新型糧倉熏蒸殺蟲磷化氫發生器

劉玉峰

[摘? ? 要]磷化氫發生器是針對糧倉儲存，在密閉條件下，采用低濃度磷化氫氣體熏蒸，進行庫房內殺蟲。該法操作簡便、安全、經濟、殺蟲效果理想，且對儲存糧食的無明顯影響，可以達到國家規定的倉儲標準。磷化氫發生器為全自動控制，標準配置彩色觸摸屏和可編程邏輯控制器，可根據實際應用工況自行設置相關參數，實時顯示系統工作狀態。磷化氫發生器可提供遠程報警信號接口，可接入中央監控系統，實現設備狀態的遠程監測。具有高處理效率、低運行成本、操作維護簡單方便、全面的安全保證等優點。

[關鍵詞]磷化氫;反應釜;爆炸極限;引射器;稀釋器;環流熏蒸

[中圖分類號]S379 [文獻標志碼]A [文章編號]2095–6487（2021）12–00–03

Novel Phosphine Generator for Fumigation and Insecticidal in Granary

Liu Yu-feng

[Abstract]Phosphine generator is used to kill insects in the warehouse by fumigation with low concentration phosphine gas under closed conditions. The method has the advantages of simple operation， safety， economy， ideal insecticidal effect and no obvious impact on the storage of grain， so as to meet the storage standard stipulated by the state. The phosphine generator is fully automatic control， with standard color touch screen and programmable logic controller. It can set relevant parameters according to the actual application conditions and display the working state of the system in real time. Phosphine generator can provide remote alarm signal interface and can be connected to central monitoring system to realize remote monitoring of equipment status. It has the advantages of high processing efficiency， low operation cost， simple and convenient operation and maintenance， comprehensive safety guarantee and so on.

[Keywords]phosphine; reaction kettle; explosion limit; ejector; diluter; recirculation fumigation

熏蒸殺蟲是采用熏蒸劑在密閉的糧倉或其他密閉儲物空間內殺死害蟲或其他有害動植物的技術手段。熏蒸劑是指在規定要求的濕度、溫度和壓力下能產生對有害生物致死的一種化學藥劑。熏蒸所用的分子狀態的氣體，能夠穿透到被熏蒸的物質中去，且不易于被所熏蒸的物質吸附。熏蒸后通風散氣，能擴散出去。總之，熏蒸劑是以其氣體分子起作用的不包含呈液態或固態的顆粒懸浮在空氣中的煙、霧或霾等氣霧劑。

1 糧倉熏蒸殺蟲的現狀及趨勢

當今糧食市場熏蒸作業主要依靠人工投放磷化鋁片，然后閉倉自然潮解生成磷化氫氣體來熏蒸殺蟲。因為磷化鋁農藥直接投放禁止采用，所以新型的符合規范要求的熏蒸殺蟲方式就需要投放到糧食熏蒸的市場。混合氣體殺蟲目前比較流行的是利用熏蒸機釋放磷化氫氣體及二氧化碳，混合產生磷化氫、二氧化碳混合氣體進入糧倉，迅速使整個糧堆達到一個比較持久的、均衡的和較高的磷化氫濃度，從而達到有效地消滅糧倉中各部位害蟲。但是此熏蒸殺蟲裝置中需要大量固體干冰來產生二氧化碳氣體，尤其是應用在大型糧倉，消耗干冰量較多，經濟性較差且造成過量碳排放。

另外一種裝置是磷化氫氣體與氮氣混合成熏蒸氣體，從糧倉之外或者糧倉內采用鋼瓶混和裝置，利用制氮機制造糧堆低氧環境，同時通入采用藥劑或者磷化氫氮氣混氣進行熏蒸殺蟲，降低了用藥量，提高了熏蒸效果，取得了理想的殺蟲效果，并結合惰性粉拌合糧面、防蟲線的糧堆防護措施，減少了一個輪換儲存期的熏蒸次數，為綠色儲糧技術做了有益探索。但是與磷化氫和干冰混合有一個通病，混氣裝置需要制氮機或者大量的氮氣，經濟性較差。

