立體貨架垛位儲(chǔ)存方式的原料高架庫(kù)充氮低氧氣調(diào)技術(shù)

馬盛力 徐 俊 吳敏嫻 黃 慧 李秀峰 來(lái)振利

（1.上海煙草集團(tuán)有限責(zé)任公司上海煙草儲(chǔ)運(yùn)公司，上海 200439；2.武漢東昌倉(cāng)貯技術(shù)有限公司，湖北 武漢 430074）

0 引言

目前，國(guó)內(nèi)鋼構(gòu)立體高架庫(kù)煙葉儲(chǔ)存的煙葉數(shù)量占比較大，約占整個(gè)煙草行業(yè)的1/3。其中，立體貨架垛位式高架庫(kù)占40%以上，立體貨架垛位式是指煙葉采用立體貨架存儲(chǔ)，但是立體貨架之間相互獨(dú)立且具有一定空隙，該存放模式目前仍采用整倉(cāng)磷化鋁熏蒸殺蟲(chóng)+綜合治理的方式，由于倉(cāng)庫(kù)氣密性差，因此每年會(huì)產(chǎn)生大量的“三廢”，投入的熏蒸劑運(yùn)輸、儲(chǔ)存及“三廢”處理費(fèi)用逐年增加[1]。隨著2024 年磷化鋁徹底被淘汰的期限臨近以及煙葉原料熏蒸在安全、環(huán)保等方面客觀要求的提高，行業(yè)內(nèi)已逐步推廣應(yīng)用充氮低氧機(jī)械調(diào)控技術(shù)進(jìn)行原料蟲(chóng)害防治，該技術(shù)安全、環(huán)保且殺蟲(chóng)徹底，符合當(dāng)前綠色化蟲(chóng)害治理技術(shù)趨勢(shì)[2]。但是立體貨架垛位式高架庫(kù)應(yīng)用充氮低氧機(jī)械調(diào)控技術(shù)的主要難點(diǎn)在于垛位密封難度大、直充式充氮密封帳幕易破損、設(shè)備配置功耗大以及安全防護(hù)難度大[3]，該研究通過(guò)在密封方式和材料創(chuàng)新、設(shè)備配套研發(fā)創(chuàng)新等方面的實(shí)施和應(yīng)用，研究出基于現(xiàn)有煙葉儲(chǔ)存和管理模式實(shí)現(xiàn)立體貨架垛位式高架庫(kù)機(jī)械充氮?dú)庹{(diào)防蟲(chóng)及養(yǎng)護(hù)工作的方法，有效填補(bǔ)行業(yè)技術(shù)空白，具備在行業(yè)內(nèi)進(jìn)行推廣的潛力。

1 材料與方法

1.1 材料和儀器

材料：4 個(gè)立體貨架垛位，共計(jì)2 688 箱原料煙葉（537 600 kg）。

設(shè)備及儀器：SG-50 型制氮機(jī)組（武漢東昌倉(cāng)貯技術(shù)有限公司）、DCLJ-02 型氧氣監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（武漢東昌倉(cāng)貯技術(shù)有限公司）、TB150-10 型透浦式風(fēng)機(jī)（東莞市全風(fēng)環(huán)?？萍加邢薰荆oto-500S 在線(xiàn)氧氣檢測(cè)儀（深圳逸云天電子有限公司）、XY1000 型數(shù)字微壓計(jì)（龍巖協(xié)亞機(jī)械設(shè)備有限公司）以及PNT100-O2-30 型手持式氧氣檢測(cè)儀（深圳科爾諾電子有限公司）。

1.2 試驗(yàn)方法設(shè)計(jì)

1.2.1 試驗(yàn)地點(diǎn)及貨架垛位選擇

江蘇省太倉(cāng)市瀏河鎮(zhèn)東倉(cāng)物流有限責(zé)任公司庫(kù)區(qū)6#倉(cāng)庫(kù)內(nèi)，存放約6 萬(wàn)擔(dān)煙葉，采用立體貨架垛位儲(chǔ)存方式，單個(gè)立體貨架垛位存放約800 箱或400 箱煙葉[4]，選取庫(kù)內(nèi)存放的2018 年產(chǎn)煙葉貨架4 個(gè)，對(duì)垛位進(jìn)行不同的密封預(yù)處理，詳細(xì)情況見(jiàn)表1。

表1 試驗(yàn)垛位設(shè)置參數(shù)

