Нагрев стогов сена и спонтанные пожары в сараях: критические температурные пороги (65 C / 150 F) и безопасное удаление тюков¶

На молочных фермах, конюшнях, животноводческих фермах и приусадебных участках по всему миру единственной ведущей неэлектрической причиной катастрофических пожаров в коровниках и скоте является самопроизвольное возгорание сырого тюкованного сена, люцерны, клевера, овсяного сена или соломы. В отличие от лесного пожара или машинной искры, которая воспламеняет стог снаружи, самовозгорание сена начинается бесшумно на глубине от 1 до 3 метров (от 3 до 10 футов) внутри изолированной сердцевины только что уложенного сена от 10 дней до 6 недель после сбора урожая. Когда корм упакован в тюки с уровнем влажности, превышающим безопасный порог (> 18% to 20% влажность для небольших прямоугольных тюков или > 14% to 16% влажность для плотных больших круглых или больших квадратных тюков) без консерванта на основе пропионовой кислоты, дыхание растительных клеток и миллиарды мезофильных и термофильных микроорганизмов начинают переваривать растительные сахара и выделять тепло, которое не может уйти через окружающее изолирующее сено. Как только внутренняя температура превысит 55 C to 65 C (130 F to 150 F) теплолюбивые бактерии (Bacillus Caldovelox и термофильные грибы) запускают экзотермическую химическую реакцию Майяра и окислительное расщепление целлюлозы и гемицеллюлозы, приводя к превышению внутренней температуры 77 C to 93 C (170 F to 200 F) и производство пирофорного (самовоспламеняющегося) угля и горючих пиролизных газов (carbon monoxide, methaneи hydrogen).

Что делает нагревающийся стог сена исключительно смертельным для фермеров и сельских пожарных, так это две нелогичные физические ловушки: (1) Кислородная ловушка с вспышкой: В 80 C to 100+ C (175 F to 212+ F), тлеющее ядро стога сена лишено кислорода; если фермер распахнет двери сарая, чтобы «выветрить дым», или начнет разбирать горячие тюки с помощью тракторного захвата без ** заряженного пожарного насосного шланга (>= 100 psi)** стою, внезапный прилив свежего атмосферного кислорода (21% O2) попадает в перегретый пирофорный углерод и карман горючего газа, вызывая мгновенную взрывную вспышку или обратную тягу, которая за считанные секунды охватывает весь сарай. **(2) Ловушка «Скрытая выгоревшая полость» («Воронка»): ** Глубоко внутри отопительной трубы тлеющие огненные карманы сжигают внутренние тюки, оставляя верхний слой сена совершенно твердым. Фермер, который выходит на дымящийся стог сена, чтобы вставить датчик температуры, не кладя при этом длинные деревянные доски (2x10 или 2x12 доски) и пристегнутые ремни безопасности могут внезапно прорваться сквозь наст и погрузиться по грудь в 300 C to 500 C (570 F to 930 F) подземная печь из тлеющих углей и угарного газа, получив смертельные ожоги и удушье за считанные секунды. Если в вашем сарае прямо сейчас пахнет карамелизированным табаком, подгоревшим хлебом или едким дымом, позвоните местному жителю. номера экстренных служб немедленно и обратитесь к нашим руководствам для братьев и сестер по Опасность газа из зернохранилища (диоксид азота) и навозных ям, Сбежавший ожог кучи кустов и защита сельского резервуара для водыи тепловой стресс домашней птицы и скота на приусадебных участках.

