船運散裝糧食自動采制樣系統改造

◎ 何洪洲,譚 強,李 意,陳 萍,王 健,黃 挺

（1.廣州海關技術中心，廣州 南沙 511400；2.南沙海關，廣州 南沙 511400；3.廣州港股份有限公司 南沙糧食通用碼頭分公司，廣州 南沙 511400）

進口糧食以95%的散裝船運裝載方式運達我國港口，散裝船運糧食裝卸過程中的樣品采集以及制備，是海關對進口糧食實施檢驗檢疫工作的重要環節。然而，我國進口糧食碼頭大部分于20 世紀70—90 年代開始建設，設施老舊、自動化水平不高等因素制約著進口糧食快速通關和流轉。諶運清等[1]在2021 年對進口糧食指定監管場地70 個接卸點進行調查發現，有31個接卸點配備了自動采制樣設備，超過50%的接卸點仍然采用人工模式；現用系統存在設計不合理、布局不規范、功能單一、操作不智能、設備老化、故障率高等問題。散糧自動采樣系統主要由初級采樣機、縮分器、樣品輸送單元、自動控制單元和樣品收集系統構成，可實現采樣、送樣、分樣、集樣和排料等自動化作業，與傳統人工采樣方法相比，具有自動化程度高、省時省力、樣品代表性強和無糧食損耗等優點[2]。

廣州港南沙糧食通用碼頭配有2 套國產自動采樣系統，2010 年安裝使用，自動采樣系統由LQQ-X 型取樣系統和YSQ 型收集系統兩部分組成。取樣系統包括初級采樣器和縮分器，采樣器安裝在溜管管段中，按照預先設定的間隔時間自動取樣，樣品從樣品出料口中流出，進入緩沖倉，再由縮分器進行分樣，所需樣品通過連接在取樣器和收集器之間的軟管落入收集器的樣品罐內；收集器按采樣時間順序，將取得的樣品分裝在各個樣品罐內[3-5]。在使用中，碼頭所安裝的自動采樣系統存在以下問題：

（1）收集器樣品罐少，只有10 個收集樣品工位，滿足不了實際需求。進口船運散裝糧食為6～7萬t/船，按照《進出口糧油、飼料檢驗抽樣和制樣方法》（SN/T 0800.1-2016）標準要求，在卸貨過程中至少需要抽取60 多個約8 kg 的原始樣品。目前，自動采樣系統的收集樣品工位少，需要人工全程按時收集，由于糧食船量大、樣品數多，人工全程值守，除了耗時耗力外，還容易出現樣品混淆等情況。

（2）采樣系統自動化程度不高、布局不合理、效率低。采樣系統僅能完成在線采樣和收集樣品，但是樣品的運輸、制備、保存和余樣處理等環節，仍需要人工。首先，樣品罐中樣品需要打包封裝、收集存放，統一搬運至樣品室；其次，在樣品室內按標準完成混樣、分樣、余樣分裝等樣品制備工作。以7 萬t 糧食船的卸船作業為計，按標準所需采取的樣品總重量約為500 kg，樣品室距離自動采樣系統較遠，樣品靠人力搬運，耗時費力，而且受天氣等因素影響，不能及時送樣，影響制樣時效。樣品制備環節也耗時耗力、人工操作效率低，且產生人為誤差。

（3）縮分器只有單級，不能滿足《散裝糧谷自動采制樣系統操作規程》（SN/T 1894-2022）標準多級縮分的要求，影響樣品的代表性和均勻性。

隨著該碼頭進境糧食業務量逐年遞增，從2014年近百萬噸到2021 年近千萬噸，目前自動采樣系統已無法滿足業務需求，有必要針對實際存在的問題，在原有設備的基礎上，通過改良原有采樣系統功能以及研發一種全自動化的新型制樣系統，實現在散貨糧食卸船作業過程中自動完成采樣以及制樣過程，全程無需人力參與，達到提高效率、減少人力成本、保障樣品的代表性。

1 改造方案

保留原采樣系統的初級采樣器，將其安裝在溜管管段中，按照預先設定的間隔時間自動采樣，獲取初級子樣，拆除原系統的縮分器和收集器，新增3 套定量縮分器、1 套樣品混勻器、1 套樣品收集器，新構建的全自動采制樣系統可以實現過程制樣、總體制樣、余樣回收3 個工序自動化。過程制樣是在糧食接卸過程中，初級采樣器獲取各時間段的初級子樣，通過2級縮分而得到的樣品，過程制樣能真實反映接卸過程中各個時間段的樣品情況，作為整船的留存樣品。總體制樣是將縮分獲取的子樣，通過樣品混勻器制備所需樣品，反映整船糧食的總體情況，作為整船的綜合樣品。余樣回收是在過程制樣與總體制樣2 個環節中，所剩余糧食直接回流至生產線的過程。新全自動采制樣系統，采取了三級縮分樣品，改善了原系統的單級縮分，更加符合標準要求，配備了80 工位的樣品收集罐，解決原樣品收集罐少的問題，配備了樣品混勻器以及過程制樣，解決人工制樣問題，解決了樣品搬運、人工制樣等人力成本高和效率低問題。

