浅谈气调仓房的气密性及处理措施

随着科学技术的发展和人们环保观念的增强,国家对绿色储粮更加重视。2000年我国分两批在5座粮库中建造了CO2气调示范仓,这标志着气调储粮在我国开始进入商业化应用阶段。由于我国大部分仓房在当时建造时没有考虑到气密性的要求,整仓处理难且费用高,加之外购液态CO2气体的费用高,使气调储粮的费用居高不下。气调储粮费用高和仓房气密性差问题,一直成为制约气调储粮大规模推广的瓶颈问题。2005年广西防城港国家粮食储备库、中储粮南京直属库采用变压吸附制氮机组自制氮气和气囊密闭粮面的方法,解决了外购CO2气体费用高、整仓气密处理难和投资大的难题,大大降低了气调储粮的费用,使气调技术具有了使用经济性和操作简便性。目前,中储粮系统和地方粮库开始大规模推广绿色充氮气调储粮项目。在充氮气调储粮技术推广过程中,由于各地对仓房气密性处理方法不同,其杀虫效果与储粮费用高低不一,可见采用合理措施对仓房进行气密性处理对气调储粮至关重要。

1 提高气调仓房气密性的重要性

1.1 仓房气密性影响储粮安全

温度和水分是影响储粮安全的重要因素。低湿、低温与低氧的环境不仅有利于保持粮食的新鲜度,延缓陈化速度,而且还能防虫抑菌,减少粮食污染;高温、潮湿的环境易使粮食发热、生霉,使粮食品质劣变或者丧失商品价值。粮堆是个开放的生态系统,它不断地与外界进行物质和能量交换,粮堆温度和水分也在不断变化中。为了保证储粮安全,要求仓储设施要具备良好的隔热、防潮和气密性能,使之能够避免外界不利因素对储粮的影响。而仓房隔热与防潮性能往往与仓房的气密性有着密切的联系。仓房的气密性好,其隔热和防潮性能也好;气密性差,隔热和防潮性能也差[1]。

1.2 仓房气密性能是实现气调储粮的关键

气调储藏就是通过自然或人为的改变粮堆中气体成分或浓度,从而达到杀虫、抑菌、延缓粮食陈化的一种储藏措施[2]。实验表明当O2浓度降至2%以下,或CO2浓度增至40%～60%,绝大多数储粮害虫就会被杀死,并能使微生物受到不同程度的抑制[3]。仓房气密性差,气体容易泄漏而达不到预定的浓度,或不能将有效浓度控制在一定时间,就达不到气调储藏的杀虫、抑菌和保鲜作用[4]。

1.3 仓房气密性决定气调、熏蒸的效果好坏与费用高低

仓房气密性好坏不仅决定着气调储粮与熏蒸杀虫效果的关键,还决定着运行费用的高低。从表1可以看出,气密性好的仓房很容易达到或较长时间保持预定的浓度值,充气次数少,气调的操作费用就低。反之,气密性差的仓房需经常开机充气来维持气体浓度,其应用费用就高。

表1 中储粮湖州直属库试验仓的气密性及充氮费用表

注:电费按照0.8元/(kW◦h)计算。

熏蒸杀虫也是如此,要取得较好的熏蒸杀虫效果就必须使熏蒸剂的浓度达到害虫的致死浓度以上并保持一定的时间,即遵循赫博尔规则(Cn×t=K,其中K是害虫达到某死亡率时的常数,指数n是毒力系数),磷化氢的n值小于1,也就是说延长熏蒸时间比提高浓度更重要[5]。仓房气密性就决定着熏蒸剂浓度的保持时间。气密性好的仓房可以较长时间保持磷化氢的熏蒸浓度并取得理想的杀虫效果,而气密性差的仓房则不得不加大用药量和增加熏蒸次数,当使用高浓度磷化氢熏蒸而又达不到维持有效浓度足够的时间时,往往会使保护性昏迷的害虫重新苏醒,使得害虫抗性增强,更难被杀死。500 Pa压力下半衰期能够保持100 s以上的仓房,通常一次投药可以维持仓内的有效浓度和熏蒸时间,达到较好的杀虫效果。而气密性较差的仓房则用药量多,杀虫效果差,甚至需反复多次补药,熏蒸费用也高[6]。

