重力緩釋氣囊在淺圓倉(cāng)氮?dú)鈿庹{(diào)的應(yīng)用研究*

蔡育池 付鵬程 吳東亮 李浩杰 董曉歡 徐擎宇 白春?jiǎn)?/p>

(1 中央儲(chǔ)備糧廈門直屬庫(kù)有限公司 361026)

(2 中儲(chǔ)糧成都儲(chǔ)藏研究院有限公司 610091)

(3 河南工業(yè)大學(xué)糧食和物資儲(chǔ)備學(xué)院，糧食儲(chǔ)藏安全河南省協(xié)同創(chuàng)新中心 450001)

隨著科技的進(jìn)步和人民生活水平的提高，綠色、安全、無污染的理念得到了越來越多的重視，特別是在糧食及食品安全方面[1]。充氮?dú)庹{(diào)儲(chǔ)糧作為一項(xiàng)新興的糧食綠色安全儲(chǔ)藏技術(shù)在糧食行業(yè)的成功應(yīng)用，有效避免了化學(xué)藥劑對(duì)糧食的污染，解決了害蟲的抗藥性問題[2]。氮?dú)鈿庹{(diào)技術(shù)通過改變倉(cāng)內(nèi)糧堆氣體成分的組成，提高氮?dú)鉂舛?，形成低氧環(huán)境，造成不利于害蟲及霉菌生長(zhǎng)發(fā)育的生態(tài)環(huán)境，從而抑制糧食呼吸，達(dá)到防蟲、殺蟲、抑菌的效果[3]，是目前糧食行業(yè)綠色儲(chǔ)糧發(fā)展的主要方向之一[2]。

在使用氮?dú)鈿庹{(diào)工藝的過程中，糧倉(cāng)空間98%以上的有效氮?dú)鉂舛染S持時(shí)間很難超過10 d，有效氮?dú)鉂舛葻o法長(zhǎng)時(shí)間維持，殺蟲效果也將會(huì)被打折扣。為解決這一難題，提升氮?dú)鈨?chǔ)糧效果，切實(shí)優(yōu)化氮?dú)鈿庹{(diào)工藝，我?guī)煅邪l(fā)了重力緩釋氣囊，它采用HEPVC復(fù)合高彈聚氯乙烯糧倉(cāng)專用膜制作而成，具有拉伸強(qiáng)度大、延伸率高、穩(wěn)定性好、收縮率小、低溫柔性好、抗老化性能好、穿透性能強(qiáng)、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。主要設(shè)計(jì)原理是通過在糧面上布置一套補(bǔ)氣氣囊，氣囊通過重力作用將99.7%的氮?dú)獠粩嗤Z倉(cāng)空間補(bǔ)充從而延長(zhǎng)98%以上氮?dú)鉂舛染S持時(shí)間。該試驗(yàn)將重力緩釋氣囊與氮?dú)鈿庹{(diào)方案相結(jié)合，通過先采用“上充下排”充氮工藝將氣囊充滿，再采用“下充上排”的充氮工藝將整倉(cāng)氮?dú)鉂舛瘸渲?8%以上，后期補(bǔ)氣均采用相同充氮方式，最后對(duì)氮?dú)鉂舛鹊淖兓闆r和工藝能耗及費(fèi)用成本進(jìn)行分析討論。試驗(yàn)結(jié)果表明，空間98%以上的氮?dú)鉂舛染S持天數(shù)可增加11 d；一個(gè)氣調(diào)周期可減少1次補(bǔ)氣；可降低噸糧能耗0.65 kW·h/t，表明重力緩釋氣囊可減緩氮?dú)鉂舛鹊乃p，延長(zhǎng)氣調(diào)補(bǔ)氣周期，有效降低氣調(diào)能耗。

1 材料和方法

1.1 倉(cāng)房及設(shè)施

試驗(yàn)倉(cāng)106倉(cāng)，對(duì)照倉(cāng)選擇202倉(cāng)，倉(cāng)型均為淺圓倉(cāng)；內(nèi)徑24 m，裝糧線高25.82 m，設(shè)計(jì)倉(cāng)容為8330 t；倉(cāng)墻為鋼筋砼結(jié)構(gòu)，厚度28 cm，配有4臺(tái)功率0.75 kW環(huán)流風(fēng)機(jī)?？臻g體積：106倉(cāng)是3104.6 m3；202倉(cāng)是3118.2 m3。供試倉(cāng)房均配備了智能充氮系統(tǒng)。106倉(cāng)配備了Φ400 cm長(zhǎng)1000 cm的重力緩釋氣囊4個(gè)。

