高大平房仓不同气密性等级气调仓氮气浓度变化研究

摘要：研究了不同气密性等级高大平房仓氮气气调储粮过程中氮气浓度的变化，比较了不同气密性等级仓房氮气日损失率变化，分析了三级气调仓粮堆氮气浓度和气囊氮气浓度的差异性。结果表明，氮气气调储粮期间氮气浓度变化呈指数下降趋势。从理论上分析，在现有标准下三级气调仓粮堆平均浓度维持目标浓度（98%）难度较大，而一级气调仓粮堆平均浓度较易达到目标浓度（98%）。气调杀虫方面，建议开展氮气气调储粮的高大平房仓气密性至少到达300 s，可更容易实现目标浓度98%。三级气调仓气调储粮期间氮气浓度均匀性为0.980 8%～0.996 6%，在95%的置信区间气囊内氮气浓度和粮堆内氮气浓度差异不显著，氮气堆内分层现象不明显。

关键词：气调仓；氮气；气调；气密性

中图分类号：S379.5 文献标志码：A DOI：10.16465/j.gste.cn431252ts.20240519

基金项目：广东省重点领域研发计划（2023B0202060002）；绿色储粮标准化试点项目（粮办标〔2021〕207号）。

Effects of nitrogen concentration of controlled-atmosphere storage in large size horizontal warehouse with different airtightness levels

Lu Zihua1， Chen Wangxian1， Guo Chao2，Wu Yousi1， Long Yangfan1， Chen Yueyin3， Huang Dongyang3， Wen Zhanqing4

（ 1. Guangdong New-federation of Supply and Marketing of Grain Co.， Ltd.， Guangzhou， Guangdong 510000； 2. Laboratory of Grain Storage and Pest Control， Guangdong Institute for Cereal Science Research， Guangzhou， Guangdong 510310；3 Meizhou Depot of Guangdong Grain Reserve Management Group Co.， Ltd.， Meizhou， Guangdong 514071； 4. Zhuhai Jinwan Grain Co.， Ltd.， Zhuhai， Guangdong 519090 ）

Abstract： Nitrogen concentration of controlled-atmosphere storage was studied in large size horizontal warehouse with different airtightness levels. Daily-loss of nitrogen was evaluated. And the concentration of nitrogen inside the grain and blistered space covered with PVC sheeting was analyzed. The results showed that， the concentration of nitrogen follow exponential decay during fumigation in stored grain. In theoretical analysis， the average concentration of nitrogen for the third-level airtightness warehouse may be difficult to reach 98% of the target concentration， but the one for the first-level was easy to reach the target concentration. For killing the grain storage pest to achieve the target concentration of 98%， pressure decay test for airtightness for controlled-atmosphere was recommended at least 300 s. The uniformity of nitrogen concentration for the third-level airtightness warehouse was from 0.980 8% to 0.996 6%. For 95% confidence interval， there were no significant differences for the concentration of nitrogen between inside the grain and blistered space covered with PVC sheeting.

Key words： controlled-atmosphere warehouse； nitrogen； controlled-atmosphere； airtightness

氮气气调是国内外公认的安全有效、经济环保的储粮害虫防治技术，既能达到抑制虫霉生长、延缓储粮品质劣变，还能提高企业经济效益，是符合我国国情的绿色储粮技术之一[1]。近些年来，由于制氮设备的研发和气密性良好的仓房建设，富氮低氧氮气气调技术在我国南方地区都得到了推广应用，并取得了显著的效果[2]。氮气气调储粮因其原料制备成本低、设备操作与充氮作业简单等优势，具有较高的可操作性和经济效益[3]。开展氮气气调储粮技术精细化管理，探索科学合理使用氮气气调储粮技术，具有重要的意义。

