浅谈粮食储藏对仓房设计的要求

浅谈粮食储藏对仓房设计的要求

张来林?  朱同顺  李 昭  赵英杰  李建锋
（河南工业大学 450052）

摘要  本文在总结多年来粮食仓房设计建设经验的基础上，从仓储工艺角度，阐述了安全储粮对仓房结构、门窗孔洞设置、仓房的储粮性能和储粮配套设施等方面的要求，并针对仓房设计中存在的问题提出相应的建议或改进措施。
关键词  粮食储藏  仓储工艺  仓房设计  粮食仓房

建造符合储粮要求的仓房是做好储粮工作的首要条件，它应当具备下列性能：第一从仓房结构上满足安全储粮的需要，具备良好储粮性能，能保持储粮品质，仓内粮食不霉烂、虫蚀；第二进出粮环节实现机械化、自动化，粮食进出顺畅、快捷；第三储粮配套设施完善，能够随时监测粮情变化，拥有多种保粮手段，可以确保储粮安全。
1  仓储工艺对储粮安全的重要性
1.1  仓储工艺与土建设计的关系
仓储工作者应在建仓前提出仓储工艺对仓房结构的要求，仓房土建设计必须满足仓储工艺的要求，双方相互配合，共同完成仓房建筑的设计和建设施工。仓储人员要参与建仓的全过程，发现问题及时改进。
1.2  仓房建设一定要满足粮食仓储的需要
仓房用于储粮，仓储工艺合理与否对储粮安全有着极其重要的影响。在计划经济时代，由于体制与条块分割方面的原因，基建与储运分两条线管理，形成设计与仓储工艺脱节，使仓房缺乏必备的仓储设施和处理手段，结果导致：一是建好的新仓出现“建完改”的现象；二是缺少储粮设施，如18个机械化骨干库中所建的筒仓群存粮过冬就出现结顶挂壁坏粮事故，以致于一些筒仓群长时间闲置，造成仓容浪费。因此，普及深仓储粮技术，对加强仓储工艺及配套设施研究具有十分重大的意义。
2  安全储粮对仓房结构的要求
2.1  仓房必须坚固耐用
粮仓不同于其它建筑物，除承受风载、雪载、地震等载荷外，还要承受相当大的粮食侧压力，尤其要考虑不同粮种、不同堆放方式、不同装粮高度的粮食侧压力对仓壁的影响，以防墙体开裂；还要考虑不同粮种、不同装粮高度对地坪的垂直压力，预防地坪下陷。
由于粮种不同，小麦、稻谷的散落性是不同的，同样的堆粮高度对仓壁强度的要求就不同。相同品种的堆放方式不同时，粮食对仓壁的作用力也是不同的。一般情况下，不主张仓房超限装粮。若散装仓超限装粮时，可在装粮线高度距仓壁1m处的粮面上，按“梯形” 起台装粮；由于包装仓的仓壁不能承受侧压力，不能直接用作散装仓，若要装散粮时，只能采用包打围方式堆装，否则就会出现问题。如1999年7月6日通报了江苏某县粉厂把包装仓直接用作散装仓，粮食未装满就发生了仓房倒塌的事故。流动粮食的动载荷通常是其静载荷的数倍，对自流式仓型还要注意卸粮载荷对筒体及仓内设施的作用，不对称卸粮或结拱粮突然倒塌都会使筒体出现裂缝、筒内设施损坏等事故。
早期仓房的装粮高度低，是按挡土墙公式计算仓体受力。现有仓房装粮高度增加，尽管墙体的厚度可能没有增加，但大量使用钢筋、水泥，并在墙体中增加多道圈梁，使墙体的强度大为增加。此时不能简单按挡土墙公式计算墙体强度，而是要按横向受力传递、排架结构计算。
地下仓的仓顶不得有坑、鼠蚁洞穴，并用黏土分层夯实。距拱脚10m范围内不能有高杆树木。地下仓的防护坡要尽可能保持自然坡度，种植草皮以防止滑坡，洞口上应防止雨水漫流。
