固定式膜分离制氮系统在高大平房仓连续充氮与间歇充氮工艺的比较与探究*

徐 锐 徐 炜 岑 威 俞鲁锋 徐小明 宋福亮

(浙江中穗省级粮食储备库 311200)

随着科技的进步和人们生活水平的不断提高，世界各国越来越重视食品安全和环境保护，人们对于入口粮食的要求从吃得饱转向吃得好，所以粮食在储藏过程中选用何种技术手段，成为粮食储藏企业的转型升级方向。气调储粮是世界上公认的绿色环保、安全有效的储粮害虫防治技术。该技术通过向密闭性能良好的粮仓内充入高浓度的CO2或N2，破坏虫霉的生存环境，达到抑制粮食呼吸，实现杀虫抑菌、延缓粮食品质劣变的作用，从而实现绿色储粮[1]。我国自2000年开始在国内大规模推广应用气调储粮，各粮食企业采用变压吸附制氮机组和气囊密闭粮面的方法，在粮食害虫防治和粮食品质保持方面取得了显著的效果，积累了相当多的气调操作方法和技术。

近十年以来，气调储粮技术越来越成熟，膜分离气调储粮技术逐渐在我国开展实仓试验研究和应用。膜分离低氧充氮气调储粮是一项实用、绿色、环保的储粮害虫防治新技术，也是适用于我国南方地区经济有效的绿色储粮技术，符合国家倡导的绿色储粮理念。我库是国内首家大规模运用固定式膜分离制氮系统、横向充环工艺进行充氮气调的粮食企业，在操作和工艺上借鉴了国内其他粮库的方法和经验，但由于制氮设备的运行是一个高耗能的过程，结合我库前期投资建设的太阳能光伏电站，对连续气调工艺和间歇气调工艺进行气调效果、能耗的对比研究，是目前我库仓储工作的重点。

1 试验背景及意义

2019年12月我库完成新建仓房全部采用以横向通风为主要内容的“四合一”升级新技术，依托“风道上墙、机械作业、全程覆膜、负压通风、网络共享、功能互补、数据共享、智能监控”的集成系统[2]进行粮食储藏管理。在2020年系统调试、工艺摸索的基础上，对制氮工艺、充环方式等进行了深入分析，对充氮作业、原环流系统存在的缺陷提出若干修改建议，本次试验选用的是对充氮气调中充环工艺的进出口位置作了重大调整的仓房，可以通过改变膜下粮堆气流的运行轨迹，达到缩短充氮气调时间，提高氮气均匀度的目的。我库充分利用自身拥有光伏发电站的优势条件，对连续性充氮与间歇性充氮方式进行比较和探究，总结出一套适用于我库的间歇充氮方式，为今后高大平房仓气调储粮工作提供指导。

2 试验材料

2.1 供试仓房

供试仓房为我库新建P11号仓和P29号仓。其中P11号仓为试验仓、P29号仓为对照仓，两个仓房基本情况见表1。

表1 供试仓房基本情况

2.2 储粮基本情况

试验仓房储粮指标见表2。

表2 供试仓房储粮基本情况

2.3 主要仪器和设备

2.3.1气调装置 我库采用CHMG-180智能充环气调膜分离制氮装置，氮气产量为180Nm3/h～350Nm3/h，氮气纯度≥99%(氧气纯度≤1%)，氮气出口压力：≥1.0MPa。

2.3.2环流风机 RT-H814BS-Z型风机，额定功率4kW，最大风量530m3/h。

2.3.3其他设备 多参数粮情检测系统、AIPUINS便携式数字测氧仪1套、ALTAIR POR氧气报警仪、SCBA105M的空气呼吸器3套等。

2.3.4光伏电站1个，项目面积6723m2，装机规模1.038MW，日发电量在4000kW·h～5000kW·h。

2.4 仓内环流形式

试验仓和对照仓均采用横向通风风网(见图1)，通风途径比1.05∶1，风网安装于南北檐墙，共2条1/4圆主风道和43条半圆支风道。横向通风系统主风道为半径0.6m的半“∩”形风道，高0.85m；支风道为直径0.5m的“∩”形风道，高0.36m，长3.84m，均固定于檐墙，支风道间距为1.5m～2m。

图1 横向通风风网示意图

试验仓与对照仓均从北侧大门两支风道顶端进气，回流口设置在南侧主风道。

2.5 气体浓度检测点布置

仓内共布置25个测气点。在仓房四角及中心各设上中下3个点，共计15个；在粮堆南侧和北侧的上层各设3个点，共计6个；在粮堆中心点的东西两侧上、中层各设1点，共计4个点，其中25号点处在粮面以上薄膜以下，用以检测膜下浓度,如图2。

