Хранение зерна в металлическом силосе вместимостью 10000 тонн

Растущее с каждым годом производство зерна требует развитой сети для приема, обработки и хранения огромных масс товарного зерна. Народнохозяйственное значение зерна в значительной степени определяется тем, что существенные объемы зерна, при соответствующих условиях, могут храниться в течение длительного времени без существенного изменения качества и товарной ценности [1].

Технические характеристики и габариты металлического силоса: вместимость 10000 тонн, диаметр 28 метров, высота вертикальной стенки 17 метров, общая высота 25 метров.

В данном силосе зерно хранилось с октября 2017 по январь 2018 года. За этот временной интервал в зерновую массу были установлены сертифицированные устройства, серийно выпускаемые автономные регистраторы данных, позволяющие в режиме реального времени записывать температуру и относительную влажность воздуха в месте своего расположения. Периодичность записи регулируется программным обеспечением, поставляемым вместе с автономными регистраторами, от 2 секунд до 24 часов, в наших исследованиях запись параметров воздуха производили через 30 минут, или в течение суток 48 измерения. Для данного типа устройств погрешность измерения температуры в пределах от -40С до 70°С составляет 2°С, погрешность измерения относительной влажности воздуха в пределах от 10% до 95% составляет 5%.

Вентилирование зерна в металлических емкостях большой вместимости осуществляется через подачу воздуха в систему воздухораспределительных каналов. Подача воздуха осуществляется при помощи четырех вентиляторов, установленных снаружи металлического силоса. Данная система подачи воздуха используется в металлических силосах производства США (рисунок 1), в них и были помещены автономные записывающие устройства.


Результаты обработки данных, полученных из автономных регистраторов, установленных в верхнем слое зерновой массы на глубине 70 сантиметров, представлены на рисунке 2.



Автономные регистраторы данных были настроены на запись каждые 30 минут, в сутки получалось 48 значений, за четыре месяца - порядка 6000 значений. Все они отображены на рисунке 2 и представлены в виде графиков.

Проанализировав полученные данные можно сказать, что средние значения температуры и относительной влажности воздуха за 4 месяца хранения в поверхностном зерновом слое металлического силоса вместимостью 10 000 тонн составили 12°С и 70% соответственно, но были зафиксированы и не характерные периоды. При значениях 3155-3816, что соответствует 13 дням наблюдались резкие скачки относительной влажности воздуха и выброса влаги в верхние слои, как следствие увеличение относительной влажности воздуха в поверхностном зерновом слое с 72% до 88%. Такое увеличение относительной влажности воздуха происходило за счет применения системы активного вентилирования.

Из-за роста температуры зерновой массы была включена принудительная подача сухого холодного воздуха с улицы (активное вентилирование), из-за перемещения воздушных масс внутри зерновой массы стал происходить перенос влаги от нижних слоев к верхним, но так как в верхнем слое хранимого зерна относительная влажность воздуха не приблизилась к критическим значениям (более 95%), выброса влаги на стенки металлического силоса в данный временной промежуток времени не произошло. После выключения системы активного вентилирования относительная влажность воздуха в поверхностном слое стала уменьшаться, за счет распределения влаги по боле сухим близлежащим слоям и отсутствию подпитки в виде дополнительной влаги из нижних слоев. В результате за следующие 22 дня относительная влажность воздуха в поверхностном слое снизилась с 78 до 70%, а температура хранимого зерна сократилась на 8 градусов, с 28 до 20°С.

При более длительном вентилировании зерновой массы (рисунок 2), точки 5165-5883, что соответствует 15 дням и менее благоприятным значениям температуры и относительной влажности подаваемого с улицы воздуха наблюдался выброс влаги в течении 3 дней (точки 5247-5387). В этот период относительная влажность воздуха в верхнем слое зерна превышала 95%, что привело к увлажнению верхней крышки и стенок металлического силоса, и последующему увлажнению верхнего слоя зерна холодным конденсатом, что недопустимо, так как приводит к сокращению сроков хранения зерна, образованию корки в поверхностном слое, которая ухудшает свободное прохождение воздушных масс через зерно при активном и естественном вентилировании.

При увлажнении поверхностного слоя зерна холодным конденсатом и применения активного вентилирования в течении нескольких недель (см. Рисунок 2) можно наблюдать скачки температуры в поверхностном слое от +3,5°С до -11°С. Переход через ноль так же негативно сказывается на сроках хранения зерна и приводит к увлажнению поверхностного слоя.

Для недопущения подобных негативных последствий необходимо вести мониторинг параметров зерновой массы (температуры и относительной влажности воздуха) в режиме реального времени, а также использовать:

1. 1. Методику получения данных о переходных процессах изменения температуры зерна по слоям зерновой массы при включении системы активного вентилирования и обработке данных с целью получения соответствующих динамических моделей. Контроль температур ведется непрерывно в режиме нормальной эксплуатации объекта посредством штатно установленных в силосе цифровых термоподвесок.
2. 2. Методику оценки критических изменений граничных условий при хранении зерна в металлическом силосе. В металлическом силосе наиболее неблагоприятные условия хранения создаются в верхней части зерновой насыпи [2]. Оценка условий возникновения рисков конденсационного увлажнения зерна в металлическом силосе проводится методом расчетного моделирования. Мониторинг гигро-термического состояния внутренней поверхности кровли силоса проводится в режиме нормальной эксплуатации силоса при наступлении характерных условий конденсатообразования.
3. 3. Методику разработки корректирующих воздействий.