白酒库防火监控的研究与应用进展

[摘要]首先对白酒库防火监控的研究与应用进行综述，说明其需求的产生背景、必要性和重要性，其次对国内外应用现状进行了研究，并根据白酒的物理化学性质和白酒火灾危险性特点，分析、选取白酒库防火监控的关键参数，最后对其研究与应用进行展望。

[关键词]白酒库；防火监控；监测参数

[中图分类号]F252.13 [文献标识码]A [文章编号]1005—152X（2017）03—0026—05

1引言

酒厂是指生产饮料酒的工厂，通常包括白酒厂、葡萄酒厂、白兰地酒厂、黄酒厂和啤酒厂等。我国是酒类生产大国和消费大国，在过去30年里，中国已经赶超英美，成为全球人均酒类消费第三大国。在国人的酒类消费清单中，69%为白酒，28%为啤酒、而葡萄酒只占3%。这说明白酒对社会经济和人民生活的影响深刻，在食品工业中也占有相当重要的地位。

根据中国酒业协会通报的2015年酿酒行业发展情况数据显示：2015年酿酒行业规模以上企业累计完成产品销售收入9229.17亿元，全国酿酒行业规模以上企业完成酿酒总产量7429.33万千升，主要经济效益汇总的全国酿酒行业规模以上企业总计2689家，且饮料酒尤其是白酒呈现出梯次性恢复态势。

随着社会的发展和人们对白酒需求量的提高，白酒生产企业的规模在迅速扩大，以往小作坊式的手工生产已经被规模生产所取代，但是与此同时很多安全性问题随之而来。通过对全国近年来白酒生产企业火灾情况统计分析发现，发生在白酒生产企业的火灾约72.5%在白酒库、15.0%在包装灌装车间、7.5%在酿酒车间、5.0%在制曲车间，因此白酒库和包装灌装车间是白酒生产企业防火防爆的重要地点，又由于引起燃烧爆炸的物质约90%是白酒，而白酒生产企业中白酒存放量最大的场所是白酒库，所以，白酒库的防火防爆是白酒生产企业防火工作的重中之重。

2白酒库防火监控的国内外研究与应用现状

2.1白酒库防火监控研究现状

白酒从原料处理到出厂的生产过程中一般需要两次储存，第一次是原酒（半成品）发酵储存，第二次是白酒（成品）出厂等待储存，所以国内外的学者对两次酒储存的酒库防火监控都有研究。在我国，白酒生产企业大致经历了小作坊式、半机械化和机械化、自动化三个阶段，白酒库的防火监控也分人工监控、有线监控、无线监控三种方式。目前，国内白酒生产企业大多停留在第二阶段，小部分发展到第三阶段；企业对白酒库的防火监控主要采用有线监控，少数采用无线监控，极少数采用人工监控。

白酒在我国历史悠久，我国传统白酒生产企业生产白酒的过程属于粗放式生产，他们对白酒库的防火监控最常用的做法就是，通过普通的压力表、温度计、湿度计或湿度试纸、电压计等探测装置对白酒库环境参数进行测量，靠人工观察和记录来完成数据的收集，这种方法的缺陷很多，主要有以下3点：（1）人工手动采集各项环境参数，不仅耗费人力，而且测量精确度也不够，不能够快速做出有效反应；（2）需要定期定时去白酒库查看数据，如果数据超出了理想的阈值，就需要人工对环境进行调节控制，过程繁琐，浪费人力和时间；（3）收集的数据不连续、不全面、不系统，管理者缺少对白酒库环境参数变化的实时掌控，从而有可能造成决策失误。因此白酒库防火安全人工监控的方式注定要被取代。

随着传感器技术、计算机技术、通信技术的发展，国内外很多白酒生产企业实现了在线监测，大部分都是采用有线网络传输，即有线监控，这一方法能够获取白酒库环境参数变化的实时信息，实现管理者在控制室中就可以了解到白酒库的全部运行情況，从而弥补人工监控的不足。