2.2  仓房门窗、孔洞的设置
仓房的门窗、孔洞设置要考虑粮食进出仓工艺和日常管理的方便性，仓门高度、宽度都应考虑储粮机械的进出，仓房窗户的大小、数量与开启方式是否符合通风、补仓需要。仓外地坪硬化要能够承受风机与进出粮机械行走。
2.2.1  仓房的窗户宜少、尺寸要符合补仓需要
早期的仓房窗户主要用于采光和自然通风，而现有仓房都配有照明、风道和风机等设施，窗户主要用于散（换）气、排尘或粮食补仓。若仍按仓房每开间开窗进行设计，窗户数量太多直接影响到仓房隔热与气密性能。建议将窗户的数量减半，仓门上方因有雨搭，保管员开关不便，不设窗户；窗扇宜单扇平开或上开,不宜采用双扇平开窗、推拉窗；窗户尺寸要满足仓外机械补粮需要。
2.2.2  仓门宜少、宜避阳
仓门的朝向与数量既要考虑粮食进出的快捷方便，又要考虑安全储粮，还要兼顾库内道路规划和铁路专用线的装卸方便。
在生产中，通常是朝着仓内一侧墙壁退着装粮的，地坪上又布有风道，10～15m输送机无法在仓内掉头，减少仓门数量既可以减少建设投资，又可提高仓房的气密性。因此，建议：小跨度储备仓的仓门设计在一侧，且避开阳光直射位置；大跨度仓房的两侧设门并按非对称型布置，其中主仓门设计大一些，有利于机械进出，其它仓门做的小一些，有利于仓门的密封。
2.2.3  仓房粮情检查小门或进人孔的设置
由于仪器检测不能完全代替人工的感官检测，保管员时常进仓检查粮情，仓房粮情检查小门或进人孔的设置应该方便保管员进出。
浅粮层仓型如平房仓的每仓（廒间）只需要一个粮情检查小门。在门口处设垂直爬梯，不利于保管员携物上下粮堆。建议粮情检查门设在仓房的北侧或山墙处，并在仓外设斜梯，方便保管员携带物品上下。有的粮库在平台上设有小屋较好，可用于存放储粮资料与卡片、查粮器具。
深粮层仓型如在浅圆仓、筒仓的顶部必须设置进人孔，其位置要靠近檐口处，在筒壁内侧设爬梯，方便保管员上下。高大筒仓底部也要设进人孔，用于空仓清扫与设备维修。进人孔结构既要方便保管员开启，又要便于储粮时密封。各浅圆仓之间应在檐口处设人行栈桥，以方便保管员行走。
早期浅圆仓的进人孔位于仓顶中心，不利于粮情检查。目前大多数粮库进行改造，将一出风口改成出风、进人两用。即有的筒库曾使用吊篮供人上下，由于吊篮上下时会发生旋转运动，不安全，故现基本不用。
2.2.4  挡粮门的设置
散粮对仓壁有着巨大的侧压力，平底仓的仓门一般不直接承受粮食的侧压力，而由挡粮板（门）承受。仓房的挡粮板（门）下部设有卸粮口，用于挡粮板（门）打开前的粮食出仓。挡粮板（门）有多种形式，挡粮板安放虽有不便，但出粮方便；挡粮门开关方便，但从卸粮口放粮后，仍有部分粮食堵着挡粮门，只能用吸粮机或人工排粮解决，不如挡粮板方便。浅圆仓宜用挡粮门，平房仓也建议选用挡粮门。如果选用挡粮板，在墙体的U型固定槽上应留有缺口，以方便挡粮板的安放与拆除。采用“V”字形挡粮板时，门洞内壁上方应有顶罩，否则会在挡粮板处形成三角深洞，加上仓内光线暗淡，对保管员查粮形成安全隐患。
2.3  仓房的储粮性能
