立体货架垛位储存方式的原料高架库充氮低氧气调技术

马盛力 徐 俊 吴敏娴 黄 慧 李秀峰 来振利

（1.上海烟草集团有限责任公司上海烟草储运公司，上海 200439；2.武汉东昌仓贮技术有限公司，湖北 武汉 430074）

0 引言

目前，国内钢构立体高架库烟叶储存的烟叶数量占比较大，约占整个烟草行业的1/3。其中，立体货架垛位式高架库占40%以上，立体货架垛位式是指烟叶采用立体货架存储，但是立体货架之间相互独立且具有一定空隙，该存放模式目前仍采用整仓磷化铝熏蒸杀虫+综合治理的方式，由于仓库气密性差，因此每年会产生大量的“三废”，投入的熏蒸剂运输、储存及“三废”处理费用逐年增加[1]。随着2024 年磷化铝彻底被淘汰的期限临近以及烟叶原料熏蒸在安全、环保等方面客观要求的提高，行业内已逐步推广应用充氮低氧机械调控技术进行原料虫害防治，该技术安全、环保且杀虫彻底，符合当前绿色化虫害治理技术趋势[2]。但是立体货架垛位式高架库应用充氮低氧机械调控技术的主要难点在于垛位密封难度大、直充式充氮密封帐幕易破损、设备配置功耗大以及安全防护难度大[3]，该研究通过在密封方式和材料创新、设备配套研发创新等方面的实施和应用，研究出基于现有烟叶储存和管理模式实现立体货架垛位式高架库机械充氮气调防虫及养护工作的方法，有效填补行业技术空白，具备在行业内进行推广的潜力。

1 材料与方法

1.1 材料和仪器

材料：4 个立体货架垛位，共计2 688 箱原料烟叶（537 600 kg）。

设备及仪器：SG-50 型制氮机组（武汉东昌仓贮技术有限公司）、DCLJ-02 型氧气监测系统（武汉东昌仓贮技术有限公司）、TB150-10 型透浦式风机（东莞市全风环保科技有限公司）、Moto-500S 在线氧气检测仪（深圳逸云天电子有限公司）、XY1000 型数字微压计（龙岩协亚机械设备有限公司）以及PNT100-O2-30 型手持式氧气检测仪（深圳科尔诺电子有限公司）。

1.2 试验方法设计

1.2.1 试验地点及货架垛位选择

江苏省太仓市浏河镇东仓物流有限责任公司库区6#仓库内，存放约6 万担烟叶，采用立体货架垛位储存方式，单个立体货架垛位存放约800 箱或400 箱烟叶[4]，选取库内存放的2018 年产烟叶货架4 个，对垛位进行不同的密封预处理，详细情况见表1。

表1 试验垛位设置参数

1.2.2 帐幕制作及密封方式

1.2.2.1 密封方式

密封方式如下：1）密封帐幕裙边与地面采取充氮气调常用的胶槽法密封[5]。2）地坪面伸缩缝、地脚螺栓等泄漏点采用特殊的防渗、防潮密封涂料进行处理。3）货架的四角使用专门定制的弧形圆角胶槽，确保四角密封点的气密性，胶槽与胶槽的对接端面之间采用“V”形对接[6]。

1.2.2.2 立体货架改造

按照表1 的处理要求，顶层及侧边的锐角尖刺等钢结构件采用柔性材料、发泡棉等包裹处理。

如图1 所示，在堆垛顶部安装1 套起吊和便捷搬运装置。在立体货架顶部垂直于走道的方向分别安装2 个相互平行且分别带有不少于3 个吊钩滚轮的导轨，其中1 个滚轮悬吊帐幕，另外2 个吊钩滚轮悬挂作业人员的安全绳，2 个导轨之间的距离约为3 m。

1.2.2.3 帐幕制作

密封帐幕材料采用目前充氮气调常用的5 层共挤尼龙复合膜[7]，整个密封帐幕的密封面均是柔性对接。首先，按照堆垛尺寸剪裁薄膜，并用热合机将帐幕2 个侧面和顶面制作成一个平面帐幕。其次，采用抗拉伸黏胶带按照2 m 间距在平面帐幕上进行黏敷，制作成帐幕加强筋。最后，热合剩余2 面帐幕。