随着氮气气调在粮食储藏中的扩大应用，粮堆中氮气浓度是否达到设定的目标浓度成为氮气气调储粮成功与否的关键因素[4]。LS/T 1225—2022《氮气气调储粮技术规程》[5]中规定：气调杀虫要求维持整仓平均氮气浓度不低于98%，持续时间不少于28 d。GB/T 29890—2013《粮油储藏技术规范》[6]第8.3.1.3条和《广东省绿色储粮技术指南》[7]第2.3.2.2.1条明确提出氮气气调杀虫要求维持氮气浓度98%以上，密闭时间一般应保持30 d以上。国内有不少地方粮库为实现98%的氮气浓度目标，开展了仓门仓窗改造增设气囊[8-9]、改造内墙等大量气密性提升工作[3，10-14]。

本试验拟研究不同气密性等级高大平房仓氮气储粮气调仓浓度变化，分析高大平房仓衰减系数和日损失率变化关系，并比较三级气调仓粮堆氮气浓度和气囊氮气浓度的差异性，以期为氮气调储粮技术精细化管理提供技术支撑。

1 材料与器材

1.1 试验仓房及储粮情况

供试仓房：四会新供销天润农产品批发市场投资有限公司0P04仓高大平房仓，长24 m，宽24 m，装粮线高度7 m；珠海市斗门区粮食收储公司六乡粮库4P1-1号高大平房仓，长39 m，宽21 m，装粮线高度7 m；珠海市金湾区粮食储备有限公司高大平房仓P6仓，长36 m，宽24 m，装粮线高度7 m；广东省储备粮管理总公司梅州直属库P3仓、P6仓高大平房仓，长53.6 m，宽26.2 m，装粮线高度6 m；广东省储备粮管理总公司罗定直属库P1仓，高大平房仓，长60 m，宽21 m，装粮线高度6 m。试验各仓储粮情况见表1。

1.2 试验器材和设备

KSN-310型变压吸附制氮设备：杭州聚科空分设备制造有限公司；YC-QTSYS型粮情自动检测系统：郑州跃创电子科技有限公司；LY-99.5-220型氮气发生器：江阴隆耀机械制造有限公司；HA300-N2型气体浓度检测仪：深圳市华瑞祥科技有限公司；CQMY型仓房气密性测定装置：河南未来机电工程有限公司；DP2000型智能数字微压计：上海永智仪表设备有限公司；LDPN型变压吸附氮气设备：大连力德气体科技股份有限公司；CNL-2100便携式高含量气体浓度检测仪：上海昶艾电子科技有限公司；NP995-350B型变压吸附制氮机：广州市维通工业气体技术有限公司。

1.3 试验方法

1.3.1 仓房气密性测定

参照GB/T 25229—2010《粮油储藏 平房仓气密性要求》[15]。

1.3.2 氮气浓度检测点的设置

氮气浓度检测点沿仓房对角线布置3处，每处设置3层检测点，分别为距粮面1/4处（粮堆上层）、1/2处（粮堆中层）、3/4处（粮堆下层），仓房空间气囊设置1个点，记为1#检测点。采用直径 5 mm的耐压软管作为气体取样管用于检测粮堆空间的氮气浓度。定时检测并记录各检测点浓度，检测点布置参照LS/T 1225—2022《氮气气调储粮技术规程》[5]，其中2#～10#测气点位于仓房对角线上，2#～4#距两墙体3 m左右；8#～10#测气点距两墙体7 m左右；2#、5#、8#测气点位于距粮面1/4处；3#、6#、9#检测点位于距粮面1/2处；4#、7#、10#测气点位于距粮面3/4处；1号点位于气囊空间中部，见图1所示。珠海4P1-1仓氮气浓度检测点设置参照曹文杰等[11]。

1.3.3 气调充氮工艺

采用上充下排充气方式，氮气设置目标均为98%。

1.3.4 数据处理

数据处理采用SPSS 17.0，数据差异显著性分析参照张文彤等[16]。

2 结果与分析

2.1 不同气密性等级仓房的气密性

由表2可知，四会库0P04号仓、珠海库4P1-1号仓半衰期分别为125、165 s，根据GB/T 25229-2010《粮油储藏 平房仓气密性要求》[15]，均为气调仓三级仓。珠海金湾6号仓半衰期为256 s，根据GB/T 25229-2010《粮油储藏 平房仓气密性要求》[15]，为气调仓二级仓。梅州P1仓、梅州P3仓、罗定库P1仓半衰期分别为601、603、778 s，根据GB/T 25229-2010《粮油储藏 平房仓气密性要求》[15]，均为气调仓一级仓。