1.2.2 帳幕制作及密封方式

1.2.2.1 密封方式

密封方式如下：1）密封帳幕裙邊與地面采取充氮?dú)庹{(diào)常用的膠槽法密封[5]。2）地坪面伸縮縫、地腳螺栓等泄漏點(diǎn)采用特殊的防滲、防潮密封涂料進(jìn)行處理。3）貨架的四角使用專(zhuān)門(mén)定制的弧形圓角膠槽，確保四角密封點(diǎn)的氣密性，膠槽與膠槽的對(duì)接端面之間采用“V”形對(duì)接[6]。

1.2.2.2 立體貨架改造

按照表1 的處理要求，頂層及側(cè)邊的銳角尖刺等鋼結(jié)構(gòu)件采用柔性材料、發(fā)泡棉等包裹處理。

如圖1 所示，在堆垛頂部安裝1 套起吊和便捷搬運(yùn)裝置。在立體貨架頂部垂直于走道的方向分別安裝2 個(gè)相互平行且分別帶有不少于3 個(gè)吊鉤滾輪的導(dǎo)軌，其中1 個(gè)滾輪懸吊帳幕，另外2 個(gè)吊鉤滾輪懸掛作業(yè)人員的安全繩，2 個(gè)導(dǎo)軌之間的距離約為3 m。

1.2.2.3 帳幕制作

密封帳幕材料采用目前充氮?dú)庹{(diào)常用的5 層共擠尼龍復(fù)合膜[7]，整個(gè)密封帳幕的密封面均是柔性對(duì)接。首先，按照堆垛尺寸剪裁薄膜，并用熱合機(jī)將帳幕2 個(gè)側(cè)面和頂面制作成一個(gè)平面帳幕。其次，采用抗拉伸黏膠帶按照2 m 間距在平面帳幕上進(jìn)行黏敷，制作成帳幕加強(qiáng)筋。最后，熱合剩余2 面帳幕。

1.2.2.4 帳幕覆蓋

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)帳幕的多次制作及折疊，帳幕的運(yùn)輸過(guò)程中需要注意保證其不被劃破。

利用插包車(chē)將制作好的帳幕送至垛頂，之后垛頂人員利用導(dǎo)軌及滑輪展開(kāi)設(shè)備，再利用四角綁定繩索，將帳幕向貨架四角拉平對(duì)其，將帳幕放置下去，最后進(jìn)行密封。

密封完成后整體樣式如圖1 所示。

圖1 帳幕密封及貨架改造示意圖

1.2.3 帳幕制作及密封方式

安裝型號(hào)為SG-50 的新型制氮設(shè)備1 套，具備50 m3/h制氮量設(shè)備，其氮?dú)饧兌瓤蛇_(dá)99.5%以上，配電功率10 kW，通過(guò)科學(xué)改造和配置倉(cāng)庫(kù)內(nèi)的通風(fēng)管網(wǎng)系統(tǒng)，根據(jù)如圖2 所示的工藝流程使管網(wǎng)系統(tǒng)、煙葉高架樁位、機(jī)械通風(fēng)以及充氮?dú)庹{(diào)等互聯(lián)互通[8]。

圖2 設(shè)備布置工藝流程圖

計(jì)劃在處理堆垛內(nèi)2 個(gè)對(duì)角處沿貨架的立柱分別布置1根氣流交換支管，支管上分別在上、中和下設(shè)置3 個(gè)風(fēng)口，氣流交換支管分別在2 個(gè)對(duì)角的底部與帳幕對(duì)接[9]。

1.2.4 充氮低氧氣調(diào)技術(shù)研究

高架立體貨架密封帳幕氣密性測(cè)試：根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求對(duì)密封好的帳幕進(jìn)行氣密性檢測(cè)，檢測(cè)方法采取負(fù)壓法[10]。

高架立體貨架機(jī)械充氮設(shè)備配置參數(shù)研究：利用機(jī)械充氮的方法對(duì)單一或1 組高架立體樁位進(jìn)行徹底的防蟲(chóng)作業(yè)，確定充氮?dú)⑾x(chóng)設(shè)備配套能耗、降氧時(shí)間等技術(shù)指標(biāo)。

高架立體貨架機(jī)械充氮?dú)庹{(diào)效果研究：驗(yàn)證高架立體貨架密封模式下機(jī)械充氮?dú)庹{(diào)的降氧效果。

2 結(jié)果與討論

2.1 立體貨架帳幕制作及密封效率結(jié)果

在該研究過(guò)程中，密封帳幕從運(yùn)輸至垛頂并展開(kāi)整體過(guò)程用時(shí)20 min，共計(jì)4 人參與，具有可行性，解決了密封帳幕提升至貨架頂部并快速移動(dòng)展開(kāi)的便捷、安全以及經(jīng)濟(jì)性問(wèn)題。帳幕制作完成后也從根本上避免了因立體貨架晃動(dòng)變形而出現(xiàn)開(kāi)裂和泄漏現(xiàn)象。