Сделай это сейчас¶

1. НИКОГДА не ходите прямо по дымящемуся, пахнущему карамелью или дымящемуся стогу сена. Тлеющие внутренние очаги возгорания сжигают полые пещеры под поверхностными тюками; всегда кладите длинные и широкие деревянные доски (3.6-meter / 12-foot 2x10 или 2x12 доски) или листы 19 mm (3/4-inch) фанеру на верхнюю часть штабеля, чтобы распределить свой вес, работайте парами и надевайте ремни безопасности, привязанные натянутым страховочным тросом к балке сарая под наблюдением наблюдателя снаружи.
2. Если внутренняя температура датчика сена достигает или превышает 77 C (170 F) - ИЛИ если вы видите видимый дым, тлеющие искры или чувствуете сильный едкий/обугленный дым трубочного табака - ОСТАНОВИТЕСЬ, НЕ перемещайте ни одного тюка, ЗАКРОЙТЕ двери сарая, чтобы ограничить поступление кислорода, эвакуируйте всех лошадей/крупный рогатый скот и немедленно позвоните в пожарную службу по номеру 911/112/999. Разборка >= 77 C (170 F) дымовая труба без заряженного шланга. Бригада пожарных на месте происшествия подвергает перегретый пирофорный углерод воздействию свежего воздуха и вызывает мгновенное мгновенное воспламенение.
3. НИКОГДА не распыляйте воду вслепую на теплую стог сена снаружи (< 77 C / 170 F) с помощью садового шланга. Смачивание теплого стога сена без его полного затопления и разборки просто добавляет влаги в сухие окружающие тюки, создавая совершенно новый бактериальный цикл нагрева и образуя воздухонепроницаемую влажную корку, которая еще быстрее удерживает тепло внутри сердцевины.
4. ** Систематически проверяйте штабель, используя термометр для компоста/сена длиной 2-3 метра или самодельный термометр. 13 mm (1/2-inch) заостренная стальная электропроводящая труба.** Если у вас нет коммерческого зондового термометра, воткните заостренную стальную трубу в самые горячие углубления дымовой трубы, оставьте ее на 15-20 минут и опустите стеклянный/цифровой термометр на веревке внутрь трубы (или используйте Аварийный тест трубы голыми руками: если вы не можете удерживать вытянутую стальную трубу голой рукой более 1-2 секунд, сердечник превышает 71 C / 160 F и находится в Красной опасной зоне).
5. Если ваше сено исследуется между 65 C and 74 C (150 F and 165 F) («Янтарь входит в опасную зону»), позвоните местному волонтеру/муниципальной пожарной службе по неэкстренной или диспетчерской линии ПЕРЕД разбором сарая. Попросите пожарную службу подготовить заряженный насос/автоцистерну (1.5-inch / 38 mm линия атаки) на скотном дворе, одновременно осторожно вытаскивая тюки один за другим на открытое пастбище на расстоянии не менее 30-50 метров (100-165 футов) с подветренной стороны от всех построек.
6. Впрыскивание сухого льда (твердой двуокиси углерода, CO2) или жидкий азот по перфорированным стальным трубам в > 77 C (170 F) горячие точки в случае ожидания тяжелого оборудования и пожарных расчетов. Укладка измельченного сухого льда на брезентовый штабель или падение его на пробитые трубы приводит к затоплению промежутков между сеном тяжелым и замерзающим CO2 газ (-78.5 C / -109.3 F), одновременно охлаждая активную зону и вытесняя кислород ниже 12% O2 порог горения, позволяющий вынимать тюки без возгорания.

Схема принятия решений: оценка температуры ядра Haystack и протокол экстренных действий¶

Используйте это официальное дерево решений для сельского хозяйства и пожарной службы (USDA, NFPA, Корнеллский/Пенсильванский университет/Университет Миннесоты) каждый раз, когда вы исследуете подозрительный стог сена.