粮食既是热敏性的物质，又是吸湿性很强的物质，高温、高湿环境易造成粮食品质下降，引起粮堆局部甚至全仓粮食的发热霉变。因此，要求仓房具有良好的隔热、防潮和气密性能。
2.3.1  防潮防漏性能
仓房的屋面、墙体、地坪、风道等处的渗漏或返潮，极易引起粮食受潮霉变，必须加强这些部位的防漏、防潮处理，使之符合粮食安全储藏的需要。
常用的防水材料有高聚物改性沥青卷材（涂料）、合成高分子防水卷材（涂料）、细石防水混凝土、沥青基防水涂料、刚性防水层、平瓦等。在防潮层布置上应尽量使水汽在通路上做到“进难出易”，一般设置在保温层的高温侧，以避免保温材料内部出现水分凝结，降低隔热效果。浅圆仓储粮多，不易倒仓，更要注意仓体的防漏、防潮问题。对粮仓来说，防潮与防渗同等重要，尤其是浅圆仓卸粮通廊与沉降缝应按防渗标准处理。
仓房上部排风扇孔洞的外侧应有挡雨盖，避免雨水渗入，内侧有密闭门，避免熏蒸时漏气。
2.3.2  隔热保温的性能
仓房围护结构特别是房式仓屋面是外界热量传入仓内的主要途径，要保持仓内储粮的低温状态，必须提高仓房的隔热效果。
仓房隔热有两种方式，静态法与动态法，在生产中常用静态法隔热。⑴在屋面上增设实体材料隔热层，利用屋顶材料层的热阻和材料蓄热，提高结构的隔热性，从而降低夏季时屋顶内表面的平均温度及温度波动范围；⑵在屋面上增设通风层，利用通风层遮挡阳光，使屋顶变成两次传热，避免太阳直接辐射在围护结构上，同时在风压作用下，自然通风带走夹层中的热量，减少仓外热空气对屋面的影响，降低仓内温度；⑶仓内用隔热材料吊顶，把透入屋顶的热量隔在吊顶之上，同时在山墙上安装排风扇，利用夜间低温时通风，不断将屋脊下三角地带的积热排出仓外，提高吊顶的隔热效果；⑷在屋面上刷白、敷设锡箔纸或喷刷反射系数大的涂料，反射阳光的辐射热，可降低仓温2～5℃，如美国盾牌反光涂料、良宝特种隔热涂料，但隔热效果与涂面的洁净程度密切相关，刷涂1～2mm石膏浆的效果也较佳，经济简便、耐晒、耐冲刷；⑸彩钢屋面可采用彩钢扣板加岩棉、复合聚苯板、内屋面喷涂聚氨酯等方式隔热，安装压型板时要注意对接板缝的隔热与气密处理；⑹仓墙增加保温层，在浅圆仓砼壁外留10cm的间隔层、再加砌15cm厚的加气混凝土块，或者外墙喷涂聚氨脂30～50mm厚，外蒙铁丝网，再刷沙浆层保护，平房仓可在空肋墙中直接充填聚苯板隔热；⑺凡不影响仓房建筑和工作的库区如昆明直属库、柳州国储库，可种植爬墙虎或杆高冠大植物，以降低阳光对仓体的直接照射。
为了提高仓房的隔热能力，要选用导热系数比较小的材料，如膨胀珍珠岩、玻璃丝棉、发泡聚氨酯、聚苯乙烯泡沫塑料等，并要注意材料层的排列，最好采用多层材料组合的吊顶，从而发挥各层材料的特性。如果复合结构的内侧采用适当厚度的重质材料或用轻质材料夹芯，则能进一步提高其热稳定性。采用新型节能冷光源替代白炽灯照明，也能减少仓内的温升。
2.3.3  仓房应具备既密闭又通风的性能
仓房通风、密闭的性能对安全储粮十分重要，门窗开启通过自然或强制通风可以促进粮堆气体交换，降温散湿，防止储粮发热霉变。
降仓温通风是仓房日常管理中，尤其是低温储粮管理中的一项操作较为频繁、辛苦，经常需要在半夜开机，仓窗的自动开关是实现降仓温自动操作的关键步骤，对延缓粮温上升速率、提高工作效率、降低劳动强度意义重大，而且改造投入不是很大，功效却较为明显，现有多个粮库进行改造。