2 仓房气密改造材料的选择

由于气调储粮的气密要求远高于熏蒸杀虫的要求。通常用于磷化氢、氯化苦等化学药剂熏蒸密闭用的常规气密材料与做法则不能用于气调仓的气密性改造,否则极易因强度不足造成槽管、薄膜脱落,导致仓房气密性不达标、气体泄漏,轻者造成不必要的经济损失,严重的会发生人员伤亡事故。因此,气调仓改造必须合理选用气密材料,才能达到事半功倍的效果。

2.1 化学药剂熏蒸用的常规气密性材料

在我国粮食仓库,目前仓房熏蒸常用的密闭材料主要是塑料槽管及薄膜。塑料槽管的内径有7 mm和9 mm 2种规格,多用废旧塑料制成,生产粗放,规格尺寸误差大,质脆易断,安装工艺差,漏气严重,不适宜用作气调仓气密改造材料。粮仓密闭使用的塑料薄膜厚度0.08～0.14 mm,材质为聚氯乙烯、聚乙烯等,幅宽一般为2～4 m,由于其透水、透氧率较高也不适宜做气调仓密闭材料。

2.2 气调仓改造的专用气密材料

为提高改造后气调仓房的气密性,广西防城港市中金科技有限责任公司针对国内粮库的平房仓、浅圆仓等仓型的结构特点,研制开发出气调仓房改造专用的气密材料。

2.2.1 PVC塑钢双槽管

PVC塑钢双槽管是仓房粮堆气囊密闭气密改造必备的新材料,槽管规格为:长6 000 mm、宽60 mm、高25 mm、槽管内径 13.5 mm,由 PVC塑钢材料一次注塑成型,具有强度高、精度高、气密性能好等优点。

2.2.2 三层共挤聚乙烯薄膜

根据我国粮仓跨度大、气调储粮要求薄膜透氧率低的特点,开发的气调仓专用薄膜——三层共挤聚乙烯薄膜,具有超宽幅、低透氧率、强度大等特点,主要用于仓房内墙、粮面、门窗等部位的密闭。薄膜幅宽有8、10、12、16 m 等 ,长度为 70 m 左右,厚度为0.08～0.14 mm。由于薄膜幅宽可以减少仓内薄膜焊缝1～2条,大大减少了因焊接不佳导致气体泄漏的几率。如粮仓跨度24 m的粮面薄膜焊接可用1幅8 m和1幅16 m或2幅12 m的薄膜焊接而成,仅有1条焊缝;若用6幅4 m的薄膜焊接而成,则会产生5条焊缝,增加焊缝处漏气的可能性。

2.2.3 高弹性、耐低温密封胶管

由高弱塑胶加入抗老化、防冻等材料制成的高弹性、耐低温密封胶管具有抗低温、柔软、弹性好等特点,在3℃低温时仍保持柔软状态,不会变硬,方便气调仓密闭操作。密封胶管将薄膜压入双槽管后,能使薄膜紧贴管壁防止气体泄漏。

3 气调仓房的气密处理方法

针对我国仓房整体气密性差,屋顶和仓窗存在众多的漏气点,而粮面以下仓体部分气密性较好、漏气较少的特点,防城港国储库提出使粮面以下部位达到气调要求的粮面气囊密闭法,把密封的重点放在对仓壁、地坪、仓门孔洞处理上,避开整体仓房气密性差、改造费用较高的难点,大大降低了仓房气密改造的费用,推动气调储粮技术的推广。

