固定式膜分離制氮系統(tǒng)在高大平房倉連續(xù)充氮與間歇充氮工藝的比較與探究*

徐 銳 徐 煒 岑 威 俞魯鋒 徐小明 宋福亮

(浙江中穗省級糧食儲備庫 311200)

隨著科技的進步和人們生活水平的不斷提高，世界各國越來越重視食品安全和環(huán)境保護，人們對于入口糧食的要求從吃得飽轉(zhuǎn)向吃得好，所以糧食在儲藏過程中選用何種技術(shù)手段，成為糧食儲藏企業(yè)的轉(zhuǎn)型升級方向。氣調(diào)儲糧是世界上公認的綠色環(huán)保、安全有效的儲糧害蟲防治技術(shù)。該技術(shù)通過向密閉性能良好的糧倉內(nèi)充入高濃度的CO2或N2，破壞蟲霉的生存環(huán)境，達到抑制糧食呼吸，實現(xiàn)殺蟲抑菌、延緩糧食品質(zhì)劣變的作用，從而實現(xiàn)綠色儲糧[1]。我國自2000年開始在國內(nèi)大規(guī)模推廣應(yīng)用氣調(diào)儲糧，各糧食企業(yè)采用變壓吸附制氮機組和氣囊密閉糧面的方法，在糧食害蟲防治和糧食品質(zhì)保持方面取得了顯著的效果，積累了相當(dāng)多的氣調(diào)操作方法和技術(shù)。

近十年以來，氣調(diào)儲糧技術(shù)越來越成熟，膜分離氣調(diào)儲糧技術(shù)逐漸在我國開展實倉試驗研究和應(yīng)用。膜分離低氧充氮氣調(diào)儲糧是一項實用、綠色、環(huán)保的儲糧害蟲防治新技術(shù)，也是適用于我國南方地區(qū)經(jīng)濟有效的綠色儲糧技術(shù)，符合國家倡導(dǎo)的綠色儲糧理念。我?guī)焓菄鴥?nèi)首家大規(guī)模運用固定式膜分離制氮系統(tǒng)、橫向充環(huán)工藝進行充氮氣調(diào)的糧食企業(yè)，在操作和工藝上借鑒了國內(nèi)其他糧庫的方法和經(jīng)驗，但由于制氮設(shè)備的運行是一個高耗能的過程，結(jié)合我?guī)烨捌谕顿Y建設(shè)的太陽能光伏電站，對連續(xù)氣調(diào)工藝和間歇氣調(diào)工藝進行氣調(diào)效果、能耗的對比研究，是目前我?guī)靷}儲工作的重點。

1 試驗背景及意義

2019年12月我?guī)焱瓿尚陆▊}房全部采用以橫向通風(fēng)為主要內(nèi)容的“四合一”升級新技術(shù)，依托“風(fēng)道上墻、機械作業(yè)、全程覆膜、負壓通風(fēng)、網(wǎng)絡(luò)共享、功能互補、數(shù)據(jù)共享、智能監(jiān)控”的集成系統(tǒng)[2]進行糧食儲藏管理。在2020年系統(tǒng)調(diào)試、工藝摸索的基礎(chǔ)上，對制氮工藝、充環(huán)方式等進行了深入分析，對充氮作業(yè)、原環(huán)流系統(tǒng)存在的缺陷提出若干修改建議，本次試驗選用的是對充氮氣調(diào)中充環(huán)工藝的進出口位置作了重大調(diào)整的倉房，可以通過改變膜下糧堆氣流的運行軌跡，達到縮短充氮氣調(diào)時間，提高氮氣均勻度的目的。我?guī)斐浞掷米陨頁碛泄夥l(fā)電站的優(yōu)勢條件，對連續(xù)性充氮與間歇性充氮方式進行比較和探究，總結(jié)出一套適用于我?guī)斓拈g歇充氮方式，為今后高大平房倉氣調(diào)儲糧工作提供指導(dǎo)。