实现粮堆通风的自动控制，还需要增加进风口的自动控制装置与固定通风机，现只有少数粮库的个别仓房实现了此功能，而每年的有限次数通风操作和投资费用较大的原因限制了在大多数粮库的推广。
仓房具有良好的气密性，对粮食保管、气调储藏或熏蒸杀虫都有利，既可以减少粮食与外界空气接触，避免外温外湿的影响和害虫感染，使仓内粮温、水分维持稳定状态；又可以在使用化学药剂熏蒸时，维持仓内气体的有效浓度与配比，获得良好地杀虫效果。
我国现有仓房对熏蒸气密的要求是：对仓房的门窗孔洞密封后进行气密性检查，500Pa压力下的半衰期平房仓不小于40s、浅圆仓不小于1min。这是1998年新仓建设验收确定的临时标准，在熏蒸过程也显露出毒气难以维持、需增补投药和杀虫效果差等问题，不应作为制定相关新标准的依据。随着新仓设计水平的提高，新仓气密性有明显提高，建议适当提高仓房的气密标准，在仓房的门窗孔洞密封后，500Pa压力下的半衰期：平房仓不小于100～150s、浅圆仓不小于2～3min。在后两批的200亿斤仓容建设中，在采取气密措施后，多数仓房都达到了此标准，在相同用药量条件下，一次投药就取得较好杀虫效果，且对科学使用磷化氢、减缓产生抗药性有利。
2.3.4  仓房要有防鼠、防雀设施
在储粮期间应防止鼠雀为害，鼠雀不但耗费大量粮食，而且排泄的粪便还会污染粮食。为了防鼠雀，要求仓房的地坪、仓墙、门窗必须坚固密实，不允许有孔洞。仓房必须设置防雀窗网（网孔≤1cm）及防鼠门板（高度0.6～0.9m）等。为了提高仓门的气密性，有时需要在门框内侧10cm处预埋塑料槽管，因此要求安放防鼠板的位置定在仓门内侧的15cm处。
3  安全储粮对仓房配套设备的要求
18个机械化骨干库筒仓的应用案例证明，仅有结构性能良好的仓房还不够，还需要配备完善的储粮设施，提高粮库检验与处理突发事件的能力，以确保储粮安全。主要的储粮设施有：
3.1  粮情测控系统
粮情测控系统是粮库长期储藏粮堆的必需设施，粮堆温度、水分等参数的检测数值是保管人员了解深粮层粮情变化趋势、进行粮情分析的重要依据与信息来源，并由此及早发现问题，采取相应技术措施。
目前大多数粮库都配有粮情测控系统，但其功能、温湿度参数检测与数据采集、粮情分析与控制、不同检测系统的兼容与数据共享、元件密封等方面还需完善提高。近年来对粮食储运新技术与设备优化集成示范项目的研究，已开发出多套粮堆智能通风控制系统，将进一步完善了粮情控制的功能。
3.2  通风降温系统
通风降温系统是各类仓房的必备设施，它具有均衡粮温，有效防止水分扩散、粮堆发热霉变，改善储粮性能等作用，而且还是环流熏蒸、谷冷机应用的基础。在选用或布置时须注意：
3.2.1  风道选用与布置原则：在选用风道时必须考虑仓房用途、进出仓作业形式、通风途径比等因素的影响，在一栋仓（廒间）内只能布置一种风道形式。应当按送风均匀、有效通风的要求选择，风网工艺应简单、对称，风道出风面大、通风阻力小，施工或安装、操作管理都方便的风道。风道冲孔板强度应能承受粮食或设备的载荷，筛板开孔率≥25%。