2 磷化氫發生器小試驗證

磷化氫發生器裝置產出磷化氫氣體與空氣直接混配，在國內裝置屬于首套裝置，反應原料磷化鋁顆粒含量﹑反應溫度﹑注水速度﹑引射器孔徑等關鍵參數都需要一步步摸索。因此，設計磷化氫發生器之前需要一系列的實驗驗證摸索相關參數，從而保證設計的設備能夠滿足國家安全規范并達到應用要求。

2.1 56%磷化鋁顆粒水解實驗

2.1.1 實驗步驟

（1）取4只錐形瓶，烘干后稱重。編號1#，2#，3#，4#;

（2）取一定量的AlP（濃度：56%，形態：片），加入1#，2#稱重;

（3）取一定量的AlP（濃度：77.5%，形態：粉），加入3#，4#稱重;

（4）在錐形瓶中加入20 ml水，放在恒溫水浴中反應;

（5）設定恒溫水浴溫度為30 ℃、40 ℃、50 ℃;

（6）反應10 h，后取出，敞口放置繼續慢反應20 h;

（7）將4只錐形瓶放入烘箱（溫度150 ℃）進行烘干（4 h）;

（8）取出錐形瓶進行稱重，分別記錄4只錐形瓶連同反應殘渣的重量。

2.1.2 實驗目標

采用56%磷化鋁顆粒在不同的水溫下反應，測試其反應速率及生成磷化氫氣體量，從而篩選出合適56%含量的磷化鋁顆粒反應溫度。

實驗數據如圖1所示。

2.2 PH3發生器原理機實驗步驟

（1）取一定量的磷化鋁（濃度：56%，形態：顆粒），稱重并記錄;

（2）反應器內裝入磷化鋁顆粒;

（3）儲水罐內注水2 L，記錄水溫39.8 ℃，設定儲水罐的加熱溫度為40 ℃;

（4）設定反應器夾套溫度為40 ℃;

（5）啟動循環風機，打開風機補風閥，將氣包鼓滿，記錄鼓滿所需時間;

（6）氣包鼓滿后，關閉補風閥，打開進口的循環閥，讓風機和氣包自循環;

（7）啟動鼓風風機，將風機出口壓力設定在600 g/cm2;

（8）打開儲水罐壓料閥，注水入反應器，開始記錄反應，開始記錄。

實驗數據（磷化氫濃度曲線）如圖2所示。

3 磷化氫發生器裝置

本裝置用于防治儲糧害蟲，在數次的配比實驗中累積了豐富的數據，可以根據不同的糧倉及害蟲種類，設置不同濃度磷化氫的混氣;本裝置通過注入定量的水與磷化鋁反應產生磷化氫氣體，直接與空氣進行混合，不需要額外地采用二氧化碳、氮氣，采用獨特的發生裝置及高精度智能化遠程控制，實現了磷化氫氣體與超高速速空氣直接混合，配比出安全范圍內的高濃度混氣，對于糧倉殺蟲熏蒸防治效果更佳。

（1）設備組成。磷化氫發生器系統，包括吹掃N2鋼瓶、磷化氫反應釜、引射器、混氣裝置、空壓機、連接柔性管、排風扇、PLC系統、智能模塊等組成。利用PLC智能控制，根據相關的糧倉容量和害蟲類型，在HMI輸入相關參數，系統會根據設置啟動空壓機產生超高速的空氣氣流，壓縮機的高速氣流通過磷化氫發生器，在特定的設計截面后，進一步增加風速，根據風量風速度，通過質量流量控制器精確控制反應釜內注水量，從而控制磷化鋁反應產生磷化氫氣體的速度。本裝置能將出口磷化氫濃度最大提升至12 000 PPM。同時，本裝置一次性投藥量最高可以達到45 kg磷化鋁，完全領先于國內混合干冰小的磷化氫反應裝置的8 kg，且反應時間<4 h。