1.2 儲(chǔ)糧情況

糧食入庫(kù)基本情況見表1。

表1 儲(chǔ)糧情況

1.3 儀器與設(shè)備

1.3.1 智能充氮系統(tǒng) 產(chǎn)氣量為400 m3/h的變壓吸附式制氮機(jī)組，產(chǎn)氣濃度為99.5%。

1.3.2 數(shù)字測(cè)溫系統(tǒng) 北京產(chǎn)，軟件型VER9.4-20140815，誤差±0.5℃。

1.3.3 氧氣濃度檢測(cè)儀 德國(guó)產(chǎn)，型號(hào)X-am5000，誤差±0.3%。

1.3.4 倉(cāng)頂軸流風(fēng)機(jī) 型號(hào)BFT35-11NO.8A，功率1.5 kW，轉(zhuǎn)速960 r/min。

1.3.5 重力緩釋氣囊 自行研制，尺寸Φ400 cm、長(zhǎng)1000 cm；進(jìn)氣口11 cm，排氣口2 cm，平均排氣量0.34 m3/h。一組重力緩釋氣囊俯視圖見圖1。

圖1 一組重力緩釋氣囊的俯視圖

1.4 試驗(yàn)方法

1.4.1 氣調(diào)前期準(zhǔn)備

1.4.1.1 氮?dú)鉂舛葯z測(cè)管的布置 如圖2氮?dú)鉂舛葯z測(cè)管分布圖所示。①～⑤號(hào)濃度檢測(cè)管口在糧面下方1 m處；⑥～⑨號(hào)濃度檢測(cè)管口在糧面下方10 m處；⑩號(hào)濃度檢測(cè)管口在糧面上方1 m處。(下文糧面下方1 m的檢測(cè)管用-1 m表示；糧面下方10 m的檢測(cè)管用-10 m表示；糧面上方1 m的檢測(cè)管用+1 m表示)

圖2 氮?dú)鉂舛葯z測(cè)管分布圖

1.4.1.2 重力緩釋氣囊的布置安裝 在106倉(cāng)內(nèi)布置4個(gè)重力緩釋氣囊，2個(gè)氣囊為一組并通過連接管連接，再將氣囊連接到4個(gè)氮?dú)膺M(jìn)氣管的其中2個(gè)上。202倉(cāng)未布置重力緩釋氣囊，直接整倉(cāng)氣調(diào)。緩釋氣囊的布置如圖3所示。

圖3 緩釋氣囊的布置圖

1.4.1.3 氣密性檢測(cè) 首先用密封膠條將地槽口、進(jìn)人口、自然風(fēng)口和軸流風(fēng)機(jī)口進(jìn)行密閉處理，其次對(duì)倉(cāng)門的門縫用玻璃膠封堵，之后再用薄膜密封。用初次將106倉(cāng)和202倉(cāng)的壓力打到500 Pa，檢測(cè)有無漏氣孔洞，及時(shí)用玻璃膠封堵，直到無明顯漏氣部位為止。待到玻璃膠凝固，最后再對(duì)倉(cāng)房進(jìn)行3次500 Pa至250 Pa的氣密性檢測(cè)，兩倉(cāng)氣密性檢測(cè)結(jié)果見表2。

表2 氣密性檢測(cè)結(jié)果 (單位：s)

1.4.2 氣調(diào)工藝過程

1.4.2.1 首次充氮階段 106倉(cāng)先通過“上充下排”的充氮方式將氣囊充滿(根據(jù)試驗(yàn)情況4個(gè)氣囊充至飽滿狀態(tài)需3 h左右)，再轉(zhuǎn)換成“下充上排”的充氮方式將整倉(cāng)的氮?dú)鉂舛瘸渲?8%以上。202倉(cāng)直接通過“上充下排”的充氮方式將整倉(cāng)的氮?dú)鉂舛瘸渲?8%以上。

1.4.2.2 氣調(diào)期間補(bǔ)氣階段 當(dāng)倉(cāng)內(nèi)氮?dú)鉂舛鹊陀?8.0%的檢測(cè)點(diǎn)超過1/10時(shí)對(duì)倉(cāng)房進(jìn)行補(bǔ)氣，后期補(bǔ)氣過程106倉(cāng)和202倉(cāng)均與首次充氣的工藝相同。氧氣濃度保持在2%以下，密閉時(shí)間達(dá)60 d以上。

1.4.2.3 氣調(diào)后期散氣階段 開啟倉(cāng)頂自然通風(fēng)口和軸流風(fēng)機(jī)口，通過軸流風(fēng)機(jī)將倉(cāng)內(nèi)氮?dú)馀懦?，使倉(cāng)內(nèi)氧氣濃度達(dá)到安全作業(yè)條件。

1.4.3 氣調(diào)期間安全要求

1.4.3.1 充氮過程中，保管員和相關(guān)人員應(yīng)加強(qiáng)對(duì)制氮機(jī)組及其附屬設(shè)備、充氣管路檢查，及時(shí)掌握倉(cāng)房氣體進(jìn)出量、流量是否正常，其它倉(cāng)房充氮管路進(jìn)氣口是否常閉。

