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淺談CO2氣體檢測(cè)儀在糧食儲(chǔ)藏工程中使用

日期：2024-08-24 16:04
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摘要：
淺談CO2氣體檢測(cè)儀在糧食儲(chǔ)藏工程中使用
1．概述糧食儲(chǔ)藏工程是集農(nóng)業(yè)、生物、建筑、環(huán)境保護(hù)、化工、儀器儀表、計(jì)算機(jī)技術(shù)等多學(xué)科的一項(xiàng)系統(tǒng)工程，隨著我國(guó)現(xiàn)代化建設(shè)的快速發(fā)展，“綠色糧倉”的建設(shè)是當(dāng)前糧食儲(chǔ)藏行業(yè)的一項(xiàng)重要課題。
　　
　　在糧食儲(chǔ)藏過程中，為了保證儲(chǔ)糧的品質(zhì)質(zhì)量，必須防止糧食中的儲(chǔ)糧害蟲、霉菌為害。長(zhǎng)期以來，我國(guó)通常采用磷化氫、環(huán)氧乙烷等化學(xué)藥劑對(duì)糧食進(jìn)行薰蒸來達(dá)到殺滅害蟲的目的。二氧化碳(CO2)氣調(diào)儲(chǔ)糧技術(shù)的研究早在1917年就進(jìn)行了殺蟲試驗(yàn)，40年代后由于廉價(jià)殺蟲劑的使用限制了它的發(fā)展，爾后殺蟲劑的殘留、對(duì)環(huán)境的污染、對(duì)生態(tài)環(huán)境的破壞及害蟲抗藥性增加等問題日益引起人們的重視，對(duì)天然綠色食品的需求，使CO2氣調(diào)儲(chǔ)糧方式又重新引起了人們的注意，美、日、俄、澳等經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國(guó)家已逐步減少化學(xué)藥劑在儲(chǔ)糧上的使用，向低溫、氣調(diào)、物理與生物綜合防治的生態(tài)儲(chǔ)糧方向發(fā)展，并在CO2氣調(diào)儲(chǔ)糧技術(shù)上進(jìn)行了大量研究與試驗(yàn)，并進(jìn)行了成功應(yīng)用，建立了商業(yè)化使用規(guī)范。
　　
　　80年代初在澳大利亞就建設(shè)了40多億斤氣調(diào)倉，*大一個(gè)倉容量就達(dá)6億斤。60年代以來，我國(guó)對(duì)CO2氣調(diào)儲(chǔ)藏技術(shù)也進(jìn)行了大量探索，“六五”、“七五”期間，成都糧科所利用國(guó)家攻關(guān)課題對(duì)此進(jìn)行了系統(tǒng)**研究，從CO2的殺蟲效果、對(duì)儲(chǔ)糧霉菌的抑制、對(duì)儲(chǔ)糧品質(zhì)的作用、氣調(diào)糧倉的建設(shè)等方面進(jìn)行了大量的研究與小型實(shí)倉試驗(yàn)(100萬斤)，獲得了理想的效果。
　　
　　在國(guó)家糧食局、中儲(chǔ)糧總公司的重視下，在2000年的200億斤國(guó)家儲(chǔ)備糧庫建設(shè)中，于“中央儲(chǔ)備糧綿陽直屬庫”建設(shè)了我國(guó)**座萬噸以上規(guī)模的CO2氣調(diào)儲(chǔ)糧示范庫。經(jīng)檢測(cè)，其工程建設(shè)達(dá)到優(yōu)良工程，在國(guó)內(nèi)處于**水平，在國(guó)際上處于先進(jìn)水平。成都糧科所在進(jìn)行CO2氣調(diào)糧庫的設(shè)計(jì)中，按照我國(guó)糧食倉儲(chǔ)發(fā)展的目標(biāo)和要求中“六化”和“三高、三低”標(biāo)準(zhǔn)(即：裝備現(xiàn)代化、信息網(wǎng)絡(luò)化、管理科學(xué)化、經(jīng)營(yíng)集約化、監(jiān)測(cè)儀器化和人才高素質(zhì)化；高質(zhì)量、高效益、高營(yíng)養(yǎng)、低損耗、低污染、低成本)對(duì)綿陽CO2氣調(diào)儲(chǔ)糧示范庫進(jìn)行科學(xué)的設(shè)計(jì)的論證。對(duì)于糧倉CO2濃度自動(dòng)監(jiān)測(cè)這一氣調(diào)工程的重要環(huán)節(jié)，參照國(guó)際上的成功經(jīng)驗(yàn)，選用了能連續(xù)工作的GXH-3010D型(流程式)主動(dòng)式不分光紅外線CO2分析儀，通過在綿陽直屬庫氣調(diào)工程中近一年的長(zhǎng)期運(yùn)行，獲得了成功應(yīng)用，取得了實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)
