横向通风仓移动式膜分离充氮管路改造探索.pdf

粮油仓储科技通讯 ()有害生物防治横向通风仓移动式膜分离充氮管路改造探索张飞豪韩枫(浙江省舟山储备中转粮库 )摘要对目前横向通风仓移动式膜分离充氮气调工艺及设备现状进行分析,并在此基础上对现有气调管路进行优化改造,使其可同时满足多种气调工艺模式需要,并有效提升气调作业效率及自动化水平.关键词膜分离充氮横向通风仓管路改造D O I:/j i s s n 目前充氮气调储粮已成为“助推绿水青山、助力优质好粮供应链”的关键储粮技术.粮库常用的制氮工艺为膜分离制氮工艺和变压吸附制氮工艺,因膜分离制氮设备外形尺寸体积小、噪音低、低浓度阶段产气量大,运动部件少、维修和保养工作量小等特点,在粮库中也得到了应用,尤其是移动式膜分离制氮设备应用比较普遍,但移动式膜分离设备产气量小,且每次充氮作业时都要重新进行管路连接,仓房与移动式制氮设备配套的充氮管路只有进气口和回气口,作业开始和结束后要及时开启或关闭进气口和回气口的手动阀门,操作繁琐,且目前这种接口不利于后期固定式充氮工艺的应用和智能化自动化控制.通过对现有管路进行改造可以实现多模式,多工艺的气调作业.膜分离制氮技术氮气作为空气的一种主要成分,在大气中的占比约,化学性质十分稳定,因此利用空气分离法制氮是目前常用的制氮技术,而膜分离制氮技术则是三种常用的空气分离制氮技术之一.膜分离制氮原理膜分离制氮是利用氧分子和氮分子在中空纤维膜中渗透率不同的特性进行氮气分离.中空纤维膜一般由微孔醋酸纤维或聚碳酸酯组成,在相同的压力下,空气中的气体组分透过膜的速度不同,氧气的渗透率要高于氮气,中控纤维膜两侧压差的作用下,在高压侧留下高浓度氮气,而氧气则透过中空纤维膜被分离出去,以此实现气体的分离和纯化.膜分离制氮工作原理见图.图膜分离制氮原理图 膜分离制氮工艺流程膜分离制氮机启动后,空气经压缩机压缩后再经过冷干机将空气温度冷却至 ,然后经过油气分离器、过滤器等部件除去空气中的灰尘、水及油性物质,确保进入膜组空气的纯净度,减少对膜组的污染从而延长设备的使用寿命.膜组即一系列类似管壳换热器的圆管,内部由中空纤维膜填充.的空气是膜组工作的理想温度.空气进入膜组后沿中空纤维轴向流动,氮气因为透过性差经过富集在对侧出口排出,而氧气、二氧化碳等则透过中空纤维膜在膜外侧富集,通过渗透孔排出,最终制成的高浓度氮气经缓冲罐调节压力后进入仓房.常见的膜分离制氮设备目前粮库应用的膜分离设备主要有两种:移动式膜分离制氮机和固定式膜分离制氮机,膜分离制氮机在低浓度输出时,产气量会远远超过标收稿日期:通讯地址:浙江省舟山市定海区双桥街道临港工业园有害生物防治横向通风仓移动式膜分离充氮管路改造探索准产气量.根据常见的仓容和成本要求,常用移动式膜分离制氮机标准产气量在 Nm/h左右,即在 以上的输出浓度条件下,产气量约 为 Nm/h,在输出浓度为 的条件下,产气量可达 Nm/h.固定式膜分离制氮机标准产气量 Nm/h左右,即在 以上的输出浓度条件下,产气量约为 Nm/h,在输出浓度为 的条件下,产气量可达到 Nm/h以上.充气作业时,两种形式的制氮机一般都设定三个阶段进行制氮作业,第一阶段充气目标浓度为,第二阶段充气目标浓度为,第三阶段进行仓内直充,达到目标压力,制氮机停机.移动式膜分离设备充氮工艺及管路设置 移动式膜分离制氮管路布置移动式膜分离制氮机体积小且配置有相应的浓度检测和自动控制系统,为了提升整仓氮气浓度,需使用移动软管将制氮机的进气管和回气管与仓房连通,实现循环降氧的目的.横向通风仓使用移动式制氮设备,设备产生的高浓度氮气进入主风道,通过调节移动制氮机回气管路补气阀的开度,使仓房对侧主风道和支风道产生一定的负压,充氮过程中,只需在设备上完成参数设置即可控制纯度、流量、仓内压力.相应的制氮管路布置如图.移动式膜分离设备充氮过程以CHMG 充环气调膜分离制氮机为例,该设备氮气产量 Nm/h,氮气纯度,在进行实仓充氮作业时,一般分为三个阶段,第一阶段补气阀的开度为,流量为 Nm/h,氮气纯度为 ,使膜下压力控制在 P a左右的稳定负压状态,确保仓内薄膜紧贴粮面,防止出现气流 短 路 情 况.当 仓 内 氮 气 平 均 浓 度 达 到 时,进入第二阶段.