随着无线传感器网络技术的发展，其应用范围也越来越广，尤其是在测试测量等工程领域中，然而在白酒库的防火监控中却很少，但是由于其在白酒库防火监控系统中应用的潜力非常大，所以它也是业界关注的热点。在白酒库的防火监控中，用无线传感器网络传输数据具有诸多优势：（1）可以降低监控系统的成本，提高监控系统的灵活性和可维护性；（2）由于无线传感器网络技术可以全方位监控和收集数据，并且系统可以对收集的大量数据进行统计分析，所以无线传感器网络监控可以保证白酒成品或半成品的安全性、实现白酒库的全方位管理、促进白酒生产企业的安全运作；（3）节省了人力物力；（4）搭配适当探测装置（如温湿度传感器、乙醇蒸气浓度传感器、粉尘浓度传感器等）的无线传感器网络监控系统，能够适应白酒库的特殊环境，实用性强。

2.2白酒库相关防火监控研究现状

2.2.1仓库防火监控。保证仓库安全、预防仓库火灾是任何企业安全管理工作的重点之一，引发仓库火灾的原因有很多，我们要尽可能地把火灾概率降到最低，所以一个高性能的仓库防火系统成为了仓库安全管理的必要条件。仓库按技术处理方式可分为普通仓库、冷藏仓库、危险品仓库等，白酒库属危险品仓库一类，目前国内外特别针对白酒库设计的防火系统鲜少，但仓库防火系统较多，不同仓库储存的物品虽不同，但其防火目的相同，防火原理一样，因此我们只需要将这些已成熟的仓库防火系统换上适合白酒库的探测装置就可以移用到白酒库中使用。

张坤设计了一个基于单片机的仓库防火预警系统，具有采集现场信息、显示监测信息、分析预测信息，并将结果传递给相关工作人员的功能；谭本军等人设计了一个融合多传感器的仓库防火预警系统，可以通过烟雾传感器和温度传感器将采集的信号发送给控制模块，实现现场温度和烟雾的检测并实时报警的功能；曾琳针对仓库火灾频发，将无线传感器网络技术用于仓库火灾的监测，构建了一个基于无线传感器网络的仓库火灾实时监测预警系统，并给出了一个含多种传感器的传感器节点设计方案。

Fan Guan-lin提出在户外仓库和大型室内仓库，目前广泛使用的红外线火灾报警器和烟雾传感器遇到干扰和噪声容易出现误报漏报等问题，为此采用了可靠的火焰识别算法，设计了一个基于多源信息融合的实时火灾报警系统；Nanbao Xian等人为了定位火灾高危点或着火点、监控化学实验室和危险品仓库的安全，利用MSP430 MCU、温湿度传感器、可燃气体传感器和烟雾报警器，开发了一款防火监控的室内安全检测装置和手持终端；Elenus发布了其最新产品Elertus传感器，该传感器是一个小型、无线、电池供电的设备，可放置在保险箱、抽屉、橱柜、衣柜、棚、酒窖等地。

2.2.2通用防火系统。此处通用防火系统是指学者们设计的防火系统方案，有较高的灵活性，在实践活动中可以任意更换探测器、嵌入不同的火灾模型，从而实现在不同的环境（例如家庭、写字楼、仓库等）中有效防火，当然白酒库也不例外。目前，国内大部分场所仍使用传统的防火系统，智能化程度不高，容易出现误报漏报等问题，这使得人们在生产活动中极易受到火灾的威胁，所以提高防火系统的智能化是当务之急。在这条智能防火系统探索的道路上，一些学者已经针对这些问题给出了部分解决方案，并得到了认可，本文认为将这些被认可的防火系统移用到白酒库中，可以加快白酒库防火监控研究的步伐。