2 試驗材料

2.1 供試倉房

供試倉房為我?guī)煨陆≒11號倉和P29號倉。其中P11號倉為試驗倉、P29號倉為對照倉，兩個倉房基本情況見表1。

表1 供試倉房基本情況

2.2 儲糧基本情況

試驗倉房儲糧指標(biāo)見表2。

表2 供試倉房儲糧基本情況

2.3 主要儀器和設(shè)備

2.3.1氣調(diào)裝置 我?guī)觳捎肅HMG-180智能充環(huán)氣調(diào)膜分離制氮裝置，氮氣產(chǎn)量為180Nm3/h～350Nm3/h，氮氣純度≥99%(氧氣純度≤1%)，氮氣出口壓力：≥1.0MPa。

2.3.2環(huán)流風(fēng)機 RT-H814BS-Z型風(fēng)機，額定功率4kW，最大風(fēng)量530m3/h。

2.3.3其他設(shè)備 多參數(shù)糧情檢測系統(tǒng)、AIPUINS便攜式數(shù)字測氧儀1套、ALTAIR POR氧氣報警儀、SCBA105M的空氣呼吸器3套等。

2.3.4光伏電站1個，項目面積6723m2，裝機規(guī)模1.038MW，日發(fā)電量在4000kW·h～5000kW·h。

2.4 倉內(nèi)環(huán)流形式

試驗倉和對照倉均采用橫向通風(fēng)風(fēng)網(wǎng)(見圖1)，通風(fēng)途徑比1.05∶1，風(fēng)網(wǎng)安裝于南北檐墻，共2條1/4圓主風(fēng)道和43條半圓支風(fēng)道。橫向通風(fēng)系統(tǒng)主風(fēng)道為半徑0.6m的半“∩”形風(fēng)道，高0.85m；支風(fēng)道為直徑0.5m的“∩”形風(fēng)道，高0.36m，長3.84m，均固定于檐墻，支風(fēng)道間距為1.5m～2m。

圖1 橫向通風(fēng)風(fēng)網(wǎng)示意圖

試驗倉與對照倉均從北側(cè)大門兩支風(fēng)道頂端進氣，回流口設(shè)置在南側(cè)主風(fēng)道。

2.5 氣體濃度檢測點布置

倉內(nèi)共布置25個測氣點。在倉房四角及中心各設(shè)上中下3個點，共計15個；在糧堆南側(cè)和北側(cè)的上層各設(shè)3個點，共計6個；在糧堆中心點的東西兩側(cè)上、中層各設(shè)1點，共計4個點，其中25號點處在糧面以上薄膜以下，用以檢測膜下濃度,如圖2。

圖2 氣體濃度檢測點示意圖

2.6 糧堆密閉及氣密性檢測

糧堆表面、入糧門及通風(fēng)口均采用塑料雙槽管、五層共擠茂金絲氣調(diào)專用膜進行密閉。按照《糧油儲藏平房倉氣密性要求》(GB/T25229-2010)進行測定，要求倉內(nèi)實倉氣密性須達到氣調(diào)倉一級標(biāo)準(zhǔn)(-300Pa→150Pa的半衰期300s以上)，經(jīng)測定，P11號倉氣密性為367s，P29號倉氣密性為301s。

2.7 試蟲籠布設(shè)及殺蟲效果檢測

在氣調(diào)倉的糧堆內(nèi)放置試蟲籠，在糧堆表面以梅花布點的形式布設(shè)試蟲籠5只；在氮氣回流側(cè)的糧堆中下層(橫向通風(fēng)系統(tǒng)的主風(fēng)道)布設(shè)試蟲籠6只，整個糧堆共布設(shè)試蟲籠11只。在充氮氣調(diào)結(jié)束及揭膜散氣后檢查試蟲籠內(nèi)的害蟲存活情況，根據(jù)試蟲籠中害蟲的死亡情況評價氣調(diào)殺蟲的效果。

