基于立式筒仓移动式谷冷系统的应用研究

◎ 温宏杰，王 磊，闫发宣，史纬琦

（山东港口集团青岛港董家口分公司，山东 青岛 266000）

粮食的低温储藏一般分为2 类，①通过自然低温条件实现低温存粮。②通过人工冷源[1]。本文是通过第二类方式降低储粮温度，并采取隔热保冷措施，以有效延长粮温回升期，确保粮食在筒仓储藏期间维持一定的低温状态，提升粮食自身储藏的稳定性，减缓粮食的劣变，减弱粮食的呼吸作用，抑制虫害的发生[2]。其中，人工冷源是一种控温储粮技术，最适合粮食筒仓的冷源是谷冷机控温，具有显著降温功效，人员工作强度小、经济投入成本低，是立式筒仓降温的重要措施之一。

目前，粮食筒仓须对温度进行控制，传统的控温系统是通过筒仓的通风系统，对仓内粮堆进行有效降温，但机械通风时间较短，对于仓内湿度来说影响不大。粮食在此状态下储藏时，有可能会导致霉变、粮堆发热，因而对储粮安全存在巨大威胁[3]。另外，通过对筒仓温控设备的运行情况、人员配比以及能耗问题调查，发现在倒仓作业时，存在环节繁杂，设备参与多、能耗高，人工、时间成本高等特点，直接影响了其作业效率。

为解决上述问题，本文采取新型设备予以实现，即移动式谷冷系统。具体是将降温调湿后的空气送入粮堆，从而对筒仓整体降温。谷冷机在工作时不受环境条件的限制，不管冬季还是夏季均可降温调湿[4]。该系统整体具有较高的自动化程度，能够精确控制出风时的温湿度，使粮食储存达到最佳，是一项具有科学性、可靠性的储粮技术。

1 设计方案

1.1 工作原理

谷物冷却机是一个能够连续使空气降温调湿的新型设备，其主要工作原理基于环境空气在风机的带动下，通过滤网进入制冷系统的蒸发器，再利用蒸发器降温，利用后加热器进行湿度调节，最终制冷后的空气经管道送入粮堆[5]。该设备具有适应能力强、制冷量大、控制精度高等特点。

1.2 系统设计及组成

基于筒仓降温时常见的一些问题，本文研究使用一种新型设备对筒仓有效降温调湿，即移动式谷冷系统。通过调查研究发现，谷冷机自身特点符合董家口港区气候特点以及实际情况，并能够在粮食筒仓内部的高温高湿环境下高效运行。

结合图1、图2、图3 可以看出，谷冷系统每座筒仓采用2 台移动式谷冷机向筒仓内送冷风，同时开启4 台仓顶排风机排风相结合的谷冷方式。谷冷系统与通风系统共用仓底送风管和通风分配器。谷冷机名义制冷量不低于85 kW，最大风压不低于3 000 Pa，出风温度控制精度为0.5 ℃。适用环境温度范围为0～55 ℃，环境相对湿度范围为10%～100%。

图1 通风谷冷系统流程图

图2 仓顶通风平面图

图3 仓底通风平面层图

移动式谷冷机由可移动机架、制冷系统、过滤器、离心风机、自动控制系统等组成。具体系统设计有以下几个方面：

（1）制冷系统由压缩机、蒸发器、冷凝器、膨胀阀、贮液罐、气液分离器、控制阀、过滤器及系统管路等组成。

压缩机：具有高能效比、低噪音、体积小、质量轻、可靠性高、使用成本低的优点。配有电机保护装置、压力控制保护单元确保压缩机的安全运转，并加装能量调节装置，确保有效调节制冷效果和制冷量。

蒸发器：采用铜管铜翅片结构，制冷剂由蒸发器铜管内流过，将冷量传给铜管外侧散热翅片之间的流动空气，使空气降温。风管四周设有高性能隔热保温材料，冷却空气所产生的冷凝水由下方带水封的排水管排出。

冷凝器：采用铜管铜翅片结构，高温高压制冷剂由铜管流过，空气流过铜管外侧及散热翅片，被加热的空气由冷凝器风机排出，冷却后的制冷剂由气态变为液态，液态制冷剂回流入液罐。

热力膨胀阀：采用外平衡式热力膨胀阀，制冷剂经过阀门，压力降低，并维持蒸发温度与吸气温度保持一定的过热度。

热氟加热器：根据谷物冷却机的出风温湿度要求，在一定的蒸发温度下，可以改变热气加热调节阀开启度，将一部分高温高压制冷剂气体送至后加热盘管，提高出风温度，实现不同的出风温湿度。

（2）谷冷系统与通风系统共用仓底送风管和通风分配器。当通风系统向粮堆输送空气，动力为离心式风机，配有风量调节装置，通过控制通风风机的变频控制器使得风量与制冷量随时自动匹配，输出恒温恒湿空气。另外，仓底共用送风管需采用不小于30 mm厚的橡塑保温材料进行保温[6]。

（3）在电控系统方面，控制系统由温度传感器、压力传感器、高低压保护开关、延时元件等电气元件组成，分别有2 种控制模式：自动和手动。

操作人员只需根据粮食状况，设定好粮食冷却机相应出风温度、湿度。在环境温度变化时，设备工况能自动调节，确保所设定的出风温度、湿度稳定维持在设定范围内。其中，输出冷风的实际温度，由设在出风口的温度传感器采集后输入控制系统，并在显示屏上同步显示。整个控制系统精确严密，操作简单。

（4）移动式机架为整体框架结构，下部装有4 只车轮，前部转向轮转向灵活，整机移动方便，平整路面3 人即可推动行走，机动车在平整的库区拖动时，限速5 km/h。

2 效益分析

以山东省青岛市董家口港区为例，根据原有筒仓通风系统，粮食在筒仓需要严格控制温度和湿度，这样出现环节繁杂，设备参与多、能耗高，人工、时间成本高，而且在倒仓等操作环节上需要支出额外的操作费用，直接影响了作业生产效率。因此，基于立式筒仓，采用移动式谷冷系统，不仅能提高效率，还能降低成本，具体表现在以下几个方面：

2.1 降低运行能耗

采用经常通风及倒仓等常规储藏方法，每年投入都会产生一笔直接保管费；采用谷物冷却机储藏的方法，节省了倒仓等常规操作费用支出，降低了人员作业强度以及时间成本。

2.2 避免粮食损耗

采用谷物冷却机储藏的方式，能够减少粮食呼吸干物质损耗、水分减量损耗和倒仓损耗，可直接避免由此造成的经济损失，提高公司运营效益。

2.3 提升整体效率

谷物冷却机移动方便，机组底架采用可移动滑轮设计，可以在多个粮仓之间轮流使用，设备利用率高。在电控系统方面，采用PLC、触摸屏全自动控制，通过中控室实时监控粮仓温度和湿度，操作简单方便，有效降低人员的工作强度，提高整体作业效率。

2.4 提高粮食品质

经谷物冷却机储藏的粮食，完全满足储存温度及湿度的要求，提高了粮食品质，在后续加工时，不管是从感观质量还是食用品质，都非常接近用新鲜粮食加工出的产品。

3 结语

基于立式筒仓的粮食储存，本文采用了移动式谷冷系统对筒仓进行控温，通过结合自身所在港区的各种作业特点，综合考虑存粮、倒仓的各方面因素，并结合常见问题，从根本上优化了相关从业工艺流程，可降低人员的工作强度，并减少作业人员的投入及成本投入，为筒仓创造更优质的储存环境。预计投产使用后，其在成本效益方面能够取得较为满意的使用效果，具有较高的推广使用价值。