通風口調(diào)節(jié)氣囊在大直徑淺圓倉中的應(yīng)用

趙 磊 潘柏西 李松偉 侯俊華 姚 撥 雷騰飛

(廣東省儲備糧管理總公司東莞直屬庫 523145)

氣調(diào)儲糧是指人為地改變正常大氣的氣體成分或調(diào)節(jié)原有氣體的配比，將氣體濃度控制在一定范圍內(nèi)，并維持一定時間，從而達到殺蟲抑霉延緩糧食品質(zhì)變化的糧食儲藏技術(shù)[1]。作為一項新的綠色儲糧技術(shù)，氮氣氣調(diào)儲糧正在大規(guī)模的推廣使用。氮氣氣調(diào)可用于對磷化氫抗性蟲種的防治[2]，同時具有抑制微生物、減緩糧食品質(zhì)劣變、環(huán)保等優(yōu)點[3]。在氣調(diào)儲糧應(yīng)用過程中，倉房的氣密性是影響氣調(diào)儲糧效果的重要因素[4]。但是在倉房氣密性提高到一定程度后，如何通過降低倉內(nèi)外壓差來進一步減緩氣體濃度下降值得探索。

倉溫由于受氣溫影響而不斷變化，在倉房體積不變的情況下，倉內(nèi)壓強隨之變化，因此氣調(diào)過程中淺圓倉倉內(nèi)外始終存在壓差，氣體交換頻繁，倉內(nèi)氮氣濃度特別是倉門、倉下通風管道等部位濃度下降速度較快，導(dǎo)致氣調(diào)補氣次數(shù)增多，能耗升高，成效不明顯。針對這一問題，我?guī)爝M行了大直徑淺圓倉倉頂通風口加裝調(diào)節(jié)氣囊試驗，探究充氮氣調(diào)過程中普通倉和試驗倉改造前后在壓差變化與濃度保持上的差異情況。

1 材料與方法

1.1 試驗倉房

選取我?guī)霶25、Q30淺圓倉作為普通充氮氣調(diào)倉，Q22淺圓倉安裝有通風口調(diào)節(jié)氣囊作為試驗倉。3個大直徑淺圓倉單倉直徑25 m，設(shè)計裝糧高度27.2 m，倉容10000 t，風道采用內(nèi)、中、外3圈的環(huán)形地槽風道，倉內(nèi)配有中心減壓管，配有28根測溫電纜，分3根、9根、16根的內(nèi)、中、外三圈布置，每兩個測溫點垂直間距為2 m，倉底采取平底架空多出口工藝，倉頂設(shè)有4個自然通風口和4個機械通風口。

圖1 大直徑淺圓倉倉房示意圖

1.2 試驗設(shè)備

1.2.1 氮氣濃度檢測儀 成都生產(chǎn)CGSR-GICS氮氣檢測系統(tǒng)，量程79.00%～99.99%。

1.2.2 氧氣濃度檢測儀(Drager X-am 5600)。

1.2.3 抽氣泵(Drager Pump X-am 1/2/5000)。

1.2.4 智能數(shù)字微壓計(OP1000-IIIB)。

1.3 調(diào)節(jié)氣囊

試驗倉空間體積V約為3000 m3，倉溫日最高變化幅度約為8℃。根據(jù)公式計算出試驗倉變化體積為±88 m3，即制作氣囊體積至少為176 m3。調(diào)節(jié)氣囊采用茂金絲薄膜制作，氣囊長10 m、寬8 m，呈袋狀，并通過一個長4 m、直徑65 cm的圓筒薄膜連接至倉頂通風口，氣囊完全鼓起時體積約190 m3(按理想柱體計算)。在倉頂通風口管內(nèi)安裝密封槽，通過壓緊膠條使調(diào)節(jié)氣囊固定。

