Отопление на купи сено и спонтанни пожари в плевня: Критични температурни прагове (65 C / 150 F) и безопасно отстраняване на бала¶

Във ферми за млечни продукти, конюшни, ферми за добитък и чифлици по целия свят единствената водеща неелектрическа причина за катастрофални пожари в плевни и добитък е спонтанно запалване на влажно балирано сено, люцерна, детелина, овесено сено или слама. За разлика от горски пожар или искра от машина, която запалва външната страна на купчина, спонтанното запалване на сено започва безшумно 1 до 3 метра (3 до 10 фута) дълбоко в изолираната сърцевина на прясно подредена сенокосена коса 10 дни до 6 седмици след прибиране на реколтата. Когато фуражът е балиран над неговия безопасен праг на влага (> 18% to 20% влага за малки правоъгълни бали, или > 14% to 16% влага за плътни големи кръгли или големи квадратни бали) без консервант с пропионова киселина, уловено дишане на растителни клетки и милиарди мезофилни и термофилни микроорганизми започват да усвояват растителните захари и да генерират топлина, която не може да излезе през околното изолиращо сено. След като основната температура премине 55 C to 65 C (130 F to 150 F), топлолюбивите бактерии (Bacillus caldovelox и термофилни гъбички) предизвикват екзотермична химическа реакция на Maillard и окислително разцепване на целулоза и хемицелулоза, повишавайки вътрешните температури над 77 C to 93 C (170 F to 200 F) и произвежда пирофорни (самозапалващи се) въглеродни въглища и горими пиролизни газове (carbon monoxide, methane, и hydrogen).

Това, което прави отопляемата купа сено уникално смъртоносна за фермерите и пожарникарите в селските райони, са два контраинтуитивни физически капана: (1) Капанът за изригване на кислород: В 80 C to 100+ C (175 F to 212+ F), тлеещата сърцевина на купа сено изпитва недостиг на кислород; ако фермер отвори вратите на хамбара, за да „проветри дима“ или започне да разкъсва горещи бали с тракторен грайфер без зареден маркуч за помпа на пожарната (>= 100 psi) в готовност, внезапният прилив на свеж атмосферен кислород (21% O2) удря прегрятия пирофорен въглерод и джоба на горимия газ, предизвиквайки мигновен експлозивен пламък или обратна тяга, който поглъща целия хамбар за секунди. **(2) Скритата изгоряла кухина („Понора“) Капан: ** Дълбоко в нагревател, тлеещи огнища изгарят вътрешните бали, като оставят горния слой сено да изглежда напълно здрав. Фермер, който излиза на върха на димяща купа сено, за да бутне температурна сонда, без да поставя дълги дървени дъски (2x10 или 2x12 дъски) и носенето на вързан предпазен колан може внезапно да пробие кората и да се потопи до гърдите в 300 C to 500 C (570 F to 930 F) подземна пещ от тлееща жарава и въглероден окис, претърпял фатални изгаряния и задушаване за секунди. Ако вашата плевня мирише на карамелизиран тютюн, изгорял хляб или лютив дим в момента, обадете се на местния номера за спешни случаи незабавно и се консултирайте с нашите братски ръководства опасности от силозния газ за зърнени храни (азотен диоксид) и оборски тор, избягало изгаряне на купчина храсти и защита на селски резервоар за вода, и топлинен стрес на домашните птици и добитъка в задния двор.

