红外线CO2气体分析器在粮食储藏工程中的应用

摘要：本文介绍了粮仓CO2浓度自动监测系统在粮 食储藏工程中的应用，用红外线气体分析器监测粮 仓CO2浓度精度高，性能可靠，能够长期连续在线 测量，为气调粮库的CO2浓度控制提供了有效途 径。而其中ＣＯ２自动监测系统是采用先进的检测 和自控技术实现粮仓CO2浓度的全自动测量和数据 处理的系统。该系统是实现气调工艺、确保工艺浓 度的关键，其主要实现的功能为：粮仓CO2数据的 实时自动采集、转换和传输，数据显示、打印，数 据的管理（包括数据记录、数据分析处理、报警提 示、预留数据通信等功能），并具有手动和自动操 作的切换功能，能实现系统参数的开放式设置与调 整，便于升级更新、优化设置。其系统原理图如 下： 关键词：粮食储藏，CO2气调粮库，红外线气体分 析器 1．概述 粮食储藏工程是集农业、生物、建筑、环境保护、 化工、仪器仪表、计算机技术等多学科的一项系统 工程，随着我国现代化建设的快速发展，“绿色粮 仓”的建设是当前粮食储藏行业的一项重要课题。 在粮食储藏过程中，为了保证储粮的品质质量，必 须防止粮食中的储粮害虫、霉菌为害。长期以来， 我国通常采用磷化氢、环氧乙烷等化学药剂对粮食 进行薰蒸来达到杀灭害虫的目的。 二氧化碳（CO2）气调储粮技术的研究早在1917年 就进行了杀虫试验，40年代后由于廉价杀虫剂的使 用限制了它的发展，尔后杀虫剂的残留、对环境的 污染、对生态环境的破坏及害虫抗药性增加等问题 日益引起人们的重视，对天然绿色食品的需求，使 CO2气调储粮方式又重新引起了人们的注意，美、 日、俄、澳等经济发达国家已逐步减少化学药剂在 储粮上的使用，向低温、气调、物理与生物综合防 治的生态储粮方向发展，并在CO2气调储粮技术上 进行了大量研究与试验，并进行了成功应用，建立 了商业化使用规范。80年代初在澳大利亚就建设了 40多亿斤气调仓，最大一个仓容量就达6亿斤。60 年代以来，我国对CO2气调储藏技术也进行了大量 探索，“六五”、“七五”期间，成都粮科所利用 国家攻关课题对此进行了系统全面研究，从CO2的 杀虫效果、对储粮霉菌的抑制、对储粮品质的作 用、气调粮仓的建设等方面进行了大量的研究与小 型实仓试验（100万斤），获得了理想的效果。 在国家粮食局、中储粮总公司的重视下，在2000年 的200亿斤国家储备粮库建设中，于“中央储备粮 绵阳直属库”建设了我国第一座万吨以上规模的CO 2气调储粮示范库。经检测，其工程建设达到优良 工程，在国内处于领先水平，在国际上处于先进水 平。 成都粮科所在进行CO2气调粮库的设计中，按照我 国粮食仓储发展的目标和要求中“六化”和“三 高、三低”标准（即：装备现代化、信息网络化、 管理科学化、经营集约化、监测仪器化和人才高素 质化；高质量、高效益、高营养、低损耗、低污 染、低成本）对绵阳CO2气调储粮示范库进行科学 的设计的论证。对于粮仓CO2浓度自动监测这一气 调工程的重要环节，参照国际上的成功经验，选用 了北京市华云分析仪器研究所研制的能连续工作的 GXH-3010D型（流程式）主动式不分光红外线CO2 分析仪，通过在绵阳直属库气调工程中近一年的长 期运行，获得了成功应用，取得了实践经验2.CO2 气调库简介 采用CO2气调储粮技术，就是在密闭性能良好的仓 房内充入CO2气体以改变粮仓内气体成分的组成， 破坏害虫及霉菌生态环境，抑制粮食生理呼吸，起 到防虫、杀虫、抑菌、延缓粮食品质陈化的效果， 从而实现非药剂、经济、安全、环保、保鲜储粮的 目的来进行粮食储藏的方法。 ＣＯ２气调储粮工程建设中首次在粮库中采用了大 型供配气系统进行集中供气的方式，并采用了粮仓 ＣＯ２浓度自动监测系统。其主要设施为ＣＯ２供 气系统、ＣＯ２自动监测系统、智能通风控制系统 及仓房安全装置、背负式氧呼吸器等组成。如下图 所示： ＣＯ２气调系统工艺流程示意图 而其中ＣＯ２自动监测系统是采用先进的检测和自 控技术实现粮仓CO2浓度的全自动测量和数据处理 的系统。该系统是实现气调工艺、确保工艺浓度的 关键，其主要实现的功能为：粮仓CO2数据的实时 自动采集、转换和传输，数据显示、打印，数据的 管理（包括数据记录、数据分析处理、报警提示、 预留数据通信等功能），并具有手动和自动操作的 切换功能，能实现系统参数的开放式设置与调整， 便于升级更新、优化设置。其系统原理图如下： 3.红外线CO2分析器及气体滤波相关技术 CO2气调库的CO2浓度自动监测系统主要由取样系 统、红外线CO2分析器及计算机远程智能化控制三 部分组成。其中红外线CO2分析器的性能对整个监 控系统的技术水平起到至关重要的作用。由于CO2 气调库的特殊性，要求测量CO2的量程很宽，为0-1 00%CO2而且分辩率为0.1%，同时要有良好的重现 性。气调库每个工作周期约1个月，所以要求仪器 长期稳定性要达到每周漂移小于±2%。为了达到响 应时间快，需要仪器内置小型抽气泵，以达到负压 主动式取样。一台仪器要对库内多个采样点进行循 环采样，最远的采样点管路长达几十米，这就必须 在取样系统中配备大流量的抽气泵，并由计算机远 程控制，切换取样点及仪器与抽气泵的开关状态， 并由仪器输出的浓度值对库内CO2浓度进行调整从 而达到闭环控制的目的。 红外线气体分析器能分析被测气体是基于异原子分 子在近红外区有选择性吸收的特点。最早可以追溯 到1938年德国科学家卢福特，他发明的气动式 （一）