某酒库通风系统排除乙醇蒸气有效性分析及优化设计

熊忠晖

(江西省消防总队萍乡市消防支队，江西 萍乡 337000)

1 引言

当前，随着我国白酒产业的蓬勃发展，许多大型酒厂因生产、存储量剧增，不再使用陶罐储酒，大都改用大容积的不锈钢酒罐存储原酒。这些不锈钢酒罐一般都成排设置在单层钢结构库房内，单个库房的存储量可以超过一万吨，大量的高浓度原酒集中在一个库房内，一旦操作中发生泄漏，遇有明火源或者静电，非常容易发生爆炸［1］。因此，大多酒库内都设置有通风系统，用以排除酒库内的乙醇蒸气。但是部分酒库的通风系统是在屋面安装风机、开设通风口，在靠近酒罐底部的区域没有合适的补风系统，由于乙醇相对蒸气密度为1.59，部分区域乙醇蒸气浓度过高时容易发生沉降现象，因此现有通风系统的实际效果不一定理想，其有效性有待论证。本文将以某大型酒厂的酒库为研究对象，对其通风系统排除乙醇蒸气的有效性进行分析，并提出优化设计方案。

2 酒库概况

某大型酒厂酒库为单层建筑，层高约14m，建筑面积80m×40m，内部有7个直径9m的不锈钢酒罐，单罐容积为500m3，18个直径7m的不锈钢酒罐，单罐容积为300m3，主要用来存储50度以上的原酒。

现有通风系统设计方案中，酒库在屋面设计了风机，同时在屋面还有自然通风口，用于排除浓度过高的乙醇蒸气，风机和通风口的具体参数如表1所示。

表1 酒库风机及通风口参数表

50度以上的原酒闪点低于28℃，容易燃烧，易挥发，酒精蒸气爆炸极限为3.3%—19%，具有很高的爆炸危险性。同时，白酒在任何温度都能蒸发，只是蒸发量与气温成正比，罐内白酒的蒸发属静止性蒸发，在泵送或灌酒时，属流动性蒸发。不管是静止蒸发还是流动蒸发，其挥发的酒精蒸气不易扩散，往往在储存库或作业场的空间弥漫飘荡，如通风条件较差，就会大大增加火灾危险因素。下面，本文将建立不同的乙醇浓度超标场景，利用火灾场模拟软件FDS模拟计算通风系统启动后降低乙醇浓度的效果［2－4］。

3 场景设计

为建立模拟场景，需要设定酒库内的乙醇蒸气浓度，由于现有的测量数据不足，基于保守考虑，本文设计两类场景:一是局部区域酒精蒸气浓度超标，达到18%(V/V);二是整体区域酒精蒸气浓度超标，达到8%(V/V)。考虑到现有的通风系统的风机和通风口都在屋面，为提升通风效果，在酒库南北两侧各增加4个风机、4个通风口，风机功率与屋顶相同，通风口的口径为1.0m×1.0m。综合考虑蒸气浓度超标及通风系统后，设计4个通风场景，具体情况如表2所示，通过FDS建立的通风场景模型如图1至图3所示［5－7］。

表2 通风降低乙醇蒸气浓度模拟场景列表

图1 部分区域蒸气超标示意图

图2 所有区域蒸气超标示意图

图3 酒库通风系统优化示意图

4 现有通风系统有效性模拟与分析

4.1 场景A模拟计算结果

场景A为局部蒸气浓度超标，局部区域位于仓库一角，体积为4100m3，酒精蒸气浓度为18%，屋顶风机和通风口开启，利用火灾场模拟软件FDS计算之后的结果如图4、图5所示。

图4 场景A酒精蒸气流动情况示意图

图5 场景A酒精蒸气浓度分布切面图(y=24m)

由图4、图5可见，由于自然通风口和风机的共同作用，酒精蒸气浓度会不断降低，但直到20分钟时，1.0m高度以下部分区域酒精蒸气浓度仍然高于燃烧爆炸下限3.3%，继续存在爆炸危险性。可见由于机械风机功率不足、通风口、风机布置位置不合理，导致现有的通风换气系统效能较低，难以满足快速降低酒精蒸气浓度的需求。

4.2 场景B模拟计算结果

图6 场景B酒精蒸气流动情况及浓度分布切面图(1200s)

由图6可见，在通风系统的作用下，酒库内蒸气浓度不断降低，但是由于蒸气浓度整体超标，直到20分钟时，8.0m高度以下的绝大部分区域的酒精蒸气浓度高于燃烧爆炸下限3.3%，仍然存在爆炸的可能性。与场景A比较而言，现有的通风换气系统在场景B中的效能更低，更加难以满足快速降低酒精蒸气浓度的需求。

5 优化后通风系统有效性模拟与分析

图7 场景C酒精蒸气流动情况及浓度分布切面图(1200s)

图7和图8分别给出了1200s时场景C、D的酒精蒸气流动情况及浓度分布切面图。由图7可见，优化通风系统后，酒精蒸气能够被有效的排出，酒精蒸气迅速降低，到20分钟时，整个酒库区域的酒精蒸气浓度均低于燃烧爆炸下限3.3%，大大降低了爆炸危险性。当酒库蒸气整体超标时，优化通风系统后，由于通风量始终有限，直到20分钟时，8.0m高度以下区域的酒精蒸气浓度仍然略高于燃烧爆炸下限3.3%，爆炸危险性有一定程度降低却继续存在，如图8所示。

图8 场景D酒精蒸气流动情况及浓度分布切面图(1200s)

6 蒸气收集排除方案

通风系统有效性模拟计算表明，现有通风系统排除乙醇蒸气浓度过高的效果不是很理想，本文设计了增加补风装置的通风系统优化方案，模拟计算结果对比表明，优化通风换气系统，增加侧墙机械风机和自然换气扇可以经济有效的增强酒库安全性，但是如果发生酒库整体区域乙醇蒸气浓度超标时，一定的通风时间内仍然存在蒸气浓度过高的区域。

考虑到酒库内乙醇蒸气浓度过高主要发生在泵酒及搅拌作业时，乙醇蒸气大量从罐顶的呼吸阀溢出，如能及时将从呼吸阀溢出的乙醇蒸气排至室外则酒库内乙醇蒸气爆炸的危险性将显著降低。因此本文建议安装如图9所示的乙醇蒸气收集排出装置，安装后建议在酒罐泵酒及搅拌时开启该装置，尽可能将溢出的乙醇蒸气尽早排至室外。

图9 乙醇蒸气收集排出装置示意图

7 结语

通过FDS模拟计算，笔者研究了某酒库的通风系统排除过高浓度乙醇蒸气的效果，计算结果显示由于机械风机功率不足，自然换气扣和机械风机分布位置不合理，现有设计的屋面风机和屋面通风口无法迅速降低乙醇蒸气浓度。而通过在酒库侧面增加风机和通风口后，可以有效提高工作效率，尽可能降低火灾爆炸危险性。同时，为尽早将乙醇蒸气排出酒库，笔者建议在不锈钢储罐呼吸阀附近安装乙醇蒸气收集排出装置，在泵酒或搅拌时开启该装置，避免出现局部乙醇蒸气超出爆炸下限的情况。

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