圖2 調(diào)節(jié)氣囊達最大吸收量時理想狀態(tài)示意圖

圖3 調(diào)節(jié)氣囊靜態(tài)平鋪示意圖

1.4 供試糧食及倉房氣密性

采用壓力衰減法(500 Pa→250 Pa)測試倉房氣密性[5]。各倉儲糧信息及氣密性檢測如表1所示。

表1 供試倉房狀態(tài)及氣密性

1.5 試驗方法

1.5.1 氮氣濃度檢測點與壓力檢測點布置與檢測方法 全倉共設(shè)置10個系統(tǒng)測氣點，1個手動測氣點，1個手動測壓點。其中系統(tǒng)測氣點分布為空間1個，糧堆內(nèi)部7個，倉下通風管道2個，并與氮氣智能控制系統(tǒng)檢測裝置相連，具有自動檢測功能。手動測氣點為倉門測氣點，同時也是壓力檢測點，需要使用手持氮氣濃度檢測儀與數(shù)字壓力計進行手動檢測。

注:1號、3號點距離墻壁2 m，2號、4號、5號、7號點位于半徑中間點，8號、9號點位于兩個通風口內(nèi)，10號點位于糧面上2 m。

1.5.2 充氮試驗方案 以下充上排的充氮氣調(diào)方式對試驗倉房進行氣調(diào)，待各檢測點平均濃度達到98.5%時停機，跟蹤檢測各點氮氣濃度，當濃度檢測點平均濃度衰減至98.0%時，開始補氣。以此類推，保持倉內(nèi)濃度維持設(shè)定區(qū)間滿28 d以上。每日通過氮氣檢測系統(tǒng)檢測一次系統(tǒng)測氣點，并選取9：00與16：00兩個時間點手動檢測試驗倉及對照倉的倉內(nèi)壓力與倉門濃度，記錄相關(guān)數(shù)據(jù)，分析通風口調(diào)節(jié)氣囊在大直徑淺圓倉中的應(yīng)用效果。

2 結(jié)果與分析

2.1 倉內(nèi)壓力變化

由表2可知，Q22、Q25、Q30倉倉內(nèi)早晚壓力差受氣溫影響變化顯著，最大早晚壓力差值均出現(xiàn)在10月15日，分別為135 Pa、153 Pa和229 Pa。三個倉房壓力變化趨勢一致，其中Q22小麥倉、Q25玉米倉壓力變化曲線重合度高，變化幅度相近，Q30小麥倉變化幅度一直大于Q22小麥倉。由此可見，倉內(nèi)壓力變化與儲糧品種的相關(guān)性不大。

由表3可知，Q22倉安裝氣囊后，在10月26日冷空氣來臨時，Q30倉內(nèi)壓力變化范圍為150 Pa至-98 Pa，日壓差高達248 Pa，Q25倉日壓差為137 Pa，兩者與表1早晚最大壓差數(shù)值相近，無明顯變化。而Q22倉日壓差下降顯著，為47 Pa，接近Q25倉日壓差數(shù)值137 Pa的1/3，也是Q22倉安裝氣囊前最大壓差數(shù)值的1/3。Q22倉安裝氣囊后，內(nèi)壓力變化幅度大大降低，特別是在10月29日9：00至11月11日9：00期間，壓力曲線接近平直，變化微小。而Q22倉與Q25倉壓力變化趨勢仍保持一致，幅度較大。由此可知，安裝調(diào)節(jié)氣囊能顯著降低淺圓倉倉內(nèi)壓力變化幅度，有效調(diào)節(jié)壓差。

表2 Q22倉氣囊安裝前各淺圓倉倉內(nèi)壓力

表3 Q22倉氣囊安裝后各淺圓倉倉內(nèi)壓力

2.2 倉門濃度變化

表4 Q22倉氣囊安裝前各淺圓倉倉門氮氣濃度變化

表5 Q22倉氣囊安裝后各淺圓倉倉門氮氣濃度變化

由表4可知，Q22、Q25、Q30倉倉門氮氣濃度受氣溫(壓強)影響變化顯著，最大倉門氮氣濃度值出現(xiàn)在10月16日，分別為97.1%、98.5%和92.5%。三個倉倉門氮氣濃度值變化趨勢一致，呈早晚周期性波動下降，其中Q25倉濃度波動幅度最大，極差為17.6%，Q22與Q30倉倉門濃度極差為分別為13.9%、10.5%。