1.4.3.2 氣調(diào)倉(cāng)及制氮機(jī)房外應(yīng)按GB 2894-2008《安全標(biāo)志及其使用導(dǎo)則》的有關(guān)規(guī)定設(shè)置安全警示、警告標(biāo)志。

1.4.3.3 專人負(fù)責(zé)氧氣濃度檢測(cè)儀和報(bào)警儀、空氣呼吸器等安全保護(hù)儀器的管理、維修、維護(hù)。

1.4.3.4 定期進(jìn)行糧情巡查，如發(fā)現(xiàn)糧情異常需擬定入倉(cāng)檢查方案。

1.4.3.5 定期對(duì)軸流風(fēng)機(jī)口、自然通風(fēng)口、大門、環(huán)流風(fēng)機(jī)、卸糧口進(jìn)行密閉性檢查。

2 結(jié)果與分析

2.1 氮?dú)鉂舛?/h3>

2.1.1 對(duì)照倉(cāng)氮?dú)鉂舛?202倉(cāng)從7月18日充氮結(jié)束至9月16日，期間經(jīng)過了3次補(bǔ)氣，每次的氮?dú)鈾z測(cè)濃度如表3所示。根據(jù)檢測(cè)數(shù)據(jù)繪出202倉(cāng)各水平層的平均氮?dú)鉂舛茸兓厔?shì)，如圖4所示。

圖4 202號(hào)各水平層的平均氮?dú)鉂舛?/p>

表3 202倉(cāng)氮?dú)鉂舛茸兓闆r (單位：%)

從表3和圖4中可以看出，202倉(cāng)各水平層的氮?dú)鉂舛葯z測(cè)點(diǎn)濃度均勻。氮?dú)鉂舛冉档退俣容^為穩(wěn)定。氣調(diào)期間-1 m(檢測(cè)點(diǎn)編號(hào)：①、②、③、④、⑤)平均氮?dú)鉂舛冉档退俣燃s為0.071%/d，-10 m 4個(gè)檢測(cè)點(diǎn)編號(hào)：⑥、⑦、⑧、⑨，平均氮?dú)鉂舛冉档退俣葹?.041%/d、+1 m(檢測(cè)點(diǎn)編號(hào)：⑩)氮?dú)鉂舛冉档退俣葹?.169%/d，整倉(cāng)平均氮?dú)鉂舛冉档退俣葹?.069%/d。XM202本次氮?dú)鈿庹{(diào)殺蟲維持64 d。

2.1.2 106倉(cāng)氮?dú)鉂舛?106倉(cāng)從7月20日充氮至9月26日結(jié)束，期間經(jīng)過了2次補(bǔ)氣，每次的氮?dú)鈾z測(cè)濃度如表4所示。根據(jù)檢測(cè)數(shù)據(jù)繪出106倉(cāng)各水平層的平均氮?dú)鉂舛茸兓厔?shì)，如圖5所示。

圖5 106倉(cāng)各水平層的平均氮?dú)鉂舛茸兓厔?shì)圖

表4 106倉(cāng)氮?dú)鉂舛?(單位：%)

從表4和圖5中可以看出，106倉(cāng)各水平層的氮?dú)鉂舛葯z測(cè)點(diǎn)濃度均勻。但在充氣和補(bǔ)氣完成15 d后，由于糧面上的4個(gè)重力緩釋氣囊均已排空，106倉(cāng)各水平層的氮?dú)鉂舛冉档退俣扔兴岣?。?5天，-1 m(檢測(cè)點(diǎn)編號(hào)：①、②、③、④、⑤)平均氮?dú)鉂舛冉档退俣燃s為0.034%/d、-10 m(檢測(cè)點(diǎn)編號(hào)：⑥、⑦、⑧、⑨)平均氮?dú)鉂舛冉档退俣燃s為0.027%/d、+1 m氮?dú)鉂舛冉档退俣燃s為0.022%/d、整倉(cāng)平均氮?dú)鉂舛冉档退俣燃s為0.032%/d；15天后-1 m 5個(gè)檢測(cè)點(diǎn)平均氮?dú)鉂舛冉档退俣燃s為0.094%/d、-10 m 4個(gè)檢測(cè)點(diǎn)，平均氮?dú)鉂舛冉档退俣燃s為0.051%/d、+1 m氮?dú)鉂舛冉档退俣葹榧s0.161%/d、整倉(cāng)平均氮?dú)鉂舛冉档退俣燃s為0.083%/d。106倉(cāng)本次氮?dú)鈿庹{(diào)殺蟲維持68 d。