仇志铜为了解决火情预警参数单一、功能简单的问题，提出了一种火情预警系统方案，设计了一个基于多传感器信息融合的火情预警系统；邓要兵设计了一个基于单片机的多传感器火灾探测系统，该系统具有采集现场信息、分析信息并预测、将结果传递给相关人员、显示火灾信息、对火灾进行声光报警的功能；吕利昌等人针对传统火灾预警系统中单一传感器数据检测的缺陷，提出了一种基于反向传播神经网络模型的无线多传感信息融合火灾预警系统。

Xinjian Xiang等人设计了基于MSP430F149的电气防火报警和控制系统，并介绍了该电气消防控制系统是由独立的电气火灾探测器和电气火灾监控设备组成；Chen Jing等人针对火灾报警系统中存在的由信息不确定性引起的误报漏报的问题，设计了一个基于多传感器贝叶斯网络（BN）的火灾报警系统；Sun Junying等人描述了使用WSN的防火方法，设计了基于WSN的火灾预防智能系统。

2.2.3酒窖环境监控。如今国内外规模不同的酒厂不计其数，而在酒的生产过程中储存是一个很重要的环节，不同的酒对储存环境的要求不一样，特别是一些高档酒，对储存的环境更是挑剔，稍有不慎就不能保证酒的质量，所以对酒窖环境进行监控是非常有意义的。与此同时，酒窖也是火灾易发、高发点，目前学者们设计的酒窖环境监控系统绝大多数目的是寻找不同酒的最适宜储存温湿度，以获得酒最佳的香醇度、口感、质量，而忽略了防火监控方面的一些问题。但由于现存的酒窖环境监控系统已被广泛使用，且又是针对酒类储存区域，所以本文认为直接将防火监控板块加入到现有酒窖环境监控系统中不仅成本低，而且容易实现。

王丽君等人介绍了一种基于CAN总线的酒窖温湿度监控系统，可对多个酒窖区域同时监控，系统具备查看、保存和打印温湿度监测记录功能，有利于酒类科研人员更好地研究和确定储藏各类酒的最佳温度与湿度；李银华等人针对酒窖的特点，提出了采用集成湿度传感器IH3605和电子液态温度测量方式来测量湿度和温度的方法，给出了以单片机MC68HC908JL3为核心构成的酒柜控制器方案；刘蔚利用计算机及传感器对酒窖的温度进行控制，设计了酒窖无线温度监测系统。

Alberto Barbaresi等人介绍了一种对葡萄酒室进行管理和室内空气温度监测的方法，该方法是根据所监控地点的特殊需求来识别适合储存酒的均匀温度区、确定传感器的数量和位置、调试环境参数的阈值和刷新频率，现在这个方法已经通过了葡萄酒老化室的实验验证，应用于意大利葡萄酒农场；Nuno Costa等人为了实现两个目的：（1）系统能适应葡萄酒老化阶段的特殊环境，监测酒窖的各项环境参数，将收集的数据存入数据库，用于后期不同技术和方法的分析；（2）分析、比较、评估现有数据收集技术，发现缺陷，给出改进意见，提出新的有效、健全的数据收集方法，提出了一个实用、优化的无线传感器网络项目，用于（但不是特定于）监测酒窖，该项目是基于增量原型进行开发和部署；Giuseppe An-astasi等人为了支持生产者确保其葡萄酒生产的总体质量，设计和部署了一个基于WSN的监控系统，将无线传感器网络用于监测西西里酒厂的高品质葡萄酒的生产，重点监控生产车间和储存酒窖两个地方。

综上，文献[6]—[23]在信号采集、信号处理、信号分析等方面都有一定创新，比传统的防火系统更先进，对环境的监控更全面，对火灾的判断更准确，对火灾的预警更及时，但是这些系统还存在一定的缺陷有待后继者们去弥补。这些系统虽不是特定用在白酒库防火监控中的，但是其与白酒库的相关性很强，且系统都具有一定的智能化，只需做细小的改动就能在白酒库中使用，这给白酒库防火监控的研究奠定了坚实的基础。