Направете това сега¶

1. НИКОГА не ходете директно върху димяща, миришеща на карамел или димяща купа сено. Тлеещи вътрешни пожарни джобове изгарят кухи пещери под повърхностните бали; винаги поставяйте дълги, широки дървени дъски (3.6-meter / 12-foot 2x10 или 2x12 дъски) или листове от 19 mm (3/4-inch) шперплат в горната част на купчината, за да разпределите теглото си, работете по двойки и носете предпазен колан, вързан с опънато спасително въже към греда на хамбар над главата, наблюдавани от наблюдател отвън.
2. Ако вътрешната температура на сондата за сено достигне или превиши 77 C (170 F) - ИЛИ ако видите видим дим, светещи искри или усетите силна миризма на остър/овъглен тютюн за лула - СПРЕТЕ, НЕ местете нито една бала, ЗАТВОРЕТЕ вратите на хамбара, за да ограничите кислорода, евакуирайте всички коне/говеда и незабавно се обадете на 911 / 112 / 999 за пожарната. Разглобяване на >= 77 C (170 F) купчина без зареден маркуч на пожарната. Екипът на сцената излага прегрят пирофорен въглерод на чист въздух и задейства моментално флашовър запалване.
3. НИКОГА не пръскайте вода сляпо върху външната страна на топла купа сено (< 77 C / 170 F) с градински маркуч. Намокрянето на топла купа сено без пълно наводняване и разглобяване просто добавя влага към сухите околни бали, създавайки чисто нов цикъл на бактериално нагряване и образувайки херметична мокра кора, която улавя топлината в сърцевината още по-бързо.
4. Проверявайте купчината систематично, като използвате 2 до 3 метра (6 до 10 фута) сонда за термометър за компост/сено или домашно приготвена 13 mm (1/2-inch) заострена стоманена електрическа тръбопроводна тръба. Ако нямате търговски термометър за сонда, забийте заострена стоманена тръба в най-горещите вдлъбнатини на стека, оставете я за 15 до 20 минути и спуснете стъклен/дигитален термометър на връв надолу по вътрешната страна на тръбата (или използвайте Авариен тест за тръба с голи ръце: ако не можете да държите изтеглената стоманена тръба с голи ръце за повече от 1 до 2 секунди ядрото надвишава 71 C / 160 F и е в Червената опасна зона).
5. Ако вашите сонди за сено между 65 C and 74 C (150 F and 165 F) („Амбър навлиза в опасна зона“), обадете се на вашия местен доброволец/общинска пожарна на тяхната неспешна или диспечерска линия, ПРЕДИ да разглобите хамбара. Помолете пожарната служба да организира зареден камион помпа/цистерна (1.5-inch / 38 mm атакуваща линия) в двора, докато внимателно изваждате балите една по една към открито пасище на поне 30 до 50 метра (100 до 165 фута) надолу по вятъра от всички конструкции.
6. Инжектирайте сух лед (твърд въглероден диоксид, CO2) или течен азот надолу по перфорирани стоманени тръби > 77 C (170 F) горещи точки, ако чакате тежко оборудване и пожарни екипи. Опаковането на натрошен сух лед върху брезентова купчина или пускането му по задвижвани тръби наводнява интерстициалните пространства на сеното с тежко замръзване CO2 газ (-78.5 C / -109.3 F), като едновременно охлажда ядрото и измества кислорода под 12% O2 праг на горене, така че балите да могат да бъдат отстранени, без да избухнат в пламък.

Дърво на решения: Haystack Core Temperature Triage & Emergency Action Protocol¶

Използвайте това официално разширение на селското стопанство и дърво на решенията за противопожарна служба (USDA, NFPA, Cornell / Penn State / University of Minnesota Extension) всеки път, когато изследвате съмнителна купа сено.

flowchart TD
    A["Съмнение за новоподредено косене на сено или купчина кръгли/квадратни бали (10 дни до 6 седмици след балиране): пара, кондензация на покрива, сладък карамел или остра миризма на плесен"] --> B["БЕЗОПАСНОСТТА НА ПЪРВО място: НЕ ходете върху купчина, без да поставите 12-футови дървени дъски + предпазен колан и наблюдател отвън"]
    B --> C["Поставете 2 до 3 метра (6-10 фута) термометър за сонда за сено (или задвижвана стоманена тръба за 15-20 минути) във вдлъбнатини за пара и в центъра на стека"]
    C --> D{"Какво е максималното отчитане на основната температура?"}
    D -->|"< 52 C (< 125 F): Нормално лечение на „изпотяване“."| E["ЗЕЛЕНА ЗОНА (безопасна): Нормално дишане на растенията и мезофилно втвърдяване. Монитор ежеседмично; дръжте обора вентилиран."]
    D -->|"52 C до 65 C (125 F до 150 F): Термофилна бактериална ескалация"| F["ЖЪЛТА ЗОНА НА ГЛЕДАНЕ: Проверявайте НА ВСЕКИ 12 до 24 ЧАСА. Увеличете въздушния поток около стека; отделни бали, ако има лесен достъп."]
    D -->|"65 C до 77 C (150 F до 170 F): Започва екзотермично химическо окисляване"| G["ОПАСНА ЗОНА НА АМБЪР: Проверявайте НА ВСЕКИ 2 до 4 ЧАСА. Температурата НЯМА да спадне сама. Обадете се на противопожарната служба, за да организирате зареден камион с маркуч, след което разглобете стека на открито > 50 м (165 фута) от сградите."]
    D -->|"77 C до 93 C (170 F до 200 F): Тлеещи огнища и пирофорен въглерод"| H["ЧЕРВЕН КРИТИЧЕН СПЕШЕН СЛУЧАЙ: Обадете се на 911 / 112 / 999 Незабавно. СПРЕТЕ да премествате бали, докато пожарната не зареди 1,5-инчови маркучи, насочени към стека. Затворете вратите, за да ограничите кислорода; евакуирайте добитъка."]
    D -->|">= 93 C (>= 200 F) ИЛИ видим дим/светеща жарава"| I["ЧЕРНА ЗОНА НА ПРЕДСТОЯЩО ПРОБЛЕМВАНЕ: Запалването на пламъка става незабавно при излагане на въздух. Инжектирайте сух лед/CO2 или вода с голям обем/пяна от клас А ПРЕДИ да издърпате балите с багер/грайфер с голям обсег."]