图2 气体浓度检测点示意图

2.6 粮堆密闭及气密性检测

粮堆表面、入粮门及通风口均采用塑料双槽管、五层共挤茂金丝气调专用膜进行密闭。按照《粮油储藏平房仓气密性要求》(GB/T25229-2010)进行测定，要求仓内实仓气密性须达到气调仓一级标准(-300Pa→150Pa的半衰期300s以上)，经测定，P11号仓气密性为367s，P29号仓气密性为301s。

2.7 试虫笼布设及杀虫效果检测

在气调仓的粮堆内放置试虫笼，在粮堆表面以梅花布点的形式布设试虫笼5只；在氮气回流侧的粮堆中下层(横向通风系统的主风道)布设试虫笼6只，整个粮堆共布设试虫笼11只。在充氮气调结束及揭膜散气后检查试虫笼内的害虫存活情况，根据试虫笼中害虫的死亡情况评价气调杀虫的效果。

3 试验方法

3.1 充氮方法

分别采用间歇或连续的充氮方式，每2h记录仓房氮气浓度。其中，P11号仓采用间歇式充氮，充氮时间:8:30～16:30，每天充氮8h。P29号仓采用连续式充氮，充氮时间为当天下午13:00开始，直至达到目标浓度。两仓均以氮气浓度达到98%为结束标准。

3.2 检测方法及监测点

检测方法选用多参数粮情检测系统，检测周期为2h。

3.3 试验数据与处理

3.3.1P11号仓氮气浓度变化情况

由表3可知，P11号仓在经过3个工作日，每天8h的充氮气调，共计充氮24h后，仓内氮气浓度基本达到98%。

表3 P11号仓氮气浓度(单位：%)

3.3.2P29号仓氮气浓度变化情况

由表4可知，P29号仓在经过连续充氮27h后，仓内氮气浓度基本达到98%，连续性充氮是我库为模拟紧急情况下指定的充氮方案，通过连续不间断的充氮，使仓房能够以最快的速度具备杀虫的条件，减少安全储粮隐患，降低粮食损失。

表4 P29号仓氮气浓度(单位：%)

3.3.3两仓充氮数据对比

由图3可以看出，连续性充氮的氮气浓度逐渐上升，但是随着时间的推进，上升速率有所下降，间歇式充氮方式在停机后，粮堆内氮气的平均浓度有所下降，但最终充氮效果好于连续性充氮，这可能是由于间断式充氮在间歇期间仓库内的氮气能够更均匀地分散在粮堆里，而连续性充氮由于持续向仓库内注入氮气，使高浓度气体在不断地进出气过程中不能充分均匀分散在粮堆内的各个部位。

图3 两仓氮气浓度变化对比曲线图

3.3.4两仓充氮气调能耗对比

仓号充氮时间(h)总耗电量(kW·h)保管数量(t)吨粮耗电量(kW·h/t)P11(98%)2424572805.140.876P29(98%)2725322798.900.905

在两仓氮气浓度均达到98%时，P11号仓的耗电量明显低于P29号仓，充氮时间以及吨粮耗电量均低于P29号仓。由此可以看出，间歇充氮相比于连续充氮，具备时间短，能耗低的优势。两仓在高浓度氮气维持期间，均经过一次鼓膜作业阶段，期间粮堆氮气浓度维持较好，在充氮气调结束后检查试虫笼内的虫害存活情况，虫笼内的害虫全部死亡，气调杀虫的效果较好。

由于连续性充氮需要进行夜间作业，并且设备长时间运转，存在一定的安全隐患，只能作为应急手段；另外连续性充氮过程中，须额外安排相关人员进行夜班值守，增加夜间作业的安全隐患。

4 结 论

本试验以中穗库两个早籼稻谷高大平房仓为试供仓房，分别以连续性和间歇性的充氮方式对仓房进行充氮，对充氮过程中仓房各截面的浓度进行分时间段的测定。研究发现，间歇性充氮相比于连续性充氮具有效率高，单位能耗低的优势。间歇性充氮方式可以充分利用其昼启夜停的规律，配套太阳能光伏发电设备使用，有效降低粮食储藏期间的保管费用。同时避免了夜间作业，大大降低作业过程中的安全隐患，符合粮库安全生产的要求。