3 試驗方法

3.1 充氮方法

分別采用間歇或連續(xù)的充氮方式，每2h記錄倉房氮氣濃度。其中，P11號倉采用間歇式充氮，充氮時間:8:30～16:30，每天充氮8h。P29號倉采用連續(xù)式充氮，充氮時間為當(dāng)天下午13:00開始，直至達到目標(biāo)濃度。兩倉均以氮氣濃度達到98%為結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)。

3.2 檢測方法及監(jiān)測點

檢測方法選用多參數(shù)糧情檢測系統(tǒng)，檢測周期為2h。

3.3 試驗數(shù)據(jù)與處理

3.3.1P11號倉氮氣濃度變化情況

由表3可知，P11號倉在經(jīng)過3個工作日，每天8h的充氮氣調(diào)，共計充氮24h后，倉內(nèi)氮氣濃度基本達到98%。

表3 P11號倉氮氣濃度(單位：%)

3.3.2P29號倉氮氣濃度變化情況

由表4可知，P29號倉在經(jīng)過連續(xù)充氮27h后，倉內(nèi)氮氣濃度基本達到98%，連續(xù)性充氮是我?guī)鞛槟M緊急情況下指定的充氮方案，通過連續(xù)不間斷的充氮，使倉房能夠以最快的速度具備殺蟲的條件，減少安全儲糧隱患，降低糧食損失。

表4 P29號倉氮氣濃度(單位：%)

3.3.3兩倉充氮數(shù)據(jù)對比

由圖3可以看出，連續(xù)性充氮的氮氣濃度逐漸上升，但是隨著時間的推進，上升速率有所下降，間歇式充氮方式在停機后，糧堆內(nèi)氮氣的平均濃度有所下降，但最終充氮效果好于連續(xù)性充氮，這可能是由于間斷式充氮在間歇期間倉庫內(nèi)的氮氣能夠更均勻地分散在糧堆里，而連續(xù)性充氮由于持續(xù)向倉庫內(nèi)注入氮氣，使高濃度氣體在不斷地進出氣過程中不能充分均勻分散在糧堆內(nèi)的各個部位。

圖3 兩倉氮氣濃度變化對比曲線圖

3.3.4兩倉充氮氣調(diào)能耗對比

倉號充氮時間(h)總耗電量(kW·h)保管數(shù)量(t)噸糧耗電量(kW·h/t)P11(98%)2424572805.140.876P29(98%)2725322798.900.905

在兩倉氮氣濃度均達到98%時，P11號倉的耗電量明顯低于P29號倉，充氮時間以及噸糧耗電量均低于P29號倉。由此可以看出，間歇充氮相比于連續(xù)充氮，具備時間短，能耗低的優(yōu)勢。兩倉在高濃度氮氣維持期間，均經(jīng)過一次鼓膜作業(yè)階段，期間糧堆氮氣濃度維持較好，在充氮氣調(diào)結(jié)束后檢查試蟲籠內(nèi)的蟲害存活情況，蟲籠內(nèi)的害蟲全部死亡，氣調(diào)殺蟲的效果較好。

由于連續(xù)性充氮需要進行夜間作業(yè)，并且設(shè)備長時間運轉(zhuǎn)，存在一定的安全隱患，只能作為應(yīng)急手段；另外連續(xù)性充氮過程中，須額外安排相關(guān)人員進行夜班值守，增加夜間作業(yè)的安全隱患。

4 結(jié) 論

本試驗以中穗庫兩個早秈稻谷高大平房倉為試供倉房，分別以連續(xù)性和間歇性的充氮方式對倉房進行充氮，對充氮過程中倉房各截面的濃度進行分時間段的測定。研究發(fā)現(xiàn)，間歇性充氮相比于連續(xù)性充氮具有效率高，單位能耗低的優(yōu)勢。間歇性充氮方式可以充分利用其晝啟夜停的規(guī)律，配套太陽能光伏發(fā)電設(shè)備使用，有效降低糧食儲藏期間的保管費用。同時避免了夜間作業(yè)，大大降低作業(yè)過程中的安全隱患，符合糧庫安全生產(chǎn)的要求。