Част 1: 4-те биохимични и химични етапа на спонтанно запалване на сено¶

Защо една бала влажно сено от люцерна или трева, поставена в хладна плевня, може да се затопли от 25 C (77 F) чак до 500 C (932 F) с нулева външна искра? Спонтанното нагряване преминава през четири различни биологични и химични етапа, всеки от които предава щафетата на следващия:

Етап 1: Дишане на растителни клетки и мезофилен микробен растеж (20 C to 45 C / 68 F to 113 F)¶

• През първите 24 до 72 часа след рязане и балиране, живи растителни клетки във влажни стъбла (moisture > 20%) продължете да дишате, консумирайки въглехидрати (\(C_6H_{12}O_6 + 6O_2 \rightarrow 6CO_2 + 6H_2O + \text{Heat}\)) и отделяйки водни пари ("потта на сеното").
• Ако влажността на балата е под 15% (големи бали) или 18% (малки бали), тази лека топлина (35 C to 45 C / 95 F to 113 F) изпарява влагата и се охлажда отново безопасно в рамките на 2 седмици.
• Въпреки това, ако влагата надвишава 20% to 35%, топлата, влажна вътрешност предизвиква експлозия от мезофилни гъбички (Aspergillus, Fusarium) и бактерии, които усвояват неструктурни растителни захари и повишават температурата в сърцевината на балата 45 C (113 F) докато залепвате влакната сено заедно в плътна, топлинно улавяща подложка.

Етап 2: Доминиране на термофилни бактерии и гъбички (45 C to 70 C / 113 F to 158 F)¶

• По-горе 45 C (113 F), мезофилните бактерии умират и се заместват от термофилни (топлолюбиви) актиномицети (Saccharopolyspora rectivirgula и Thermoactinomyces vulgaris, организмите, които също причиняват пневмонит на свръхчувствителност от белите дробове на фермера) и термофилни бактерии (Bacillus stearothermophilus, Bacillus калдовелокс).
• Тези термофили виреят интензивно между 50 C and 65 C (122 F and 149 F), бързо разграждане на сложни нишестета и протеини чрез неензимни реакции на покафеняване на Maillard (което придава на отопляемия хамбар безпогрешен сладък, карамелизиран, прясно изпечен хляб или миризма на тютюн за лула).
• от 68 C to 74 C (155 F to 165 F), топлината става толкова интензивна, че дори термофилните бактерии се пастьоризират и убиват. Много фермери погрешно приемат, че след като бактериите умират при 70 C (158 F), сеното ще спре да се нагрява. В действителност най-опасният етап току-що започна.

Етап 3: Абиотично екзотермично химическо окисляване (70 C to 150 C / 158 F to 302 F)¶

• След като термофилните бактерии тласкат сеното до 70 C (158 F) в присъствието на влага, чисто химично, самоускоряващо се екзотермично окисление поема:
  • Растителните липиди (ненаситени мастни киселини в кутикулите на листата) и хидролизираната хемицелулоза се разграждат до силно реактивни свободни радикали и пероксиди.
  • Тъй като сеното от сухо до влажно има изключително ниска топлопроводимост (действайки като изолация от фибростъкло), топлината, генерирана в центъра на 100-ton косене на сено или плътна купчина 700 kg (1,500 lb) кръгли бали не могат да избягат.
  • всеки 10 C (18 F) повишаването на температурата удвоява скоростта на химичната реакция (Arrhenius equation), което води до ускоряване на основните температури от 77 C (170 F) към 120 C (248 F) за броени часове.