3.1 粮面气囊密闭

气囊密闭是在粮堆一面封的基础上发展起来的密闭方法,需在仓内装粮线处安装专用双层密封槽管(图1),选用一张比粮堆平面长宽各约大4 m的大薄膜,然后再用胶条将薄膜压入双槽密封内。充气后会在粮面上形成一个巨大的气囊物(图2)将粮堆密闭起来。此法适用于墙体、地坪气密性能较好的仓房。

3.2 仓壁、地坪的处理

气调仓对气密性要求较高,除重点加强处理仓顶外,对仓壁、地坪的处理也是一个重要内容。地坪采用石灰、水泥、沙浆做基底进行硬化,地坪分隔缝用气密材料和填充料混匀后灌封处理。建议仓壁涂刷二遍聚酰胺环氧树脂气密涂料替代内墙涂料,用量≥0.5 kg/m2,厚度≥0.5 mm,玻纤布层≥0.8 mm。壁面连接处做成圆弧形,用聚胺酯涂料、聚酯纤维无纺布或玻纤布进行二布三涂密封处理。

3.3 门窗的处理

整仓气密处理时,需加强对门窗处理;若是粮面气囊密闭时,处理重点放在对仓门的处理。处理方法有两种,一是采用带有压紧功能的仓用密封门窗,外形美观,拆卸方便,但造价较高[7];在边框上采用H型密封胶条是门窗处理的关键,调整好边框与门(窗)扇间的缝隙,手柄加压使门窗达到气密要求。二是薄膜加双槽密封,传统作法简便易行,但每次密封较麻烦,气密效果与操作质量关系密切,槽管拐角处与薄膜皱褶处易漏气;槽管位于门框内10 cm处,需事先预埋入墙内,与墙面平齐,仓房打压时薄膜紧贴仓门,可防止薄膜脱落。

3.4 孔洞的处理

对于进出粮频繁的筒仓、浅圆仓等筒式仓的进出粮口必须进行处理,通常可用气密闸阀密闭。进粮口处闸板不受力,也可用板材、密封胶或胶带密闭。卸粮口处闸板应在进粮前就关好,否则粮食的巨大载荷会使闸板无法压紧[8];密封效果最好的做法是从仓内对卸粮口处闸板用胶带纸进行密封,既操作方便、费用低,气密性也好。环流熏蒸孔、粮情检测进线孔等穿墙管均采用带翼环的穿墙套管预埋,用聚氨酯发泡填实后,再用沙浆聚合物密实处理,对所有管线间的缝隙用硅酮胶封堵密实。

3.5 通风口的处理

多数仓房的通风口为方形、圆形结构,盖板门与通风口箱体间衬垫薄橡胶,方形口靠数十个螺钉紧固盖板,圆形口靠铰链-手轮紧固盖板。存在的主要问题:一是靠螺丝紧固的盖板开启、密闭困难;二是隔热与密封性能较差;三是与风机等设备连接不方便。

改造后的通风口可采用方形(图3)或圆形(图4),用手轮、搭扣、拉簧、夹板等构件紧固或旋转紧固。通风口箱体与盖板间衬垫厚度10 mm以上的柔软胶条,以增大结合部位的压紧力,达到密闭要求。由于通风口是金属部件,须对其进行保温处理,具体做法:①选用保温材料对通风口金属箱体、盖板进行隔热处理;②用稻壳包、珍珠岩包、聚苯板等保温材料加塞在通风口内,阻断风道内外湿热气体的对流;③采用类似冰箱磁性胶条门结构[9]。改造后的通风口既开关方便,又能起到保温隔热的作用,也容易与其他设备对接。

按照上述改造方式处理后的仓房气密性实测值见表2。

表2 几个粮库的仓房气密实测值

4 仓房气密性检测标准与方法

4.1 仓房气密性标准

我国一直没有粮仓的气密标准,为配合1998年新仓建设的验收所出台的临时气密要求已不适应当前科学保粮的需要。于是就有了起草新的粮食仓房气密标准的必要性。在新颁布的平仓房气密性标准[10]中,考虑到仓房用途和密封形式的不同,将气密要求分为2种用途、3个等级,具体分级标准见表3、表4。