flowchart TD
    A["Подозрение на свежесложенную косилку сена или стог круглых/квадратных тюков (через 10 дней-6 недель после тюкования): пар, конденсат на крыше, сладкий карамельный или едкий затхлый запах."] --> B["БЕЗОПАСНОСТЬ ПЕРВЫМ: НЕ ходите по штабелям, не подложив 12-футовые деревянные доски + ремни безопасности и корректировщик снаружи."]
    B --> C["Вставьте термометр с зондом для сена длиной 2-3 метра (6-10 футов) (или стальную трубу с приводом на 15-20 минут) в углубления для испарения и центр штабеля."]
    C --> D{"Каково максимальное значение температуры ядра?"}
    D -->|"< 52 C (< 125 F): нормальное лечение потливости."| E["ЗЕЛЕНАЯ ЗОНА (Безопасная): нормальное дыхание растений и мезофильное лечение. Мониторинг еженедельно; держите сарай проветриваемым."]
    D -->|"От 52 C до 65 C (от 125 F до 150 F): термофильная бактериальная эскалация."| F["ЖЕЛТАЯ ЗОНА НАБЛЮДЕНИЯ: Проверяйте КАЖДЫЕ 12-24 ЧАСА. Увеличьте поток воздуха вокруг штабеля; отдельные тюки, если к ним легко получить доступ."]
    D -->|"От 65 до 77 °C (от 150 до 170 F): начинается экзотермическое химическое окисление."| G["ЯНТАРНАЯ ОПАСНАЯ ЗОНА: Проверяйте КАЖДЫЕ 2-4 ЧАСА. Температура НЕ упадет сама по себе. Позвоните в пожарную службу, чтобы подготовить заряженный шланговый грузовик, а затем демонтируйте штабель на открытом пространстве на расстоянии > 50 м (165 футов) от зданий."]
    D -->|"От 77 C до 93 C (от 170 F до 200 F): очаги тлеющего огня и пирофорный углерод."| H["КРАСНАЯ КРИТИЧЕСКАЯ ЧРЕЗВЫЧАЙНАЯ СИТУАЦИЯ: Немедленно позвоните по номеру 911/112/999. ОСТАНОВИТЕ перемещение тюков до тех пор, пока пожарная служба не зарядит 1,5-дюймовые шланги, направленные на штабель. Закройте двери, чтобы ограничить доступ кислорода; эвакуировать скот."]
    D -->|">= 93 C (>= 200 F) ИЛИ Видимый дым/тлеющие угли"| I["ЧЕРНАЯ ЗОНА НЕМИНИМАЛЬНОГО ВСПЫШКИ: Возгорание пламени происходит мгновенно при контакте с воздухом. Впрыскивайте сухой лед/CO2 или большое количество воды/пены класса А ПЕРЕД вытаскиванием тюков с помощью экскаватора/грейфера с длинным вылетом."]

Часть 1: 4 биохимические и химические стадии самовозгорания сена¶

Почему тюк влажной люцерны или травяного сена, лежащий в прохладном сарае, может нагреваться от 25 C (77 F) вплоть до 500 C (932 F) с нулевой внешней искрой? Спонтанное нагревание проходит через четыре отдельные биологические и химические стадии, каждая из которых передает эстафету следующей:

Этап 1: Дыхание растительных клеток и рост мезофильных микробов (20 C to 45 C / 68 F to 113 F)¶

• В течение первых 24-72 часов после срезки и пакетирования живые растительные клетки внутри влажных стеблей (moisture > 20%) продолжают дышать, потребляя углеводы (\(C_6H_{12}O_6 + 6O_2 \rightarrow 6CO_2 + 6H_2O + \text{Heat}\)) и выделяя водяной пар («сенной пот»).
• Если влажность тюка ниже 15 % (большие тюки) или 18 % (маленькие тюки), это нежное тепло (35 C to 45 C / 95 F to 113 F) испаряет влагу и безопасно остывает в течение 2 недель.
• Однако если влажность превышает 20% to 35% теплая и влажная внутренняя среда вызывает взрыв мезофильных грибов (Aspergillus, Fusarium) и бактерий, которые переваривают неструктурные растительные сахара и повышают температуру внутри тюка за пределы 45 C (113 F) при склеивании волокон сена в плотный, удерживающий тепло коврик.

Стадия 2: термофильное бактериальное и грибковое доминирование (45 C to 70 C / 113 F to 158 F)¶

• Выше 45 C (113 F)мезофильные бактерии отмирают и заменяются термофильными (теплолюбивыми) актиномицетами (Saccharopolyspora Rectivirgula и Thermoactinomyces vulgaris, организмами, которые также вызывают гиперчувствительный пневмонит типа «фермерских легких») и термофильными бактериями (Bacillus stearothermophilus, Bacillus Caldovelox).
• Эти термофилы интенсивно процветают между 50 C and 65 C (122 F and 149 F), быстро расщепляя сложные крахмалы и белки посредством неферментативных реакций Майяра потемнения (которые придают отапливаемому сенному сараю неповторимый сладкий, карамелизированный, свежеиспеченный хлеб или запах трубочного табака).
• Автор 68 C to 74 C (155 F to 165 F) температура становится настолько сильной, что даже термофильные бактерии пастеризуются и погибают. Многие фермеры ошибочно полагают, что, как только бактерии погибнут 70 C (158 F), сено перестанет нагреваться. На самом деле самый опасный этап только начался.