2.2 氣密性檢測(cè)試驗(yàn)結(jié)果

2.2.1 帳幕氣密性檢測(cè)結(jié)果

對(duì)各垛位的不同處理進(jìn)行對(duì)比，對(duì)4 個(gè)密封帳幕進(jìn)行抽負(fù)壓，由于各垛位密封時(shí)間不同且為不同時(shí)期進(jìn)行的檢測(cè)，因此利用氣壓計(jì)對(duì)其氣密性進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 氣密性測(cè)試結(jié)果

由表2 可知，鋼構(gòu)立體貨架垛位密封后，通過(guò)破壞性的氣密性檢測(cè)，可以達(dá)到二級(jí)氣密性要求，由于鋼構(gòu)立體貨架本身的結(jié)構(gòu)，因此抽負(fù)壓的氣密性檢測(cè)極易造成帳幕本身破損，且不方便排查泄漏點(diǎn)。

2.2.2 無(wú)底膜地面處理效果對(duì)比結(jié)果

無(wú)底膜地面處理效果對(duì)比結(jié)果見(jiàn)表3。由表3 可知，地面處理的關(guān)鍵是對(duì)地縫進(jìn)行處理，對(duì)其進(jìn)行灌膠密封后，可隔絕大部分氣體泄漏。

表3 地面密封處理效果對(duì)比

試驗(yàn)結(jié)果表明，煙葉倉(cāng)庫(kù)鋼結(jié)構(gòu)立體貨架的帳幕密封及貨架處理是具有可行性的，無(wú)底膜密封后的帳幕氣密性可達(dá)到行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)所要求的二級(jí)氣密性，符合調(diào)控要求，且所采用的方式具有較高的性?xún)r(jià)比，有較高的經(jīng)濟(jì)效益。地面處理人工實(shí)施工作量較大，配置專(zhuān)門(mén)用于地面頑漬清潔的工作設(shè)備即可解決。帳幕密封過(guò)程中需要配置4 套升降車(chē)同時(shí)作業(yè)方可安全快速完成。

2.3 充氮?dú)⑾x(chóng)效果分析

根據(jù)試驗(yàn)計(jì)劃對(duì)各垛位進(jìn)行充氮?dú)庹{(diào)養(yǎng)護(hù)技術(shù)驗(yàn)證，利用SG-50 制氮機(jī)組分別將其垛內(nèi)氧氣濃度降低至2%以下，并保持至少30 d。

2.3.1 垛位降氧時(shí)間

1、2 和4 號(hào)垛位通過(guò)約72 h 的調(diào)控，3 號(hào)垛位通過(guò)約42 h 的調(diào)控，可以將垛內(nèi)氧氣濃度降低至2%以下，趨勢(shì)圖如圖3 所示。

圖3 充氮降氧趨勢(shì)圖

2.3.2 垛位濃度維持過(guò)程及復(fù)氧時(shí)間

垛位濃度維持過(guò)程及復(fù)氧時(shí)間如圖4 所示。

圖4 垛內(nèi)氧氣濃度變化趨勢(shì)（40 d 內(nèi)）

當(dāng)各垛位每次在接近回復(fù)至氧氣濃度2%時(shí)，啟動(dòng)設(shè)備進(jìn)行處理，各垛位每次調(diào)控后所維持時(shí)間如圖5 所示。

圖5 單次調(diào)控后氧氣濃度維持在2%以下時(shí)間

隨著不斷補(bǔ)充氮?dú)獾倪M(jìn)程，單個(gè)垛位可維持時(shí)間的整體呈增長(zhǎng)趨勢(shì)。

2.3.3 氧氣濃度變化趨勢(shì)分析

以1 號(hào)垛位為例，對(duì)其進(jìn)行氧氣濃度變化趨勢(shì)分析，如圖6 所示。

由圖3～圖6 可知，氧氣濃度在單次調(diào)控后可維持在2%以下的時(shí)間越來(lái)越長(zhǎng)，其原因如下：1）垛內(nèi)煙箱所占體積超過(guò)一半，其內(nèi)的氧氣不斷被置換后，所能維持的時(shí)間逐步變長(zhǎng)。2）隨著煙箱內(nèi)部的溫度不斷上升，其自身對(duì)氧氣的消耗能力逐步增強(qiáng)，對(duì)垛內(nèi)氧氣濃度的上升有一定的遏制作用[11]。

圖6 氧氣濃度與溫度變化曲線(xiàn)圖（1 號(hào)垛）

2.4 設(shè)備配置及功耗結(jié)論

由表4 可知，以1、4 號(hào)垛為例，在SG-50 型制氮設(shè)備的調(diào)控情況下，其完整的30 d 熏蒸周期需要設(shè)備的調(diào)控時(shí)間約為133.5 h。