1.2.2.4 帐幕覆盖

根据现场对帐幕的多次制作及折叠，帐幕的运输过程中需要注意保证其不被划破。

利用插包车将制作好的帐幕送至垛顶，之后垛顶人员利用导轨及滑轮展开设备，再利用四角绑定绳索，将帐幕向货架四角拉平对其，将帐幕放置下去，最后进行密封。

密封完成后整体样式如图1 所示。

图1 帐幕密封及货架改造示意图

1.2.3 帐幕制作及密封方式

安装型号为SG-50 的新型制氮设备1 套，具备50 m³/h制氮量设备，其氮气纯度可达99.5%以上，配电功率10 kW，通过科学改造和配置仓库内的通风管网系统，根据如图2 所示的工艺流程使管网系统、烟叶高架桩位、机械通风以及充氮气调等互联互通[8]。

图2 设备布置工艺流程图

计划在处理堆垛内2 个对角处沿货架的立柱分别布置1根气流交换支管，支管上分别在上、中和下设置3 个风口，气流交换支管分别在2 个对角的底部与帐幕对接[9]。

1.2.4 充氮低氧气调技术研究

高架立体货架密封帐幕气密性测试：根据相关标准要求对密封好的帐幕进行气密性检测，检测方法采取负压法[10]。

高架立体货架机械充氮设备配置参数研究：利用机械充氮的方法对单一或1 组高架立体桩位进行彻底的防虫作业，确定充氮杀虫设备配套能耗、降氧时间等技术指标。

高架立体货架机械充氮气调效果研究：验证高架立体货架密封模式下机械充氮气调的降氧效果。

2 结果与讨论

2.1 立体货架帐幕制作及密封效率结果

在该研究过程中，密封帐幕从运输至垛顶并展开整体过程用时20 min，共计4 人参与，具有可行性，解决了密封帐幕提升至货架顶部并快速移动展开的便捷、安全以及经济性问题。帐幕制作完成后也从根本上避免了因立体货架晃动变形而出现开裂和泄漏现象。

2.2 气密性检测试验结果

2.2.1 帐幕气密性检测结果

对各垛位的不同处理进行对比，对4 个密封帐幕进行抽负压，由于各垛位密封时间不同且为不同时期进行的检测，因此利用气压计对其气密性进行检测，结果见表2。

表2 气密性测试结果

由表2 可知，钢构立体货架垛位密封后，通过破坏性的气密性检测，可以达到二级气密性要求，由于钢构立体货架本身的结构，因此抽负压的气密性检测极易造成帐幕本身破损，且不方便排查泄漏点。

2.2.2 无底膜地面处理效果对比结果

无底膜地面处理效果对比结果见表3。由表3 可知，地面处理的关键是对地缝进行处理，对其进行灌胶密封后，可隔绝大部分气体泄漏。

表3 地面密封处理效果对比

试验结果表明，烟叶仓库钢结构立体货架的帐幕密封及货架处理是具有可行性的，无底膜密封后的帐幕气密性可达到行业标准所要求的二级气密性，符合调控要求，且所采用的方式具有较高的性价比，有较高的经济效益。地面处理人工实施工作量较大，配置专门用于地面顽渍清洁的工作设备即可解决。帐幕密封过程中需要配置4 套升降车同时作业方可安全快速完成。