表3 平房仓的气密性等级

表4 平房仓内薄膜密封的粮堆气密性等级

4.2 检测方法

目前用压力衰减法检测仓房的气密性,特点是操作简便。用风机将空气压入仓内(正压检测)或从薄膜密闭的粮堆中抽出(负压检测),使仓(粮堆)内外达到一定的压力差后停机,用秒表记录压力从预定值衰减至一半时所需的时间,即压力半衰期。根据所测压力半衰期值的长短,来判定仓房气密性的好坏。仓房用正压检测,塑料薄膜覆盖的堆垛用负压检测。

气密测试的器械有风机、闸阀、压差计、秒表和喷壶等,仓房气密性检测时器械的连接见图5。

图5 压力衰减法检测仓房气密性示意图

FT66Ⅰ型数字式仓房气密性检测仪属一种新型检测仪,它由集成电路构成,用传感器获取压力信息,通过微处理器智能控制技术处理,实现压力检测数值与压力衰减的计时数值同步显示;备有高能量蓄电池,方便用户在仓外操作使用6 h以上。检测仪具有操作简便,检测精度高(以Pa为单位),数字显示直观,自动检测记录仓房的压力半衰期数值(以s为单位)等优点;克服了原有U型压力计、膜盒式压力表等检测仪存在的测量精度低,读取数据困难,人为操作因素影响大等不足之处,成为基层粮库检测仓房气密性的理想仪器。

4.3 查漏方法

生产中常用发泡液检漏法进行仓房查漏,操作简便、效果明显。具体做法:将水与少量洗洁精混合作为检测液,装入喷壶或用毛刷将检测液喷涂在检测部位,观察被检部位有无气泡产生,若有气泡产生者则为漏气部位。检测时,若在仓房门窗等处能听到“吱吱”声,或用手在缝隙处有凉爽感觉,都表明该部位有明显漏气现象,需要进行密封处理[11]。

5 仓房气密性处理的注意事项

5.1 在仓房设计建造中就考虑仓房气密性

山东肥城分库[12]在设计和建造中充分考虑仓房气密性,注重门窗等外购件的选购以及仓房结构施工质量和易漏气部位的处理,从新仓气密性能的检测可以看出(见表5):对仓房门窗、轴流风机孔使用薄膜与塑料槽管密封的2号仓西和3号仓西气密性分别达到100 s和120 s以上;仅正常关闭门窗未采取薄膜密封的2号仓东仍达到54 s较好的气密性。所以,忽视气密性的设计是造成目前我国多数仓房气密性差的主要原因。因此,在新库设计中,一定要重视仓房的密闭和防潮隔热性能,采取保证仓房气密性的技术措施。

表5 仓房气密检测值

5.2 气密处理要有简便性和经济性

在仓房的气密处理中,首先要考虑气密处理的经济性和可操作性。成本高、操作难的处理方法企业是很难接受的,也不利于气调技术的推广。对需要经常开关的仓房进人孔、出风孔、轴流风机孔等孔洞在密封时,一定要考虑操作的简便性,否则会造成操作者不愿使用或密封性不好,影响使用效果。如通风口的盖板用数十个螺栓紧固,操作起来麻烦,费时费力,也不利于风道投药。

5.3 气密检测时压力不应过高

在气密检测时,仓内压力超过设定压力值的10%,留出关闭打压闸门的时间即可。检测压力过大时,所测仓房的压力半衰期明显要低于正常测定的半衰期,同时容易破坏密封材料或仓体结构,形成一些无形的缝或者小孔变大孔,尤其是仓门处的薄膜易从密封槽内脱落,使仓房气密性下降。