　　
　　2.CO2氣調(diào)庫簡(jiǎn)介采用CO2氣調(diào)儲(chǔ)糧技術(shù)，就是在密閉性能良好的倉房?jī)?nèi)充入CO2氣體以改變糧倉內(nèi)氣體成分的組成，破壞害蟲及霉菌生態(tài)環(huán)境，抑制糧食生理呼吸，起到防蟲、殺蟲、抑菌、延緩糧食品質(zhì)陳化的效果，從而實(shí)現(xiàn)非藥劑、經(jīng)濟(jì)、**、環(huán)保、保鮮儲(chǔ)糧的目的來進(jìn)行糧食儲(chǔ)藏的方法。ＣＯ２氣調(diào)儲(chǔ)糧工程建設(shè)中**在糧庫中采用了大型供配氣系統(tǒng)進(jìn)行集中供氣的方式，并采用了糧倉ＣＯ２濃度自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。其主要設(shè)施為ＣＯ２供氣系統(tǒng)、ＣＯ２自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、智能通風(fēng)控制系統(tǒng)及倉房**裝置、背負(fù)式氧呼吸器等組成。ＣＯ２氣調(diào)系統(tǒng)工藝流程示意圖而其中ＣＯ２自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是采用先進(jìn)的檢測(cè)和自控技術(shù)實(shí)現(xiàn)糧倉CO2濃度的全自動(dòng)測(cè)量和數(shù)據(jù)處理的系統(tǒng)。該系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)氣調(diào)工藝、確保工藝濃度的關(guān)鍵，其主要實(shí)現(xiàn)的功能為：糧倉CO2數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)自動(dòng)采集、轉(zhuǎn)換和傳輸，數(shù)據(jù)顯示、打印，數(shù)據(jù)的管理(包括數(shù)據(jù)記錄、數(shù)據(jù)分析處理、報(bào)警提示、預(yù)留數(shù)據(jù)通信等功能)，并具有手動(dòng)和自動(dòng)操作的切換功能，能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)參數(shù)的開放式設(shè)置與調(diào)整，便于升級(jí)更新、優(yōu)化設(shè)置。
　　
　　3.紅外線CO2分析器及氣體濾波相關(guān)技術(shù)CO2氣調(diào)庫的CO2濃度自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要由取樣系統(tǒng)、紅外線CO2分析器及計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程智能化控制三部分組成。其中紅外線CO2分析器的性能對(duì)整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)的技術(shù)水平起到至關(guān)重要的作用。由于CO2氣調(diào)庫的特殊性，要求測(cè)量CO2的量程很寬，為0-100%CO2而且分辯率為0.1%，同時(shí)要有良好的重現(xiàn)性。氣調(diào)庫每個(gè)工作周期約1個(gè)月，所以要求儀器長(zhǎng)期穩(wěn)定性要達(dá)到每周漂移小于±2%。為了達(dá)到響應(yīng)時(shí)間快，需要儀器內(nèi)置小型抽氣泵，以達(dá)到負(fù)壓主動(dòng)式取樣。一臺(tái)儀器要對(duì)庫內(nèi)多個(gè)采樣點(diǎn)進(jìn)行循環(huán)采樣，*遠(yuǎn)的采樣點(diǎn)管路長(zhǎng)達(dá)幾十米，這就必須在取樣系統(tǒng)中配備大流量的抽氣泵，并由計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程控制，切換取樣點(diǎn)及儀器與抽氣泵的開關(guān)狀態(tài)，并由儀器輸出的濃度值對(duì)庫內(nèi)CO2濃度進(jìn)行調(diào)整從而達(dá)到閉環(huán)控制的目的。紅外線氣體分析器能分析被測(cè)氣體是基于異原子分子在近紅外區(qū)有選擇性吸收的特點(diǎn)。*早可以追溯到1938年德國(guó)科學(xué)家盧福特，他發(fā)明的氣動(dòng)式紅外線氣體分析器能分析被測(cè)氣體是基于異原子分子在近紅外區(qū)有選擇性吸收的特點(diǎn)。異原子分子的原子間存在振動(dòng)，所以當(dāng)連續(xù)的紅外能量照射到被測(cè)分子上時(shí)，被測(cè)分子會(huì)吸收相同波長(zhǎng)的能量而使該波長(zhǎng)的紅外線衰減，所以紅外線分析器是由異原子分子間不同的振動(dòng)波長(zhǎng)來定性的，非常準(zhǔn)確。而同原子分子或單原子分子不吸收紅外線能量，也就是說以空氣為背景的被測(cè)氣體，空氣中的N2或O2等對(duì)被測(cè)氣體不產(chǎn)生干擾誤差。