2.3 充氮杀虫效果分析

根据试验计划对各垛位进行充氮气调养护技术验证，利用SG-50 制氮机组分别将其垛内氧气浓度降低至2%以下，并保持至少30 d。

2.3.1 垛位降氧时间

1、2 和4 号垛位通过约72 h 的调控，3 号垛位通过约42 h 的调控，可以将垛内氧气浓度降低至2%以下，趋势图如图3 所示。

图3 充氮降氧趋势图

2.3.2 垛位浓度维持过程及复氧时间

垛位浓度维持过程及复氧时间如图4 所示。

图4 垛内氧气浓度变化趋势（40 d 内）

当各垛位每次在接近回复至氧气浓度2%时，启动设备进行处理，各垛位每次调控后所维持时间如图5 所示。

图5 单次调控后氧气浓度维持在2%以下时间

随着不断补充氮气的进程，单个垛位可维持时间的整体呈增长趋势。

2.3.3 氧气浓度变化趋势分析

以1 号垛位为例，对其进行氧气浓度变化趋势分析，如图6 所示。

由图3～图6 可知，氧气浓度在单次调控后可维持在2%以下的时间越来越长，其原因如下：1）垛内烟箱所占体积超过一半，其内的氧气不断被置换后，所能维持的时间逐步变长。2）随着烟箱内部的温度不断上升，其自身对氧气的消耗能力逐步增强，对垛内氧气浓度的上升有一定的遏制作用[11]。

图6 氧气浓度与温度变化曲线图（1 号垛）

2.4 设备配置及功耗结论

由表4 可知，以1、4 号垛为例，在SG-50 型制氮设备的调控情况下，其完整的30 d 熏蒸周期需要设备的调控时间约为133.5 h。

表4 各垛位调控实际时间

试验所在的6 号库满仓约为8.6 万担烟叶，共计18 个与1 号垛相同的垛位以及20 个与3 号垛相同的垛位，经过估算，总计约需要3 738 h 才能完成整栋仓库的充氮杀虫作业，即按照每天24 h 运行的情况下，约155.75 d。

综上所述，如果需要满足类似6 号仓库的钢结构立体货架仓库3 个月（90 d）内完成充氮杀虫作业，考虑充氮的间隙时间等因素，则需要试验所用制氮设备2 套，总功率20 kW。

由表5 可知，设备耗电量区间约为6.28 kW/h，按照1个月的熏蒸周期计算，其能耗指标约为0.24 kW·h/担（如果按照空间计算，垛位能耗为0.72 kW·h/m³）。

表5 各垛位运行功耗

2.5 结论分析

经过现场应用试验可以得出以下3 个结论：1）钢结构立体货架垛位的帐幕密封及货架处理等操作流程是可行的，气密性要求达到二级，盖垛过程整体安全可控，单个盖垛时间约为20 min。后续需配置相应的机械设备设施可减少该试验中的大量工作量，立体货架垛位的改造具有可复制性，采取一次投入多年使用的模式对整个仓库来说具有较高的经济效益。2）钢结构立体货架的机械充氮气调养护工作可正常作业，垛内氧气浓度可降至2%以下，在降氧过程中，氧气浓度前期下降较快，后期减慢趋势，从5%降至2%所用时间与从20.8%降至5%所用时间基本相同。在充氮调控过程中，帐幕呈现上鼓下扁的状态，上方鼓气下方抽气的斜对角循环气路布置更有利于降氧速率及垛内的浓度平衡一致。3）钢结构立体货架密封垛位适合使用该试验创新式设备进行调控，其整个充氮杀虫周期的功耗经过计算约为0.24 kW·h/担，与普通垛位相比持平。

3 结语

原料高架库在立体货架垛位式码放模式下充氮低氧气调技术实施具备可行性，可以实现充氮低氧气调杀虫的目标。其中，密封帐幕的制作及密封方式、设备选型配置是能够实现充氮低氧气调技术的关键因素。该研究应用的对立体货架密封改造技术、新型设备配套均为行业内首次使用，均取得良好的应用效果。

在高架库立体货架垛位式码放模式下，以单个货架为密封单位，单次处理时间小于或等于48 h，密封等级可以达到气密性二级标准，杀虫时间控制小于或等于35 d，单位能耗小于或等于0.25 kW·h/担，该模式下设备配套量较合理，可以达到充氮杀虫的效果，仓库密封及改造初始一次性密封投入后，后续每年仅需要做部分检查和维护即可，具有很好的应用潜力和较高的市场推广价值。