3.2.2  通风设备应使用安全可靠，操作简便，风机压力应能克服通风系统的总阻力，风机风量应满足换气、降温、降水、调质等不同通风目的的需要。
3.2.3  降仓温可选用轴流风机，每仓（廒间）一般选用2～4台，建议安装位置尽可能要高。通风时打开北窗、启动南墙上的排风扇或打开仓房最里端窗户、启动单侧山墙的排风扇，使冷风进仓最大限度地带走屋脊下三角地带的高温。
3.2.4  降粮温可选用离心风机或轴流风机。轴流风机的风量大、风压小，具有能耗低、粮食失水少等特点，但通风时间长，适用于通风阻力较小的系统和低温季节较长的粮库；通风时，打开风道的进风口，关闭仓房的门窗，开启多台轴流风机降粮温。离心风机风量大、风压大，具有降温快、通风时间短的特点，但能耗较高，粮食失水多，适用于通风阻力较大的系统和需抢时间通风的场合；通风时，打开仓房的所有门窗，开启风机通风，废气能够通畅排出仓外。
建议单侧通风仓房的进风口应设在仓房北侧，此处温度低，对粮堆降温、谷冷操作、熏蒸作业有利。
3.2.5  进风口的结构应满足进风口盖板开关方便、与设备对接方便、进风口隔热气密好的要求。对隔热气密差、开启麻烦的进风口，可采用圆型进风口或改成双铰链门和蝶形镙母、搭扣、旋转门或拉杆弹簧等紧固形式，加用厚胶条和增加进风口保温等措施加以解决。
3.3  环流熏蒸系统
环流熏蒸系统是粮库，特别是温带以南粮库储粮的必要设施，它可以使毒气在粮堆内快速均匀扩散，减轻投药的劳动强度，减少接触毒气的时间，取得良好的杀虫效果。在应用中需注意：
3.3.1  在生产中，熏蒸管路常与仓内的通风系统相结合，设计成通风—熏蒸共用系统，将通风道用作扩散器，使毒气均匀地分布在粮堆内，有利于提高熏蒸效果、降低熏蒸设备的投资。
3.3.2  磷化氢是一种易燃易爆气体，为了防止磷化氢的燃爆，风机叶片的最大线速度不得大于40m/s，磷化氢燃爆的下限浓度为26g/m3，因此，进入风机的毒气浓度不得超过1.7%。
3.3.3  在FAO编写的《亚热带谷物通风》一书中，所推荐的环流熏蒸的单位通风量为q=1.5m3/h•t，但对于磷化氢的环流熏蒸，平房仓的单位通风量q≤0.5m3/h•t，高大筒仓的q≤0.3m3/h•t。
3.3.4  为防止磷化氢气体燃爆和空气阻力过大，环流管中的风速一般应限制在15m/s以内，环流主管道的直径应大于100mm。在1998年新仓建设中，所推荐的主环流管内径为φ125mm，进风口处环流接口内径为φ65mm。
3.3.5  在环流熏蒸中，目前相应规范推荐的或生产中使用的产气方式有钢瓶装混合气法、磷化氢仓外发生器法和动态潮解法三种，试验与生产应用证明：杀虫效果与熏蒸浓度有关，而与产气方式无关，但熏蒸费用与产气方式密切相关。从“安全、经济、有效、实用”的原则考虑，“动态潮解”法操作简单安全、费用最低，故得到广泛的推广应用。
3.4  谷物冷却系统
谷物冷却系统可用于应急处理发热粮、防止结露、高水分粮保管、抑制虫霉、保持品质等场合。其应用特点是：
3.4.1  直接冷却粮堆，粮食降温快，散装粮堆保温性好，复冷间隔时间长，无需建造专门的低温仓。