Етап 4: Пиролиза, образуване на пирофорен въглерод и самозапалване (150 C to 280+ C / 302 F to 536+ F)¶

• над 150 C (302 F) дълбоко в обедненото на кислород ядро на стека, целулозата претърпява термична пиролиза (овъгляване), превръщайки вътрешното сено в черно и създавайки фино раздробен, порест "пирофорен въглерод".
• Какво е пирофорен въглен? Пирофорният въглен е химически нестабилен активен въглен с огромна микроскопична повърхност. В момента, в който 175 C to 250 C (350 F to 480 F) пирофорен въглерод контакти свежи 21% атмосферен кислород (или чрез изгаряне на коминна дупка до повърхността на купчината, или когато нищо неподозиращ фермер издърпа бала от купчината), кислородът се адсорбира върху въглеродната повърхност толкова силно, че избухва на открито 600 C (1,100 F) пламък мигновено (auto-ignition).

Част 2: Пълна таблица за действие на температурата на сондата за сено и методът на импровизираната стоманена тръба¶

Всяка плевня, съхраняваща повече от 20 тона сено, трябва да поддържа 1.8-to-3.0-meter (6-to-10-foot) търговска температурна сонда за сено с T-дръжка, окачена вътре във входната врата, и сонда за ново сено два пъти седмично през първите 6 седмици след подреждането.

1. Официални температурни прагове и задължителни действия¶

2. Как да изградите аварийна сонда за сено за 15 минути (без комерсиална сонда)¶

1. Вземете 2.4-to-3.0-meter (8-to-10-foot) дължина на 13 mm to 19 mm (1/2-inch to 3/4-inch) твърд стоманен електрически тръбопровод или поцинкована тръба.
2. Забийте единия край плосък в остър връх на длето и пробийте шест 5 mm (3/16-inch) дупки точно над върха, така че вътрешната топлина навлиза бързо в дъното.
3. Поставете дървени дъски в горната част на купата сено (носете вързан колан) и натиснете стоманената тръба 1.5 to 2.5 meters (5 to 8 feet) надолу в димящи депресии.
4. Спуснете термометър на връв до дъното на тръбата за 15 до 20 минути (запушвайки горната част с парцал), издърпайте връвта нагоре и незабавно отчетете температурата.

Част 3: Протокол за основен ремонт стъпка по стъпка: Как да премахнете нагревателното сено, без да изгорите плевнята¶

След като купа сено надхвърли 68 C to 77 C (155 F to 170 F), следвайте този строг 6-стъпков съвместен протокол за основен ремонт на фермер и пожарна служба:

+-------------------------------------------------------------------------+
|       6-STEP SAFE HAY OVERHAUL & BALE REMOVAL PROTOCOL (> 68 C)         |
+-------------------------------------------------------------------------+
|  STEP 1: EVACUATE LIVESTOCK & STAGE CHARGED FIRE APPARATUS FIRST        |
|  - Lead all horses and cattle to a distant pasture BEFORE moving bales. |
|  - Stage a Fire Dept pumper with at least TWO charged 38 mm (1.5-inch)  |
|    hoselines (with Class A surfactant foam) and shut off barn power.    |
|  STEP 2: COOL OR INERT THE CORE BEFORE UNCOVERING (If Temp >= 85 C)     |
|  - Drive piercing nozzles into hotspots with Class A foam/water, OR     |
|    pack 50-100 kg of crushed Dry Ice (CO2) under a tarp over hotspots.  |
|  STEP 3: REMOVE BALES FROM TOP TO BOTTOM USING MECHANICAL REACH         |
|  - Use a telehandler, excavator, or tractor grapple from OUTSIDE if     |
|    possible; any crew on the stack must wear SCBA on wooden planks      |
|    with a charged nozzle aimed directly at the bale being lifted.       |
|  STEP 4: EXPECT BALES TO BURST INTO FLAME THE SECOND THEY ARE LIFTED    |
|  - Knock down surface flames with a burst of Class A foam/water as      |
|    the loader carries the charred bale out of the barn immediately.     |
|  STEP 5: SEPARATE GOOD, WARM, AND CHARRED BALES > 50-100 METERS AWAY    |
|  - Pile 1 (Cool < 50 C): Stack loosely on pallets with air gaps.        |
|  - Pile 2 (Warm 50-70 C): Spread in a SINGLE layer, 1 meter apart.      |
|  - Pile 3 (Charred > 70 C): Break open completely and soak with water.  |
|  STEP 6: 48-HOUR FIRE WATCH ON REMOVED BALES                            |
|  - Monitor removed bales with a probe or thermal camera for 48 hours.   |
+-------------------------------------------------------------------------+

Част 4: Превенция при балиране и подреждане: граници на влага, тестове за влага на стъблото и консерванти¶

Защо опитни фермери се хващат неподготвени от отопляем сенобор, дори когато външните листа на ветрото се чувстват хрупкаво сухи на следобедното слънце?