由表5可知，Q22倉安裝氣囊后，Q22、Q25、Q30倉倉門氮氣濃度峰值均出現(xiàn)在10月26日，分別為91.2%、95.5%、93.5%。其中Q25、Q30倉倉門濃度極差分別為15.4%、12.8%，與之前相比變化很小，在±2.3%以內(nèi)。而Q22倉倉門濃度極差為5.3%，接近安裝氣囊前倉門濃度極差數(shù)值的1/3，變化幅度顯著下降。尤其是在10月29日9:00至11月11日9:00期間，Q22倉倉門氮氣濃度在85.9%～87.3%，變化微小。由此可知，安裝調(diào)節(jié)氣囊能顯著降低淺圓倉倉門氮氣濃度變化幅度，提升倉門濃度穩(wěn)定性，減緩氣體交換。

2.3 通風口管道濃度變化

圖5 通風口管道點濃度變化

從圖5可知，Q22倉10月21日安裝氣囊開啟補氣，10月22日完成補氣，其中管道8、9號點濃度均上升至99%以上，但是隨后兩天管道8、9號點濃度快速下降，10月25日管道8號點濃度降至96.4%，管道9號點濃度降至94.1%。在10月25日打開通風口氣囊蓋板后，管道點濃度快速回升。10月26日管道8、9號點濃度分別為98.1%和98.4%，并在98%以上維持4 d，較使用氣囊前有顯著改善。

2.4 空間點濃度與糧堆平均氮氣濃度變化

圖6 空間點濃度與糧堆平均濃度變化

由圖6可知，安裝氣囊前，Q22倉空間點濃度從10月6日補氣停機時的98.5% 3 d內(nèi)降至98.1%，平均每天下降0.14個百分點；安裝氣囊后，空間點濃度由10月22日補氣停機后的98.5%，經(jīng)過20 d后仍保持在98.0%，平均每天下降0.03個百分點。由此可見，安裝調(diào)節(jié)氣囊可以顯著降低空間氮氣濃度的下降速度。

安裝氣囊前，Q22倉糧堆平均濃度從10月9日補氣停機時的98.6% 13 d內(nèi)降至97.8%，平均每天下降0.06個百分點；安裝氣囊后，糧堆平均濃度由10月22日補氣停機后的99.1%，經(jīng)歷21 d后保持在98.1%，平均每天下降0.05個百分點，低于原來的下降速度。由此可見，安裝調(diào)節(jié)氣囊對糧堆平均濃度的下降也有一定的減緩作用。

3 總結(jié)

試驗結(jié)果表明，通風口調(diào)節(jié)氣囊能有效調(diào)節(jié)倉內(nèi)外壓差，對試驗倉倉門、通風管道、空間與糧堆平均氮氣濃度下降速度均有不同程度的減緩。以下降速度減緩最低的平均濃度為補氣標準，未安裝通風口調(diào)節(jié)氣囊時，平均濃度日降幅為0.06個百分點，糧堆平均濃度由98.5%降至98.0%需要8 d 時間，維持30 d以上需要補氣3次；安裝通風口調(diào)節(jié)氣囊后，平均濃度日降幅為0.05個百分點，糧堆平均濃度由98.5%降至98.0%需要10 d時間，維持30 d以上只需補氣2次即可。我?guī)熘频獧C組總功率為90 kW，平均補氣時長為22 h，單次補氣費用達1980元。而通風口調(diào)節(jié)氣囊改造費用極低，只需材料費用約100元，極大地降低了氣調(diào)儲糧成本，且通風口調(diào)節(jié)氣囊改造過程簡單、安裝方便，有較大的推廣價值。