3.4.2  及时冷却，制止潮粮发热霉变，延长存放期，为干燥通风降水赢得时间。
3.4.3  合理操作是决定谷冷效益的关键点，一要注意选择合理的冷却通风时机，尽量不在高温、高湿时开机；二要正确操作设备、调整工艺参数，使谷冷机在处经济运行状态下工作，解决冷却电耗过大等问题。
3.4.4  谷冷机适用于保管水分稍高或对温度较敏感的粮种，如加工出口优质稻米，无低温季节或在夏季处理发热粮的粮库。有人做过经济比较，使用谷冷机粮堆降温消耗电费低于水分减量所引起经济损失。
3.5  减缓分级与防破碎装置
当粮质较差或爆腰率较高的粮食采用机械入仓时，尤其是集中进粮仓型较为高大，粮食落差较大，极易形成粮食的自动分级或严重破碎，需采取减缓分级或防破碎的措施。
减缓杂质分级的最有效的措施是主动清理，提高入仓的粮食质量，但过筛除杂会减少粮食的数量，在政策或价格上不能弥补重量损失时，一些粮库不愿清理。被动的措施是在进粮口处增加布料器、分粮伞等装置或采取中心管入粮、多点入粮等方式，但一些装置还不能取得较好地减缓分级的效果。
减少粮食破碎的最有效环节应当是控制干燥工艺参数，即选择适宜的热风温度和降水速率，风温过高、降水过快都容易造成粮粒爆腰；其次是控制粮食在提升输送过程中的机械破碎；在深仓型的进粮口处增加溜槽、伸缩管或在减压管内加导流器等，减缓入仓粮食的下落速度，可控制入仓粮食的破碎问题。据生产使用反映，双漏斗溢流、导流器减缓破碎的效果较好。
3.6  粮仓应考虑进出粮的机械化操作
粮库储粮数量多、体积大，有时需要快速周转，在设计仓房时必须考虑进出粮、翻倒仓的机械化问题。这对港口中转仓、加工厂的原料仓、各种用途的筒仓、大容量的浅圆仓尤为重要。但受当地的经济发展、交通状况、运输方式、劳动力价格等因素的制约。
在确定粮食进出仓工艺时，要综合考虑仓房结构与仓内设施状况，如仓房门窗的大小与开启方式，6m以上粮堆的粮食补仓，仓内风道布置与进出仓机械移动等问题，然后确定进出仓工艺，选择配套的机械设备。
平房仓造价低，但粮食进出仓操作麻烦，时间长，成本较高，在发达国家中属于所占比例不高的仓型，我国由于国力所限，现有平房仓数量较多，在今后建设中也要逐步减少平房仓的数量。目前我国平房仓进粮一般采用移动式皮带输送机，也有用入仓机或吸粮机从仓窗处进行补仓；出粮一般采用扒谷机与移动式输送机相结合，也有采用人工出粮方式。
筒仓造价较高，但粮食进出仓快捷。筒仓群通常配有工作塔，塔内设置提升、清理、检斤、除尘等设备，筒仓顶部与底部都设有水平输送机，借此完成粮食进出仓作业。
浅圆仓属于中转—储备兼用仓型，其造价、进出仓操作介于平房仓与筒仓之间，而且大粮堆的储粮稳定性优于两者。浅圆仓进粮由提升机与仓顶输送机完成；出仓时大部分粮食依靠自流，由仓底输送机带走，剩余的20～30%的粮食由装载机、清仓机、扒谷机和吸粮机等方式完成，此时的卸粮速度可能达不到设备设计的产量与所需时间。
在目前使用中，浅圆仓反映最多的问题是：浅圆仓作为储备仓使用，进出粮工艺却按中转仓模式设计，机械设备长期闲置，维护费用高。
总之，仓房设计要与各项储粮技术和“四散”技术结合起来，确保粮食数量真实、质量良好，确保在国家急需时调得动、用得上。