106倉(cāng)重力緩釋氣囊排空前與排空后相比，+1 m(檢測(cè)點(diǎn)編號(hào)：⑩)平均氮?dú)鉂舛冉档退俣葧?huì)降低86%、-1 m(檢測(cè)點(diǎn)編號(hào)：①、②、③、④、⑤)平均氮?dú)鉂舛冉档退俣冉档?3%、-10 m(檢測(cè)點(diǎn)編號(hào)：⑥、⑦、⑧、⑨)平均氮?dú)鉂舛冉档退俣冉档?7%、整倉(cāng)平均氮?dú)鉂舛冉档退俣冉档?1%。XM106重力緩釋氣囊排空前與202倉(cāng)相比，+1 m(檢測(cè)點(diǎn)編號(hào)：⑩)平均氮?dú)鉂舛冉档退俣冉档?7%、-1 m(檢測(cè)點(diǎn)編號(hào)：①、②、③、④、⑤)平均氮?dú)鉂舛冉档退俣冉档?2%、-10 m(檢測(cè)點(diǎn)編號(hào)：⑥、⑦、⑧、⑨)平均氮?dú)鉂舛冉档退俣冉档?4%、整倉(cāng)平均氮?dú)鉂舛冉档退俣冉档?4%。

2.2 糧溫變化情況

氣調(diào)期間106倉(cāng)和202倉(cāng)平均糧溫變化情況如圖6所示。

圖6 106倉(cāng)和202倉(cāng)平均糧溫變化情況

從圖6可知，氣調(diào)試驗(yàn)期間106倉(cāng)平均糧溫上升1.7℃，日均增幅為0.025℃/d；202倉(cāng)平均糧溫上升1.3℃，日均增幅為0.020℃/d。兩倉(cāng)平均糧溫日均增幅相差不大，且平均糧溫均上升平穩(wěn)。

2.3 殺蟲效果

散氣后，106倉(cāng)與202倉(cāng)均未發(fā)現(xiàn)活蟲，并取兩倉(cāng)氣調(diào)前蟲害點(diǎn)的樣品在環(huán)境溫度24℃～26℃、相對(duì)濕度60%～75%的條件下模擬培養(yǎng)，30 d后均未發(fā)現(xiàn)害蟲。散氣2個(gè)月后，106倉(cāng)與202倉(cāng)內(nèi)也均未發(fā)現(xiàn)活蟲，此次氣調(diào)殺蟲效果良好。202倉(cāng)在散氣102 d后又發(fā)現(xiàn)害蟲，106倉(cāng)散氣到300 d后還未發(fā)現(xiàn)害蟲。

2.4 糧食質(zhì)量變化

由表5可知，充氮前后106倉(cāng)與202倉(cāng)小麥的質(zhì)量指標(biāo)和儲(chǔ)存品質(zhì)指標(biāo)變化不明顯。

表5 小麥氣調(diào)前后質(zhì)量情況

2.5 成本和效益分析

106倉(cāng)和202倉(cāng)制氮機(jī)運(yùn)行時(shí)間與電耗情況如表6所示。

表6 制氮機(jī)運(yùn)行時(shí)間與能耗情況

由表6可計(jì)算出，202倉(cāng)的單位能耗是1.90 kW·h/t、總電費(fèi)是9255.8元、噸糧成本是1.14元/t；106倉(cāng)單位能耗是1.25 kW·h/t、總電費(fèi)是6214.6元、噸糧成本是0.75元/t。由此可見，裝有重力緩釋氣囊的106倉(cāng)與未裝重力緩釋氣囊的202倉(cāng)相比能耗成本有明顯的降低。

本次試驗(yàn)的重力緩釋氣囊成本為3900元，按小麥的平均保管周期4年每年氣調(diào)1次算，安裝重力緩釋氣囊可節(jié)省充氮費(fèi)用8265元。

3 討論

3.1 通過在淺圓倉(cāng)內(nèi)安裝重力緩釋氣囊整倉(cāng)氮?dú)鈿庹{(diào)，可有效降低氣調(diào)能耗、節(jié)約保管成本。

3.2 重力緩釋氣囊的制造薄膜材料應(yīng)選用HEPVC復(fù)合高彈聚氯乙烯糧倉(cāng)專用膜，其具備耐折疊性好，不易刺穿，不易老化，不易碎斷，不易開裂變形的良好特性。

3.3 充氮期間應(yīng)安排人員值班，前期充重力緩釋氣囊時(shí)，應(yīng)增加對(duì)倉(cāng)內(nèi)氣囊的觀察頻次；制氮機(jī)設(shè)備運(yùn)行時(shí)間快接近預(yù)計(jì)運(yùn)行時(shí)間時(shí)，要及時(shí)檢查倉(cāng)內(nèi)的濃度變化，以保證充氮作業(yè)安全高效的進(jìn)行。