Стадия 3: Абиотическое экзотермическое химическое окисление (70 C to 150 C / 158 F to 302 F)¶

• Как только термофильные бактерии продвигают сено к 70 C (158 F) в присутствии влаги происходит чисто химическое самоускоряющееся экзотермическое окисление:
  • Растительные липиды (ненасыщенные жирные кислоты в кутикуле листьев) и гидролизованная гемицеллюлоза распадаются на высокореактивные свободные радикалы и пероксиды.
  • Поскольку сено от сухого к влажному имеет чрезвычайно низкую теплопроводность (действуя как изоляция из стекловолокна), в центре сена выделяется тепло. 100-ton косить сено или плотную стогу 700 kg (1,500 lb) круглые тюки не могут уйти.
  • Каждые 10 C (18 F) повышение температуры увеличивает скорость химической реакции в два раза (Arrhenius equation), что приводит к повышению температуры ядра с 77 C (170 F) к 120 C (248 F) в течение нескольких часов.

Стадия 4: Пиролиз, образование пирофорного углерода и самовоспламенение (150 C to 280+ C / 302 F to 536+ F)¶

• Выше 150 C (302 F) глубоко внутри обедненной кислородом сердцевины штабеля целлюлоза подвергается термическому пиролизу (обугливанию), в результате чего внутреннее сено становится черным и образуется мелкодисперсный пористый «пирофорный углерод».
• Что такое пирофорный углерод? Пирофорный углерод , это химически нестабильный активированный уголь с огромной микроскопической площадью поверхности. В тот момент, когда 175 C to 250 C (350 F to 480 F) пирофорный углерод контакты свежие 21% атмосферный кислород (либо при сжигании отверстия дымохода до поверхности дымовой трубы, либо когда ничего не подозревающий фермер вытаскивает тюк из кучи), ** кислород настолько сильно адсорбируется на углеродной поверхности, что тот разрывается 600 C (1,100 F) мгновенно загорается(auto-ignition)**.

Часть 2: Полная таблица температурного воздействия датчика Hay и метод импровизированной стальной трубы¶

В каждом сарае, хранящем более 20 тонн сена, должен быть 1.8-to-3.0-meter (6-to-10-foot) коммерческий датчик температуры сена с Т-образной ручкой, висящий внутри входной двери, и проверяйте новое сено два раза в неделю в течение первых 6 недель после его укладки.

1. Официальные температурные пороги и обязательные действия.¶

2. Как сделать аварийный зонд для сена за 15 минут (без коммерческого зонда)¶

1. Возьми 2.4-to-3.0-meter (8-to-10-foot) длина 13 mm to 19 mm (1/2-inch to 3/4-inch) жесткий стальной электропроводник или оцинкованная труба.
2. Забейте один конец острым долото и просверлите шесть. 5 mm (3/16-inch) отверстия чуть выше кончика, чтобы внутреннее тепло быстро достигало дна.
3. Положите деревянные доски поверх стога сена (с привязными ремнями) и протолкните стальную трубу 1.5 to 2.5 meters (5 to 8 feet) вниз в дымящиеся депрессии.
4. Опустите термометр на веревке на дно трубы на 15-20 минут (заткнув верх тряпкой), потяните веревку и сразу же измерьте температуру.

Часть 3. Пошаговый протокол капитального ремонта: как убрать нагревающееся сено, не сжег сарай¶

Как только стог сена превысит 68 C to 77 C (155 F to 170 F), следуйте этому строгому шестиэтапному протоколу совместного капитального ремонта фермера и пожарной службы:

+-------------------------------------------------------------------------+
|       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.   |
+-------------------------------------------------------------------------+

Часть 4. Профилактика при пакетировании и штабелировании: пределы влажности, тесты на влажность стебля и консерванты.¶

Почему опытных фермеров застает врасплох обогреваемый сенокос, даже если внешние листья валка кажутся сухими и хрустящими под полуденным солнцем?