　　
　　對(duì)被測(cè)氣體的定量是基于比爾定律，即I=I0e-KCL。式中I0是原始能量，K是氣體吸收常數(shù)，L為介質(zhì)(被測(cè)氣體)厚度，C為被測(cè)氣體濃度。所以當(dāng)L(即氣室長(zhǎng)度)被確定后，I只與C有關(guān)，即I=f(C)。通常稱I與L的乘積為光學(xué)深度。
　　
　　當(dāng)光學(xué)深度等于1時(shí)，將比爾定律用泰勒級(jí)數(shù)展開忽略高次項(xiàng)后，I與C的關(guān)系可以近似為線性。具體到氣調(diào)庫所使用的紅外線CO2分析器，一個(gè)很重要的問題就是要解決如何保證0-100%量程內(nèi)的線性度。因?yàn)楫?dāng)被測(cè)氣體濃度很高(接近飽和)時(shí)，要想保證光學(xué)深度接近1，就必須減小L，小到工件的加工幾乎是不可能的，即使加工出來，也由于氣室非常窄小而產(chǎn)生強(qiáng)大的阻力，而且極輕微的污染就會(huì)改變氣室長(zhǎng)度而影響重現(xiàn)性。GXH-3010D型CO2分析器作到了在不犧牲儀器可靠性及穩(wěn)定性的前提下保證儀器的線性度，主要是采用了國(guó)際上先進(jìn)的氣體濾波技術(shù)。在國(guó)外，紅外線氣體分析器采用氣體濾波技術(shù)已經(jīng)有幾十年歷史了。
　　
　　我們可以查到20年前英國(guó)科學(xué)家的氣體濾波相關(guān)**。華云研究所的數(shù)名技術(shù)人員曾在1987年遠(yuǎn)赴美國(guó)大西比公司引進(jìn)了先進(jìn)的氣體濾波相關(guān)(G、F、C)技術(shù)。大西比公司的相關(guān)紅外至今在我國(guó)環(huán)保領(lǐng)域仍占主流地位。華云研究所研制的GXH-3011系列相關(guān)CO分析儀自92年投放市場(chǎng)至今，在衛(wèi)生防疫部門仍占90%以上的市場(chǎng)份額。儀器的長(zhǎng)期穩(wěn)定性也是一個(gè)重要指標(biāo)，CO2氣調(diào)庫的特殊性不允許經(jīng)常到現(xiàn)場(chǎng)去調(diào)整儀器的零點(diǎn)，所以至少要保證儀器一周的零點(diǎn)漂移不大于百分之二，因此儀器必須整機(jī)恒溫，并做到外界溫度變化幾十度時(shí)儀器光學(xué)部件的溫度變化不大于±2℃。

糧倉CO2濃度自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在糧食儲(chǔ)藏工程中的應(yīng)用，用紅外線氣體分析器監(jiān)測(cè)糧倉CO2濃度精度高，性能可靠，能夠長(zhǎng)期連續(xù)在線測(cè)量，為氣調(diào)糧庫的CO2濃度控制提供了有效途徑。而其中ＣＯ２自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是采用先進(jìn)的檢測(cè)和自控技術(shù)實(shí)現(xiàn)糧倉CO2濃度的全自動(dòng)測(cè)量和數(shù)據(jù)處理的系統(tǒng)。該系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)氣調(diào)工藝、確保工藝濃度的關(guān)鍵，其主要實(shí)現(xiàn)的功能為：糧倉CO2數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)自動(dòng)采集、轉(zhuǎn)換和傳輸，數(shù)據(jù)顯示、打印，數(shù)據(jù)的管理(包括數(shù)據(jù)記錄、數(shù)據(jù)分析處理、報(bào)警提示、預(yù)留數(shù)據(jù)通信等功)，并具有手動(dòng)和自動(dòng)操作的切換功能，能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)參數(shù)的開放式設(shè)置與調(diào)整，便于升級(jí)更新、優(yōu)化設(shè)置。