3白酒库防火监控的关键参数分析

3.1白酒的物理化学性质

白酒的主要成份是乙醇和水，乙醇是一种无色透明易挥发的液体，比重为0.79，比水轻，沸点为73.3℃，自燃点为422℃，凝固点为-130℃，能够以任意比与水互溶。乙醇蒸气与空气混合后，能形成易燃易爆混合气体，其燃烧的含量浓度为7.1%，爆炸浓度极限为3.3%-19.0%，最大爆炸压力为0.75MPa，在燃烧时呈淡蓝色火焰，放出大量的热能。据测定乙醇完全燃烧可释放出1372KJ/mol的热量，由于白酒是乙醇与水的互溶物，乙醇一般占白酒体积的50%-60%，因此白酒燃烧往往呈现出乙醇燃烧的特点。

白酒度数高低是指白酒中乙醇含量的多少，酒的燃烧爆炸危险l生也是由酒内所含乙醇量决定。根据白酒中乙醇含量的高低可分高度酒、中度酒和低度酒三类，乙醇含量在60%以上的均称高度酒，含量在40%-60%之间的称中度酒，含量在40%以下的都属于低度酒㈣。酿造的白酒，无论属于哪种类型，乙醇含量越高，其闪点就越低，发生火灾爆炸的危险性就越大，其对照关系见表1。从表1中可以看出，乙醇含量在40%以上的白酒闪点在27℃以下，属于甲类危险品。

白酒中除了含乙醇和水，同时还含有其他微量的有机酸、酯、醛等有机化合物，它们虽是易燃物质，但对白酒火灾危险J生属类的影响很小，主要是对酒的香气和口味产生影響，故不对它们做深入研究。

3.2白酒火灾危险性特点

（1）蒸发性。白酒在任何温度都能蒸发，只是蒸发量与温度成正比。容器内的白酒蒸发属静止性蒸发，在泵送或灌酒时的白酒蒸发属流动性蒸发。不管是静止性蒸发还是流动性蒸发，其挥发的乙醇因相对密度为0.789 3（20℃），不易扩散，往往在白酒库的空间弥漫飘荡，如通风条件较差，就会大大增加火灾危险因素。

（2）易燃性。白酒火灾危险性的大小主要以其闪点、燃点、自燃点来衡量。40度以上白酒的闪点小于27℃，当白酒挥发的乙醇蒸气在空气中达到3%的浓度时，极微弱的静电火花就能引起燃烧，燃烧热值较高，危险性极大。

（3）易爆性。当白酒挥发的乙醇蒸气在空气中达到3.3%-19.0%的浓度时，与空气混合形成爆炸性可燃气体，爆炸范围宽、危险性大、破坏性强，且发生爆炸后极易对库房结构、储罐罐体、工作人员等造成严重伤害。

（4）流动性。白酒受热后体积膨胀，蒸气压力升高，容易导致容器破裂或白酒从容器口溢出，由于白酒流动扩散的速度很快，如果因容器破裂泄漏或从容器口溢出，就容易引起火灾。而白酒库在发生火灾后，火焰会沿着之前白酒的流动路径、管道或预留孔洞等各个渠道蔓延，且最高蔓延速度可达30m/min，从而造成大面积燃烧。实际上，燃烧和爆炸往往是互相转变、交替进行的，所以在白酒库燃烧的同时很有可能发生爆炸，爆炸喷溅出来带火的酒液会引燃周边物质，造成更大面积的燃烧，甚至直接威胁到消防人员和车辆装备的安全。

（5）隐蔽性。白酒燃烧呈淡蓝色火焰，发光发热不发烟，在火灾发生时，白酒会顺着各个渠道迅速流淌，并呈隐蔽燃烧状态。

（6）毒害性。乙醇在燃烧过程中会产生乙醛、乙酸、一氧化碳等有毒气体，可能会引起灭火救援人员和遇险被困群众中毒。此外，大量的乙醇蒸气会强烈刺激眼睛，若人员吸入大量的乙醇蒸气，还有可能导致身体麻醉、肾脏受损。