（2）反應釜引射器。因為磷化氫氣體屬于易燃易爆氣體，與空氣混合物爆炸下限：1.79%（26 g/m3），磷化氫是一種無色有味、劇毒、易燃的氣體，常規狀態是儲存于鋼瓶內，化學分子式為PH3。正常情況下，純磷化氫氣體是無色無味的，但在金屬磷化物產生磷化氫氣體時常帶有乙炔味或者大蒜味或者腐魚味，進入空氣后會自燃。因此，直接與空氣混合成低于爆炸下限的混合氣體，就需要特別的設備構造以及精準的智能控制。本裝置的核心裝置在于，利用反應釜引射器將進口的空壓機空氣流以高速的方式環流噴射，在反應釜內（圖3）將遇水反應生成磷化氫氣體，快速的帶入發生器出口管道，避免發生器內部磷化氫氣體濃度堆積，導致自燃爆炸。

引射器噴嘴按最狹窄處的線速度接近聲速進行改進，并在改進在噴嘴前后端安裝一個差壓計，即時傳輸相關壓力信號到系統PLC，以調節變頻風機，使氣流從亞音速到音速。引射器的計算原理參照熱力學拉伐爾噴管計算方法，引射器參照拉瓦爾噴管原理并參照實驗測試數據進行設計制造。所謂拉瓦爾噴管是推力室的重要組成部分，噴管的前端是由大管徑縮小成一定尺寸的管徑，直至收縮成一個狹窄的部件。經過該部件后，擴管由小變大，直到向外擴張至箭底。腔體內的氣體受高壓流入噴嘴的前半部，穿過狹窄部件后從后半部流出。這一個特殊的部件可使混合氣體的流速因噴截面積的變化而變化，從而得到超音速的氣流。反應釜設備見圖4。

（3）系統PID。磷化氫發生器工藝流程簡圖見圖5，因涉及商業產權保密及技術專利保密要求，本圖僅提供涉及裝置主設備配置走向，不涉及核心關鍵元器件的詳細描述。

（4）系統智能化控制。熏蒸系統需要精密流量控制、定量風機流量及壓力連鎖控制、精確的濃度配比控制、遠程實時監測控制、倉內環流控制等，控制邏輯復雜，控制精度及動態響應要求極高，需要系統PLC及前端檢測儀表滿足精度、偏移量、靈敏度、智能化等比較嚴格的選型。

（1）流量控制器。在注水流量控制中采用了高精度的質量流量控制器（MFC），其響應時間﹑控制精度都達到國際領先水平;設計選型的產品為CS200-A系列數字型產品，為注水質量流量的控制、測量提供了高準確度及高可靠性。其能夠支持自動故障報警，多介質多量程等功能。采用標準開放的通訊協議采集上傳至PLC系統。氮氣吹掃也采用了同類型的流量計，采用PID串級控制，在管線吹掃時，給前端流量控制器信號，保持流量控制器處于全開狀態，打開質量流量控制器的電磁閥，整個管路使用氮氣進行大流量的吹掃，保證整個管線和盤面的殘留磷化氫氣體濃度在爆炸極限之下。

（2）設備風機。系統中的風機選型及相關控制要求也非常苛刻，因為后端引射器的風阻，會導致前端風機后的空氣有溫度的變化也有壓力的劇烈波動，隨著后端引射器的工作，產生風阻，空氣溫度會快速升溫至xxx度左右，壓力會升壓至xx毫巴，對風量的檢測帶來不確定性，直接會導致后端反應釜內磷化氫氣體濃度上升至爆炸極限，引起反應釜爆燃。因此采用自帶溫壓補償的渦街流量計，精度及響應時間均能夠達到有效測量風速風量的要求。

（3）磷化氫氣體稀釋偵測裝置。混氣濃度檢測對于分析儀表選型要求相對更高，測試PH3濃度的常規分析儀表，檢測范圍在0～1000 ppm，但我實際需要配比的濃度值遠大于市場主流偵測器的檢測范圍。在本裝置中采用國際一線品牌氣體傳感器，長期穩定不漂移;自帶全量程溫度補償和數據修正，大幅提高產品的精度性和穩定性。另外根據實際情況我們設計安裝了一套稀釋裝置，氣體濃度稀釋器混配控制方式采用全自動混配，質量流量控制法;混配范圍為按比例稀釋，最大稀釋100倍;多組份氣體混合系統，通入的磷化氫混氣配備預定比例的氮氣，混智能化集成系統將各組介質進行精確、均勻的按照比例之間的混合，同時也可以按照現場設定旋鈕隨時調整設定值。本裝置的稀釋偵測器反應靈敏、測量精準、抗干擾能力強，且測量范圍可以達到系統所需要的范圍0～12000 ppm。