據統計，以每船次6 ～7 萬t 糧食計，碼頭原先裝卸過程人工收集樣品平均需要70 人次、耗時12 h，人工制樣平均需要3 人、耗時4.5 h；而新升級改造的采制樣系統，裝卸過程自動收集樣品，自動制樣，采制樣工作平均僅需1 人耗時1 h，降低了人工成本，提高了效率。

2 自動采制樣系統說明

整個自動采制樣系統主要包括2 套樣品氣力輸送系統、3 套樣品定量縮分器、1 個樣品混勻器、1 套樣品收集系統（80 工位）以及4 個氣動蝶閥（用于控制糧流），具體示意圖見圖1。采制樣系統操作流程圖見圖2。

圖1 自動采制樣系統示意圖

圖2 采制樣系統操作流程圖

由圖2 可見，自動采制樣系統操作流程為：初級采樣器按照皮帶機實際輸送糧食速度及流量，采用定時定量取樣的方式獲取初級子樣。初級子樣通過樣品氣力輸送系統Q1 輸送，經過兩級樣品定量縮分器SF1 和SF2 進行縮分，流入樣品收集系統的對應工位，得到1 份分段留存樣品，同時樣品收集系統向前行進1 位，完成1 次過程制樣。通過樣品定量縮分器兩級縮分的糧食樣品，還有一部分進入混勻器中，待整體卸糧完成后所有收集的樣品在混勻器中進行混勻，經過定量縮分器SF3 進行縮分制樣，得到綜合樣品，綜合樣品流入樣品收集系統對應的工位中。每次縮分產生的余樣，均通過樣品氣力輸送系統進行回收，流入運糧皮帶中。待所有樣品收集完成后，通過除塵系統進行清理除塵，防止樣品交叉污染。

按照《進出口糧谷檢驗檢疫操作規程》（SN/T 2504-2010）和《進出口糧油、飼料檢驗抽樣和制樣方法》（SN/T 0800.1-2016）標準要求，每1 000 t扦1 個8 kg 原始樣品，扦樣頻次不少于100 次，樣品制備留存樣品為1 kg。改造方案以1 h 卸糧1 000 t的速度計，初級采樣器需36 s 扦1 次樣，7.5 min 作為1 個采樣單元，每采樣單元累計扦8 kg 初級子樣，1 h 共計8 個采樣單元。將樣品定量縮分器設定為1/8 縮分比，1 h 內，經過8 次收集經兩級縮分器得到的留存樣品量為1 kg；留存樣品代表不同時間段樣品情況，采樣頻次以及樣品量符合標準要求。以1船次7 萬t 糧食為計，卸糧作業約需70 h，樣品混勻器內共收集糧食的重量為490 kg，代表了糧食的整體情況，經過混勻、縮分，手動選擇總體制樣份數n，完成綜合樣品的制備。

3 核心部件說明

3.1 樣品氣力輸送系統

樣品氣力輸送系統的電氣動作結構包括負壓電機、關風器，輸送管道為內徑不小于80 mm 的鋼管，采用氣力輸送。負壓電機設定以7.5 min 的周期進行循環工作，每次持續工作1 min；通過關閉負壓電機，同時打開關風器，使樣品在管道中進行輸送。

3.2 樣品定量縮分器

樣品定量縮分器采用304 不銹鋼制作，縮分比可調節，能夠滿足不同流量的采樣量的需求。

樣品定量縮分器的結構包括進樣口、縮分管、錐形分流口、出樣口。此改造方案中，縮分器縮分比為1/8，為防止糧食樣品在錐形分流口中堆積造成堵塞，錐形分流口自流角不小于45°。樣品定量縮分器圖見圖3。

圖3 樣品定量縮分器圖

3.3 樣品混勻器

樣品混勻器主要由樣品罐、攪拌軸、攪拌電機、卸料蝶閥、氣力噴吹電磁閥組成，采用304 不銹鋼材質，容積約1 m3，能儲存約500 kg 糧食，具有樣品混勻、噴吹清理除塵功能。

樣品混勻器可根據不同的樣品設定不同的攪拌轉速。攪拌軸上附帶螺旋攪拌頁輪，攪拌電機功率為5.5 kW，攪拌電機帶動攪拌軸，對罐內樣品進行混合攪拌。糧食攜帶雜質較多，不同時間段流入的糧食樣品在罐中有分級情況，螺旋狀攪拌頁輪有利于對上下分級糧食樣品進行充分混合，保證了樣品的均勻性。樣品混勻器圖見圖4。

圖4 樣品混勻器圖

3.4 樣品收集系統

樣品收集系統主要由樣品收集工位、機架、驅動裝置、傳送機構等組成，樣品收集工位有80個，滿足進口船運散裝糧食整個采制樣過程樣品收集的需求。驅動裝置和傳送機構聯動，將樣品收集工位沿傳送線，準確送到指定的接樣位置。樣品收集完畢，通過卸樣氣缸實現樣品收集工位傾倒，樣品沿出樣口流出。樣品收集系統圖如圖5 所示。

4 結論

在散貨糧食卸船作業過程中，新型全自動采制樣系統解決了碼頭原采樣系統存在的樣品收集工位少、布局不合理、自動化程度不高、效率低、人工成本高等問題，實現了自動完成采樣以及制樣，全程無需人力參與，達到提高效率、減少人力成本、減少人為誤差的效果，滿足了進口糧食快速通關的需求。