3.3白酒库防火监控的关键参数

通过对白酒的物理化学性质和白酒火灾危险性特点分析，本文认为白酒库防火监控的关键参数有温湿度、乙醇蒸气浓度、粉尘浓度、振动。

3.3.1温湿度。普通货物的一般存储温度为25℃左右，现有常温库的温度在0～30℃之间，所以大多货物都可以在常温库中存放。但是白酒对其所处环境的温度要求比较特殊，根据表1可以看出白酒对温度比较敏感，不同度数的酒需要存放在不同温度的环境，否则容易发生火灾。

空气湿度可用绝对湿度、饱和湿度、相对湿度、露点湿度四种方法表示，其中最常用的是空气相对湿度，空气湿度受空气温度的影响很大，当温度不断上升时，潮湿的空气会变得越来越干燥。在白酒库中，当湿度下降，温度就会上升，上升到一定数值就会引起白酒燃烧爆炸，所以，为了保持白酒库的温湿度尽量恒定，库内一般不进行通风，以防因温湿度的变化引起火灾。

3.3.2乙醇蒸气浓度。各类气体的含量和环境状况密切相关，不同种类气体的浓度是仓储环境监控的重要参数。在白酒库中，空气中乙醇蒸气的浓度是白酒库是否发生火灾的关键因素，所以它是白酒库防火监控的重点。

3.3.3粉尘浓度。在空气中粉尘的存在是不可避免的，粉尘颗粒非常小，具有极高的表面能，易发生物理或化学反应，而粉尘可能对货物产生不利影响，在一定空间内遇到明火极易发生爆炸。白酒库存放白酒少则几个月，多则几年，库内的粉尘可想而知的多，当粉尘与空气充分混合后，能形成易燃易爆混合气体，一旦遇到适宜的条件瞬间就会燃烧爆炸，释放出大量能量，对建筑、设备、人员等造成伤害。因此，对粉尘浓度的监控并预警可以有效减少火灾的发生。

3.3.4振动。振动是指一个状态改变的过程，它可以通过振幅、周期、频率、相位、阻尼比、动力放大系数等参数从不同角度来描述。目前振动原理广泛应用于音乐、建筑、医疗、制造、建材、探测、军事等行业。通过对白酒库中物品的振动或移动来监控预警，防止白酒库发生火灾，是振动原理在探测行业的应用之一。在白酒库中，物品振动容易产生静电甚至火花，容器振动容易导致容器破损或白酒溢出，不管是哪一种情况都极易引发火灾，所以对振动的监控至关重要。

4白酒库防火监控发展展望

通过对本文2.2小节文献的研究分析发现，我国防火监控系统呈以下特点：（1）無论是有线监控还是无线监控，大多数监控系统的监控参数单一。用单一的传感器对火灾信息进行监测报警，虽实时f生较好，但是误报漏报率高，且不符合国家对火灾自动报警系统设计的相关规定；（2）小部分监控系统是多参数火灾预警系统，但其信号处理能力有限。在这一小部分多参数火灾预警系统中，多数系统的信号处理方法是阈值法，这种方法虽简便易实现，但是其没有自学习能力和容错能力，也没有很好的抗干扰性和可靠性；在这一小部分多参数火灾预警系统中，少数系统使用信息融合技术及相关模型来处理火灾信号，信息融合技术虽成熟，但是预警模型还有待提高。因此，为了提高防火监控系统的智能化程度，本文认为基于多参数的防火预警系统、基于信息融合的防火预警系统、基于预警模型的防火预警系统不仅具有学术研究价值，而且是一个必然的发展趋势。

如今白酒生产企业的规模不断扩大，自动化水平不断提高，这就对防火提出了更高的要求。因此配备一个智能白酒库防火监控系统是实现白酒库安全管理的基本保证，也是白酒生产企业自动化进程的必然要求，更是推进我国白酒库防火监控系统信息化的重要动力。所以，智能白酒库防火监控系统不仅具有实际意义，而且应用前景广阔。