1. „Влага на стъблото“ срещу „Влага на роса“ и граници на плътност на балите¶

• Вътрешната влага на стъблото (вода, уловена в дебели стебла на люцерна, стъбла на детелина или незрели овесени възли) е много по-опасна от леката вечерна роса по листата. Когато голяма квадратна балопреса с висока плътност (3x4 или 4x4 бали компресирани при > 200 kg/m3) смачква дебели стъбла, скрит сок от стъбла изтича в анаеробно, супер изолирано блокче.
• Максимални безопасни проценти на влага при балиране (без консервант):

2. Използване на буферирана пропионова киселина и прилагане на „правилото за 2-седмично изпотяване на открит

1. Буферирани консерванти за сено с пропионова киселина: Ако настъпващият дъжд ви принуди да балирате сено на 20% to 26% влага, нанесете търговски буфериран течен консервант с пропионова/оцетна киселина при пикапа на пресата (2 to 5 kg per metric ton / 4 to 10 lbs per ton, мащабиран до влага). Пропионовата киселина инхибира плесени и термофилни бактерии. (Предупреждение: обикновена каменна сол [NaCl] хвърлен върху бали сено НЕ предотвратява спонтанно запалване, освен ако не се прилага в масивни, неприятни количества > 2% от теглото и може да изтегли влагата от околната среда в балата).
2. Никога не подреждайте незабавно подозрителни бали в хамбар („Правилото за изпотяване на открито за 2 до 3 седмици“):
   • Ако натоварването с бали е над целевата ви влажност (> 16% за големи бали или > 20% за малки бали) - или дори ако само 3 или 4 мокри бали от нисък ров или сенчеста ивица на дърветата са във вагона - НЕ поставяйте тези бали в основния си плевник.
   • Необходима е само една единствена мокра бала, заровена в средата на 500 сухи бали, за да стартира бактериална пещ, която запалва цялата плевня.
   • Съхранявайте подозрителни бали на открито върху палети или чакъл в единични редове (с 30 cm / 1 foot въздушни междини между редовете) под дишащ брезент за 14 до 21 дни, докато завършат биологичната си "пот" и се охладят под 38 C (100 F) преди да ги преместите на закрито.

(За свързани извънредни ситуации, свързани с пожарната безопасност в селското стопанство и селските райони, вж Газ от силози за зърно (червени изпарения от азотен диоксид) и сероводород от ямата за оборски тор, Избягало изгаряне на купчина храсти, запалване на тревни пожари и защита на селски резервоар за вода, и Преобръщане на трактора и задно салто. Помислете дали да вземете курс за противопожарна и селскостопанска първа помощ в окръжния разширителен офис, Червения кръст или линейката St John.)

Регионални номера за спешни повиквания и протоколи на агенцията¶

Често задавани въпроси¶

Свързани ръководства¶

• Газ от силози за зърно (червени изпарения от азотен диоксид), болест на пълнителя на силози и сероводород в ямата за оборски тор
• Избягало изгаряне на купчина храсти, запалване на тревни пожари и защита на селски резервоар за вода
• Преобръщане на трактора и обръщане назад: защо прикачването над теглича обръща трактор за 1,5 секунди
• Птичи грип при домашни птици в задния двор, проникване в кокошарник от хищници и топлинен стрес на добитъка
• Спешни номера

Източници и официални указания¶

• Министерство на земеделието на Съединените щати (USDA) & Национална база данни за селскостопанска безопасност (NASD): Предотвратяване и управление на спонтанно запалване в складове за сено и силаж: критични температурни прагове на сондата (150 F to 200 F) и Безопасност при основен ремонт.
• Cornell University Cooperative Extension, Penn State Extension & University of Minnesota Extension: Hay Barn Fire Prevention: Microbiological vs. Exothermic Chemical Fases heating, Moisture Limits by Bale Density, and the Driven Steel Pipe Thermometer Protocol.
• Национална асоциация за противопожарна защита (NFPA, САЩ) и Международната асоциация на шефовете на пожарната (IAFC): Операции при пожар в селскостопански хамбар и силози: пиролиза с ограничен кислород, предотвратяване на пламък, термично изображение и нанасяне на пяна клас А при пожари в сено.
• Държавна противопожарна служба (CFA, Виктория, Австралия) и Австралийската асоциация на фуражната промишленост (AFIA): Насоки за спонтанно запалване на купа сено за фермери и селски пожарникари.
• Европейска конфедерация на асоциациите за противопожарна защита (CFPA Europe) и Германско земеделско социално осигуряване (SVLFG): Указания за измерване на температурите в купа сено (Heumesssonde) и безопасно отстраняване на самонагряващ се фураж.