2.2 不同气密性等级仓房气调储粮期间氮气浓度的变化情况

不同气密性等级仓房气调储粮期间氮气浓度变化情况如图2所示。在不补充氮气的情况下，氮气气调储粮期间氮气浓度变化遵循呈指数下降趋势，衰减阶段浓度和时间符合指数模型C=ae-bt （a>0；b>0）。四会库0P04号仓氮气浓度变化先升高后衰减，衰减阶段氮气浓度变化遵循C=97.516 5e-0.000 8t。珠海4P1-1仓氮气浓度衰减阶段变化遵循C=97.196 12e-0.000 95t。珠海金湾6号仓、罗定库P1仓、梅州库P3仓、梅州库P6仓氮气浓度衰减阶段均符合指数下降模型。

令时间t趋近于0，那么氮气浓度C则在坐标轴上为与Y轴交点，此交点数值可以理解为理论上氮气浓度的最大值。由图2可知，三级气调仓四会库0P04号仓、珠海4P1-1仓理论上氮气浓度的最大值分别为97.516 5%、97.196 12%，平均浓度均低于98%。实践中发现，四会库0P04号仓、珠海4P1-1仓难以达到目标浓度98%。而二级气调仓珠海金湾6号仓理论上氮气浓度的最大值为97.892 8%，平均浓度接近于98%，实践中发现该仓在2023年10—11月短期平均浓度达到目标浓度98%。一级气调仓罗定库P1仓、梅州库P3仓、梅州库P6仓理论上氮气浓度的最大值分别为99.024 3%、98.692 2%、98.890 3%，平均浓度均高于98%。这表明，三级气调仓粮堆平均浓度可能难以超过目标浓度98%，一级气调仓粮堆平均浓度较易达到目标浓度98%，其原因值得进一步研究。从气调杀虫的角度，建议开展氮气气调储粮的高大平房仓气密性至少到达300 s，可能更容易实现目标浓度98%。

2.3 不同气密性等级仓房日损失率变化分析

不同气密性等级仓房气调储粮期间氮气日损失率变化如表3所示。随着仓房气密性等级提升，衰减系数数值逐渐减小，由0.000 80减小至0.000 20，日损失率逐渐减少，由0.099 95%减少至0.020 00%，其变化趋势与王智颖等[18]对熏蒸剂日损失率的研究结果一致。

2.4 四会库0P04号仓粮堆内氮气浓度变化分析

四会库0P04号仓充氮气调初期两次强排前后氮气浓度变化如表4所示。第一个强排后粮堆氮气平均浓度增加3.2%，第二次强排后粮堆氮气平均浓度增加2.2%。四会库0P04号仓气调储粮期间氮气浓度均匀性介于0.980 8% ～ 0.996 6%，气囊内氮气浓度和粮堆内氮气浓度数值接近，采用 SPSS17.0独立样本T检验分析，相伴概率为0.974 0，大于 0.05，表明在95%的置信区间气囊内氮气浓度和粮堆内氮气浓度差异不显著，氮气堆内分层现象不明显。

3 结 果

研究了3个气密性等级高大平房仓氮气储粮气调仓浓度变化，探讨了压力半衰期为125～778 s高大平房仓氮气浓度变化差异。结果表明，氮气气调储粮期间氮气浓度变化遵循呈指数下降趋势。从理论上分析，在现有标准下三级气调仓粮堆平均浓度可能难以达到目标浓度98%，而一级气调仓粮堆平均浓度较易达到目标浓度98%。从气调杀虫的角度，建议开展氮气气调储粮的高大平房仓气密性至少到达300 s，可更容易实现目标浓度98%。

参 考 文 献

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