После того как в силосе создан заданный состав РГС, наступает длительный период хранения, в течение которого в силосе происходит чередование периодов естественного и принудительного газообменов.
Существование периода естественного газообмена обусловлено принятой в настоящее время технологией генерации РГС, согласно которой допускаются колебания ее компонентов в определенных пределах.
Как показал опыт эксплуатации хранилищ с РГС, абсолютно непроницаемыми для воздуха не являются даже металлические сварные силосы. Фланцевые соединения загрузочных и разгрузочных люков, сварные швы, места входа измерительных приборов и т. д. имеют неплотности, через которые внутрь силоса поступает воздух, и чем больше общая площадь фильтрации воздуха, тем быстрее растет содержание кислорода в хранилище.
Для изучения влияния различных факторов на величину и скорость изменения компонентов РГС в период естественного газообмена были проведены специальные исследования.
В течение пяти суток через каждый час регистрировались: состав РГС, давление в силосе, температура наружного воздуха в тени и на солнечной стороне, барометрическое давление и скорость ветра.
Степень герметичности металлического силоса № 1 была приблизительно в 2…3 раза ниже, чем в металлическом силосе № 2. Если в металлическом силосе № 2 за период исследований концентрации кислорода и углекислого газа отклонялись в пределах ±0,5 % и сохранялись в течение пяти дней на постоянном уровне (кислорода 1,5 и углекислого газа 15 %), то в металлическом силосе № 1 отклонения концентраций кислорода достигали 12…13 % (на левой части рис. 14, а). Скорости роста кислорода в металлическом силосе № 2 практически равны нулю, а в металлическом силосе № 1 достигали 1,2 % сутки. Было установлено, что резкое повышение концентрации кислорода в металлическом силосе № 1 происходит ночью; подобное явление можно проследить и в металлическом силосе № 2.
Исследование влияния температуры наружного воздуха, барометрического давления и скорости ветра на состав РГС в силосе показало, что решающим фактором является температура наружного воздуха. Понижение температуры наружного воздуха приводит к охлаждению и уменьшению объема РГС в наружном слое силоса; в нем образуется некоторый вакуум, заставляющий воздух входить в силос через все неплотности, имеющиеся в ограждающих конструкциях. Количество вошедшего воздуха зависит от величины вакуума и площади фильтрации, т. е. от степени герметичности силоса.
Скорость ветра, по всей вероятности, оказывает влияние на скорость увеличения концентрации кислорода в силосе, хотя и нерешающее, например, в дневное время она возрастает. Так, 22.04.72 г. концентрация кислорода в металлическом силосе № 1 была максимальной, а разность в скоростях ветра между днем и ночью минимальной. Падение температуры наружного воздуха в эту ночь самое большое — 12,5 °С.
Повторно аналогичные исследования были выполнены в металлических силосах № 1 и 2 с 15.08.72 г. по 19.08.72 г. после дополнительной герметизации. Они подтвердили ранее сделанные выводы.
В среднем суточные скорости концентрации кислорода не изменяются. Повышение концентрации кислорода в ночь на, 16 и 17 августа составило всего лишь 2…3 %, а днем концентрация кислорода понизилась до 0,5…1 %.
Таким образом, подтверждается высокая степень герметичности металлического силоса № 1 в сезон 1972 г. В рассматриваемую пятидневку наблюдалось чередование пасмурной, дождливой и солнечной погоды. Это позволило оценить влияние этих факторов на режим работы силоса.
Установлено, что влияние солнечной радиации огромно. Максимальные пики давлений в силосе согласуются с максимальными пиками температур наружного воздуха не в тени, а на солнечной стороне.
В часы, когда идет дождь, наблюдаются понижение давления в силосе и соответствующее увеличение концентрации кислорода (17.08.72 г. с 7 до 9 ч. и с 13 до 14 ч.). Это явление объясняется высоким отбором тепла ветром с мокрой поверхности силоса; в результате верхние слои РГС охлаждаются, в силосе создается разрежение и концентрация кислорода растет. Появление солнца с9до 13 ч и с 14 до 17 ч. сопровождается повышением давления в силосе и соответственно снижением содержания кислорода в наружных слоях насыпи, так как поступающая из центра силоса среда вытесняет наружный слой.