第二阶段补气阀开度为,流量为 Nm/h,氮气纯度为,膜下压力为P a左右,补气阀的开度主要用于调节仓内气体回流至制氮机混合气体量的大小,从而达到控制仓内压力的目的.当仓内浓度达到目标浓度,且各检测点浓度基本均匀后进入第三阶段,该阶段调整补气阀开度至,采用 的氮气进行气囊直充,设定停机目标压力 P a,即仓内薄膜形成的气囊填充至整个仓房时便可停止作业.三个阶段的作业过程中通过对移动式膜分离制氮机调节阀及补气阀开度进行调整,进而控制入仓氮气浓度、流量及回气流量的大小,间接控制环充阶段的仓内氮气压力.a 右视图b 主视图图移动式膜分离仓房管道右视图及主视图 移动式膜分离设备充氮的不足移动制氮设备在使用的过程中能够完成单仓的充氮作业任务,但是也存在以下问题:与移动制氮设备相连接的管路多为手动控制,自动化程度不够,后期如使用固定式充氮工艺,原有的管路需要重新更换,无法满足固定、移动两用的充氮方式.移动充氮作业前后要及时开启或关闭仓房与制氮机连接管路的手动阀门,否则会出现故障停机或充气结束氮气浓度急剧下降的情况.移动制氮机设备产气量有限,尤其是在大仓房,高目标氮气浓度要求的条件下,设备作业时间较长,需要充气的仓房较多时无法实现连续作业.移 动 制 氮 设 备 的 功 率 较 大,台 氮 气 产 量 Nm/h的制氮机功率约 kW,需临时取电,使用不便.适用多工艺模式的气调管路改造通过对原有的仓房管路进行改造,可以有效解决移动制氮存在的不足,同时满足移动式和固定式两种充氮方式,不仅可以满足膜分离制氮技术的使用,而且可以满足变压吸附制氮技术的使用,同时也可以实现多种气调工艺的联合应用,粮油仓储科技通讯 ()有害生物防治更为后期利用智能气调控制软件实现固定式充氮作业,进一步提升作业效率和自动化水平提供有利条件.图多工艺模式气调管路示意图 变压吸附制氮模式下充氮过程在变压吸附制氮模式下,仓内的空气无法进行循环提升浓度,所以在充氮过程中需将空气及时排到仓外,降低作业能耗.如图所示,将手动气密蝶阀、号、号电动气密蝶阀打开,高浓度氮气经号电动气密蝶阀进入主风道,同时环流风机开启,号电动蝶阀开启,在对侧支风道和主风道形成一定的负压,从而实现高浓度氮气在粮堆中的水平扩散.粮堆浓度均匀提升至目标浓度后,开始打气囊,使粮堆保持一定的微正压环境.固定式膜分离制氮模式下的充氮过程固定式膜分离制氮模式下,仓内的空气与高浓度氮气混合后,可以经过尾气回收管道重新进入膜分离制氮机,提升浓度,适当浓度的混合气体有利于进一步提升膜组的分离效率,降低作业能耗.如图所示,将手动气密蝶阀、号、号电动气密蝶阀打开,高浓度氮气经号电动气密蝶阀进入主风道,同时环流风机开启,号、号电动气密蝶阀开启,混合气体经尾气回收管道进入制氮机膜组.在对侧支风道和主风道形成一定的负压,从而实现高浓度氮气在粮堆中的水平扩散.粮堆浓度均匀提升至目标浓度后,开始打气囊,使粮堆保持一定的微正压环境.移动式膜分离制氮模式下的充氮过程移动式膜分离制氮机能够通过控制调节阀和回气阀的开度,进而控制进仓氮气的纯度和流量,使仓房压力维持在一定的负压范围内,充气过程中无需借用环流风机、电动气密蝶阀等外置设备.如图所示,只需打开手动气密蝶阀,同时将号球阀和号球阀分别与移动式膜分离制氮机的进气口和回气口连接,就可以实现充氮作业.变压吸附与膜分离制氮联合应用模式下的充氮移动式膜分离设备可实现仓房回气的回收利用和浓度提升,在对仓内气体循环的过程中提升仓内气体浓度.变压吸附制氮设备产气量稳定,氮气纯度可以达到 以上,氮气浓度较高.利用该管路也可以实现变压吸附和膜分离工艺联合应用,在初始阶段用变压吸附制氮工艺进行气调作业,将仓内浓度提升至 左右,后期配合使用移动式膜分离制氮设备对仓内的气体进行浓度再提升.总结通过对仓房原有的充氮管路进行改造,改变了原有单一的移动式膜分离充氮作业模式,有效解决因产气量受限,仅靠移动膜分离制氮设备气调作业时间长,多仓需气调作业时,无法及时满足作业需求的缺点,同时该管路能够满足变压吸附、固定式膜分离和移动式膜分离等多种充氮作业模式,具有很好的兼容性,对丰富气调作业的模式和提升气调作业效率及自动化控制具有重要意义.参考文献李丹青,李明成,欧旺生,等高大平房仓氮气气调防治试验 J粮油仓储科技通讯,()王争艳,王方智,李东雨,等覆膜粮堆气密性改造及氮气气调效果评价 J粮食储藏,()邢乃迪,邹文基,李智深,等氮气气调储粮应用研究J粮食储藏,()