1. «Влажность стебля» по сравнению с «Влажностью росы» и пределами плотности тюка.¶

• Внутренняя влага стебля (вода, попавшая внутрь толстых стеблей кроны люцерны, стеблей клевера или незрелых узлов овса) гораздо опаснее, чем легкая вечерняя роса на листьях. Когда большой тюковый пресс-подборщик высокой плотности (3x4 или 4x4 тюки, сжатые при > 200 kg/m3) измельчает толстые стебли, скрытый сок стебля вытекает в анаэробный суперизолированный блок.
• Максимальный безопасный процент влажности при прессовании (без консерванта):

2. Использование забуференной пропионовой кислоты и применение «правила двухнедельного пота на открытом воздух延

1. Консерванты для сена с буферной пропионовой кислотой: Если наступающий дождь вынуждает вас тюковать сено в 20% to 26% влаги, нанесите коммерческий жидкий консервант на основе пропионовой/уксусной кислоты на подборщик пресс-подборщика (2 to 5 kg per metric ton / 4 to 10 lbs per ton, в масштабе относительно влажности). Пропионовая кислота подавляет появление плесени и термофильных бактерий. (Внимание: обычная каменная соль [NaCl] брошенный на тюки сена, НЕ предотвращает самовозгорание, если только он не применяется в огромных, неприятных количествах > 2% по весу и может впитывать в тюк влагу из окружающей среды).
2. Никогда не складывайте подозрительные тюки в сарай сразу («Правило 2-3 недель пота на открытом воздухе»):
   • Если в тюках влажность превышает целевую (> 16% для больших тюков или > 20% для небольших тюков) - или даже если в фургоне находятся всего 3 или 4 мокрых тюка из низкой канавы или затененной линии деревьев - НЕ кладите эти тюки в основной сарай для сена.
   • Достаточно всего лишь одного влажного тюка, закопанного среди 500 сухих тюков, чтобы зажечь бактериальную печь, которая воспламенит весь коровник.
   • Храните подозрительные тюки ** на открытом воздухе на поддонах или гравии в один ряд (с 30 cm / 1 foot воздушные промежутки между рядами) под дышащим брезентом на срок от 14 до 21 дня**, пока они не закончат свой биологический «пот» и не остынут внизу38 C (100 F) перед перемещением их в помещение.

(Информацию о чрезвычайных ситуациях, связанных с чрезвычайными ситуациями в области сельскохозяйственной и сельской пожарной безопасности, см. Газ из зернохранилища (красные пары диоксида азота) и сероводород из навозной ямы, Уцелевший ожог кучи кустов, возгорание травы и защита сельского резервуара для водыи Переворот трактора и сальто назад. Подумайте о том, чтобы пройти курс по тушению пожаров в сельской местности и оказанию первой помощи в сельском хозяйстве через офис вашего округа, Красный Крест или скорую помощь Святого Иоанна.)

Региональные номера экстренных служб и протоколы агентств¶

Часто задаваемые вопросы¶

Связанные руководства¶

• Газы из зернохранилища (красные пары диоксида азота), болезнь наполнителя силоса и сероводород из навозной ямы.
• Уцелевший ожог кучи кустов, возгорание травы и защита сельского резервуара для воды
• Переворот трактора и сальто назад: почему прицепка выше дышла переворачивает трактор за 1,5 секунды
• Птичий грипп на приусадебных участках, вторжение хищников в курятник и тепловой стресс у скота
• Номера экстренных служб

Источники и официальное руководство¶

• Министерство сельского хозяйства США (USDA) и Национальная база данных по сельскохозяйственной безопасности (NASD): Предотвращение и контроль самовозгорания в хранилищах сена и силоса: критические пороговые значения температуры зонда (150 F to 200 F) и Безопасность ремонта.
• Кооперативное расширение Корнеллского университета, расширение штата Пенсильвания и расширение Университета Миннесоты: Предотвращение пожара в сенном сарае: микробиологические и экзотермические химические фазы нагрева, пределы влажности в зависимости от плотности тюка и протокол термометра для стальных труб с приводом.
• Национальная ассоциация противопожарной защиты (NFPA, США) и Международная ассоциация начальников пожарной охраны (IAFC): *Пожарные операции в сельскохозяйственных сараях и силосах: пиролиз с ограничением кислорода, предотвращение перекрытия, тепловидение и применение пены класса А при пожарах сена *.
• Пожарное управление страны (CFA, Виктория, Австралия) и Австралийской ассоциации производителей кормов (AFIA): Руководство по самовозгоранию Haystack для фермеров и сельских пожарных.
• Европейская конфедерация ассоциаций противопожарной защиты (CFPA Europe) и немецкое сельскохозяйственное социальное страхование (SVLFG): Рекомендации по измерению температуры стога сена (Heumesssonde) и безопасному удалению самонагревающегося корма.