（4）遠程智能模塊。因為本設備使用場所的特殊性，實時移動，分區域釋放混氣殺蟲，并在不同的監測點需要實時監測濃度數據等，就將實時遠程控制、重要參數實時報警手機傳輸功能加入到系統中，應用物聯網模塊與系統PLC通訊，自帶4G卡、GPS全球定位模塊、無線偵測器等智能化模塊。能夠實時監測系統的運行狀況、重要報警信息的實時監控、設備運行地點確認等關鍵參數。尤其是在糧倉五點分布式監測PH3濃度的前端儀表，采用無線傳輸及鋰電池自供電模式，真正實現無線，能夠及時的將檢測的濃度參數傳輸至系統PLC。

本設備中的觸摸屏用一體機代替，內置系統廠家的SCADA Runtime，網絡版、無限點、內置云引擎、PLC引擎、數據庫引擎、支持視頻流;支持二次組態。可靈活調用各地設備變量數據，實現對異地設備的集中控制，內置MQTT服務端，可開啟MQTT 代理功能，輕松實現MQTT自組網，支持多屏功能，同時通過TV盒子將反應釜內化學反應畫面遠傳至辦公室，遠程監控反應過程。

4 操作步驟

（1）啟動設備，通入空氣對整個盤面及混合倉引射器進行吹掃置換，檢查各部件的有效性，利用管道文丘里對整個管道系統抽真空保負壓，檢查系統的密閉性能，防止通入磷化氫氣體時在管道盤面內自燃或爆炸。

（2）啟動空壓機，將自吸的空氣按照設定的流量通入引射器，制造超聲速的氣流到混合倉。

（3）根據糧倉類型、糧倉尺寸、害蟲種類、三溫三濕（“三溫”即倉外溫度、倉溫、糧溫;“三濕”即倉外濕度、倉內濕度、糧食水分）等具體參數，輸入設定值，系統根據設定值來修正磷化氫氣體質量流量控制器;然后開啟磷化氫鋁料倉，將原料磷化鋁投入反應釜內，同時開始控制注水，進入混配程序。

（4）啟動發生器后5～10min，后端的磷化氫偵測器實時檢測氣體濃度，并會反映在HMI畫面，實時顯示的濃度作為連鎖參數，及時調整反應釜注水的流量，以滿足系統設定的濃度值。

（5）產生的磷化氫混氣通過糧倉自帶通風、環流設施，使磷化氫混合氣體直接進入通風、環流系統，加速混合氣體在倉內的擴散，提高氣體濃度分布的均勻度，以進行有效地殺蟲。

（6）在熏蒸殺蟲前，后端糧倉裝置內會設置最低5點的氣體濃度監測點，通過無線的形式傳輸到熏蒸裝置的HMI一體機顯示，系統根據糧倉的磷化氫實時檢測濃度設置相應的濃度及入口混氣流量。

（7）在熏蒸殺蟲后，糧倉磷化氫氣體濃度會持續進行實時監測，并根據濃度監測情況，及時自動啟動混氣裝置進行補氣，以實現對糧倉蟲子進行徹底滅殺，滿足相關的殺蟲設置要求。

5 結束語

本設備具有以下幾個特點：設備采用電子行業安全設計，實現“人藥分離”功能;采用空氣取代二氧化碳稀釋磷化氫氣體，降低混氣原料成本，提高混氣速度，并減少溫室氣體排放;新型均勻混氣裝置，消除了磷化氫濃度局部超限，實現空氣與磷化氫的安全混合;配有高靈敏度檢測器，可遠程智能終端APP查看實時濃度，并實現遠程控制。

參考文獻

[1] 王柏青等.磷化氫和二氧化碳混合氣調對土耳其扁谷盜成蟲毒殺作用的研究[J].鄭州糧食學院學報1990（3）：42-51.

[2] 王殿軒. 磷化氫對赤擬谷盜的毒理學及熏蒸關鍵技術研究[D].北京：中國農業大學，2006.