表4 各垛位調(diào)控實(shí)際時(shí)間

試驗(yàn)所在的6 號(hào)庫(kù)滿(mǎn)倉(cāng)約為8.6 萬(wàn)擔(dān)煙葉，共計(jì)18 個(gè)與1 號(hào)垛相同的垛位以及20 個(gè)與3 號(hào)垛相同的垛位，經(jīng)過(guò)估算，總計(jì)約需要3 738 h 才能完成整棟倉(cāng)庫(kù)的充氮?dú)⑾x(chóng)作業(yè)，即按照每天24 h 運(yùn)行的情況下，約155.75 d。

綜上所述，如果需要滿(mǎn)足類(lèi)似6 號(hào)倉(cāng)庫(kù)的鋼結(jié)構(gòu)立體貨架倉(cāng)庫(kù)3 個(gè)月（90 d）內(nèi)完成充氮?dú)⑾x(chóng)作業(yè)，考慮充氮的間隙時(shí)間等因素，則需要試驗(yàn)所用制氮設(shè)備2 套，總功率20 kW。

由表5 可知，設(shè)備耗電量區(qū)間約為6.28 kW/h，按照1個(gè)月的熏蒸周期計(jì)算，其能耗指標(biāo)約為0.24 kW·h/擔(dān)（如果按照空間計(jì)算，垛位能耗為0.72 kW·h/m3）。

表5 各垛位運(yùn)行功耗

2.5 結(jié)論分析

經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用試驗(yàn)可以得出以下3 個(gè)結(jié)論：1）鋼結(jié)構(gòu)立體貨架垛位的帳幕密封及貨架處理等操作流程是可行的，氣密性要求達(dá)到二級(jí)，蓋垛過(guò)程整體安全可控，單個(gè)蓋垛時(shí)間約為20 min。后續(xù)需配置相應(yīng)的機(jī)械設(shè)備設(shè)施可減少該試驗(yàn)中的大量工作量，立體貨架垛位的改造具有可復(fù)制性，采取一次投入多年使用的模式對(duì)整個(gè)倉(cāng)庫(kù)來(lái)說(shuō)具有較高的經(jīng)濟(jì)效益。2）鋼結(jié)構(gòu)立體貨架的機(jī)械充氮?dú)庹{(diào)養(yǎng)護(hù)工作可正常作業(yè)，垛內(nèi)氧氣濃度可降至2%以下，在降氧過(guò)程中，氧氣濃度前期下降較快，后期減慢趨勢(shì)，從5%降至2%所用時(shí)間與從20.8%降至5%所用時(shí)間基本相同。在充氮調(diào)控過(guò)程中，帳幕呈現(xiàn)上鼓下扁的狀態(tài)，上方鼓氣下方抽氣的斜對(duì)角循環(huán)氣路布置更有利于降氧速率及垛內(nèi)的濃度平衡一致。3）鋼結(jié)構(gòu)立體貨架密封垛位適合使用該試驗(yàn)創(chuàng)新式設(shè)備進(jìn)行調(diào)控，其整個(gè)充氮?dú)⑾x(chóng)周期的功耗經(jīng)過(guò)計(jì)算約為0.24 kW·h/擔(dān)，與普通垛位相比持平。

3 結(jié)語(yǔ)

原料高架庫(kù)在立體貨架垛位式碼放模式下充氮低氧氣調(diào)技術(shù)實(shí)施具備可行性，可以實(shí)現(xiàn)充氮低氧氣調(diào)殺蟲(chóng)的目標(biāo)。其中，密封帳幕的制作及密封方式、設(shè)備選型配置是能夠?qū)崿F(xiàn)充氮低氧氣調(diào)技術(shù)的關(guān)鍵因素。該研究應(yīng)用的對(duì)立體貨架密封改造技術(shù)、新型設(shè)備配套均為行業(yè)內(nèi)首次使用，均取得良好的應(yīng)用效果。

在高架庫(kù)立體貨架垛位式碼放模式下，以單個(gè)貨架為密封單位，單次處理時(shí)間小于或等于48 h，密封等級(jí)可以達(dá)到氣密性二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，殺蟲(chóng)時(shí)間控制小于或等于35 d，單位能耗小于或等于0.25 kW·h/擔(dān)，該模式下設(shè)備配套量較合理，可以達(dá)到充氮?dú)⑾x(chóng)的效果，倉(cāng)庫(kù)密封及改造初始一次性密封投入后，后續(xù)每年僅需要做部分檢查和維護(hù)即可，具有很好的應(yīng)用潛力和較高的市場(chǎng)推廣價(jià)值。