒸發(fā)還是流動(dòng)蒸發(fā)，其揮發(fā)的酒精蒸氣不易擴(kuò)散，往往在儲(chǔ)存庫(kù)或作業(yè)場(chǎng)的空間彌漫飄蕩，如通風(fēng)條件較差，就會(huì)大大增加火災(zāi)危險(xiǎn)因素。下面，本文將建立不同的乙醇濃度超標(biāo)場(chǎng)景，利用火災(zāi)場(chǎng)模擬軟件FDS模擬計(jì)算通風(fēng)系統(tǒng)啟動(dòng)后降低乙醇濃度的效果［2－4］。

3 場(chǎng)景設(shè)計(jì)

為建立模擬場(chǎng)景，需要設(shè)定酒庫(kù)內(nèi)的乙醇蒸氣濃度，由于現(xiàn)有的測(cè)量數(shù)據(jù)不足，基于保守考慮，本文設(shè)計(jì)兩類場(chǎng)景:一是局部區(qū)域酒精蒸氣濃度超標(biāo)，達(dá)到18%(V/V);二是整體區(qū)域酒精蒸氣濃度超標(biāo)，達(dá)到8%(V/V)。考慮到現(xiàn)有的通風(fēng)系統(tǒng)的風(fēng)機(jī)和通風(fēng)口都在屋面，為提升通風(fēng)效果，在酒庫(kù)南北兩側(cè)各增加4個(gè)風(fēng)機(jī)、4個(gè)通風(fēng)口，風(fēng)機(jī)功率與屋頂相同，通風(fēng)口的口徑為1.0m×1.0m。綜合考慮蒸氣濃度超標(biāo)及通風(fēng)系統(tǒng)后，設(shè)計(jì)4個(gè)通風(fēng)場(chǎng)景，具體情況如表2所示，通過(guò)FDS建立的通風(fēng)場(chǎng)景模型如圖1至圖3所示［5－7］。

表2 通風(fēng)降低乙醇蒸氣濃度模擬場(chǎng)景列表

圖1 部分區(qū)域蒸氣超標(biāo)示意圖

圖2 所有區(qū)域蒸氣超標(biāo)示意圖

圖3 酒庫(kù)通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化示意圖

4 現(xiàn)有通風(fēng)系統(tǒng)有效性模擬與分析

4.1 場(chǎng)景A模擬計(jì)算結(jié)果

場(chǎng)景A為局部蒸氣濃度超標(biāo)，局部區(qū)域位于倉(cāng)庫(kù)一角，體積為4100m3，酒精蒸氣濃度為18%，屋頂風(fēng)機(jī)和通風(fēng)口開(kāi)啟，利用火災(zāi)場(chǎng)模擬軟件FDS計(jì)算之后的結(jié)果如圖4、圖5所示。

圖4 場(chǎng)景A酒精蒸氣流動(dòng)情況示意圖

圖5 場(chǎng)景A酒精蒸氣濃度分布切面圖(y=24m)

由圖4、圖5可見(jiàn)，由于自然通風(fēng)口和風(fēng)機(jī)的共同作用，酒精蒸氣濃度會(huì)不斷降低，但直到20分鐘時(shí)，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(xiǎn)性。可見(jiàn)由于機(jī)械風(fēng)機(jī)功率不足、通風(fēng)口、風(fēng)機(jī)布置位置不合理，導(dǎo)致現(xiàn)有的通風(fēng)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(chǎng)景B模擬計(jì)算結(jié)果

圖6 場(chǎng)景B酒精蒸氣流動(dòng)情況及濃度分布切面圖(1200s)

由圖6可見(jiàn)，在通風(fēng)系統(tǒng)的作用下，酒庫(kù)內(nèi)蒸氣濃度不斷降低，但是由于蒸氣濃度整體超標(biāo)，直到20分鐘時(shí)，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(chǎng)景A比較而言，現(xiàn)有的通風(fēng)換氣系統(tǒng)在場(chǎng)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(fēng)系統(tǒng)有效性模擬與分析

圖7 場(chǎng)景C酒精蒸氣流動(dòng)情況及濃度分布切面圖(1200s)

圖7和圖8分別給出了1200s時(shí)場(chǎng)景C、D的酒精蒸氣流動(dòng)情況及濃度分布切面圖。由圖7可見(jiàn)，優(yōu)化通風(fēng)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(shí)，整個(gè)酒庫(kù)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(xiǎn)性。當(dāng)酒庫(kù)蒸氣整體超標(biāo)時(shí)，優(yōu)化通風(fēng)系統(tǒng)后，由于通風(fēng)量始終有限，直到20分鐘時(shí)，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(xiǎn)性有一定程度降低卻繼續(xù)存在，如圖8所示。

圖8 場(chǎng)景D酒精蒸氣流動(dòng)情況及濃度分布切面圖(1200s)

6 蒸氣收集排除方案

通風(fēng)系統(tǒng)有效性模擬計(jì)算表明，現(xiàn)有通風(fēng)系統(tǒng)排除乙醇蒸氣濃度過(guò)高的效果不是很理想，本文設(shè)計(jì)了增加補(bǔ)風(fēng)裝置的通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化方案，模擬計(jì)算結(jié)果對(duì)比表明，優(yōu)化通風(fēng)換氣系統(tǒng)，增加側(cè)墻機(jī)械風(fēng)機(jī)和自然換氣扇可以經(jīng)濟(jì)有效的增強(qiáng)酒庫(kù)安全性，但是如果發(fā)生酒庫(kù)整體區(qū)域乙醇蒸氣濃度超標(biāo)時(shí)，一定的通風(fēng)時(shí)間內(nèi)仍然存在蒸氣濃度過(guò)高的區(qū)域。

考慮到酒庫(kù)內(nèi)乙醇蒸氣濃度過(guò)高主要發(fā)生在泵酒及攪拌作業(yè)時(shí)，乙醇蒸氣大量從罐頂?shù)暮粑y溢出，如能及時(shí)將從呼吸閥溢出的乙醇蒸氣排至室外則酒庫(kù)內(nèi)乙醇蒸氣爆炸的危險(xiǎn)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(shí)開(kāi)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(jié)語(yǔ)

通過(guò)FDS模擬計(jì)算，筆者研究了某酒庫(kù)的通風(fēng)系統(tǒng)排除過(guò)高濃度乙醇蒸氣的效果，計(jì)算結(jié)果顯示由于機(jī)械風(fēng)機(jī)功率不足，自然換氣扣和機(jī)械風(fēng)機(jī)分布位置不合理，現(xiàn)有設(shè)計(jì)的屋面風(fēng)機(jī)和屋面通風(fēng)口無(wú)法迅速降低乙醇蒸氣濃度。而通過(guò)在酒庫(kù)側(cè)面增加風(fēng)機(jī)和通風(fēng)口后，可以有效提高工作效率，盡可能降低火災(zāi)爆炸危險(xiǎn)性。同時(shí)，為盡早將乙醇蒸氣排出酒庫(kù)，筆者建議在不銹鋼儲(chǔ)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(shí)開(kāi)啟該裝置，避免出現(xiàn)局部乙醇蒸氣超出爆炸下限的情況。

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