Например, 19.08.72 г. до 14 ч дня была пасмурная погода с дождем, в 14 ч 30 мин появилось солнце и давление в силосе возросло до 290 Па; в 14 ч 50 мин — около 560 Па; в 15 ч 35 мин начался дождь, и к 15 ч 50 мин давление в силосе упало до 460 Па; т. е. за 15 мин оно снизилось на 110 Па. На графике этому моменту соответствуют резкое увеличение концентрации кислорода с 0,2 до 6 % и падение углекислого газа. Сказанное свидетельствует о высокой чувствительности отдельно стоящих металлических силосов к изменению погодных условий.
Таким образом, можно заключить, что резкое изменение атмосферных условий немедленно сказывается на концентрации кислорода и углекислого газа в наружном слое; по мере повышения давления в силосе из наружного слоя насыпи удаляется (через неплотности) воздух, перемешанный с РГС; концентрации кислорода и углекислого газа приближаются к исходным. Подчеркнем, что это свойственно силосам, имеющим достаточную степень герметичности.
Влияние диффузионного объема на скорость изменения состава РГС в относительно герметичных силосах незначительно. Особенно ясно это стало после исследований режима работы железобетонного силоса № 7 в период естественного газообмена сезона 1971—1972 гг. Степень герметичности железобетонного силоса № 7 несоизмеримо ниже, чем металлических силосов № 1 и 2.
Это приводило к постоянному повышению концентрации кислорода в ночное и дневное время, но в дневное — менее интенсивно.
Известно, что диффузионный обмен происходит под влиянием разности парциальных давлений газов, а так как она при хранении в РГС постоянна (21 % кислорода в воздухе и 1…5 % кислорода в составе РГС), то и повышение концентрации кислорода должно идти непрерывно, что не наблюдается в металлических силосах № 1 и 2, но имеет место в железобетонном силосе № 7.
Следовательно, диффузионный газообмен свойствен только силосам с низкой степенью герметичности.
Следует подчеркнуть важность выбора времени отбора проб РГС. Ранним утром еще идет процесс вытеснения наружных слоев РГС из силоса; заканчивается он к 8…9 ч. Таким образом, наиболее целесообразным временем анализа состава РГС в отдельно стоящих силосах следует считать время с 8 до 10 ч утра.
Естественно, что ряд высказанных положений характерен только для климатических условий Прибалтики и близлежащих районов. Режимы работы силосов в периоды естественного газообмена для других районов страны требуют дополнительных исследований по подобной методике.
Представляет интерес рассмотрение работы силосов и генераторов за все три сезона хранения. Это позволит оценить режимы работы генераторов и силосов в зависимости от времени года, различных содержаний (1, 2, 3, 4, 5, 7 %) кислорода, а также влияние этих концентраций на режим работы генераторов.
Динамика подекадных концентраций кислорода и углекислого газа, удельные расходы РГС и скорости повышения концентрации кислорода представлены графически на рисунках 15… 18, а среднесезонные, упомянутые выше, и некоторые другие.
Анализ среднедекадных концентраций кислорода показывает, что в промышленных условиях при наличии одного генератора ГНС1 в первый сезон, а в последующие — трех удалось поддержать в допустимых пределах (±0,5 %) заданные концентрации кислорода как в металлических, так и в железобетонных силосах. Вопрос состоял только в числе генераторовключений и в удельных расходах РГС, которые диктовались заданным режимом по концентрации кислорода и скоростями ее повышения.
Скорости увеличения концентраций кислорода при хранении были неодинаковы. В этом отношении характерна динамика скоростей концентраций в достаточно герметичном металлическом силосе № 2 с июля 1970 г. по июнь 1971 г. В летние месяцы скорости концентраций кислорода значительно выше, чем в зимние. В июле, августе и сентябре скорость составляла соответственно 0,30; 0,20 и 0,16 %/сутки, в остальные месяцы сезона колебалась в пределах 0,02…0,05 %/сутки. Среднесезонная скорость роста кислорода составила 0,075 %/сутки. Это вполне объяснимо, если учесть, что в июле, августе и сентябре значительно больше солнечных дней, чем в зимний период. Кроме того, разность дневной (солнечной) и ночной температур наружного воздуха в летний период в два раза больше, чем в зимний.
Так как начало и конец хранения в разные сезоны различны, а время года влияет на режим работы силосов, то здесь и в дальнейшем сопоставление ведется по средним данным с сентября по март.
Аналогично увеличилась скорость концентрации кислорода в металлическом силосе № 2 и в сезон 1971 — 1972 гг., хотя это было менее выражено, так как хранение начали только в конце августа. Среднесезонная скорость концентрации кислорода составила +0,1 %/ сутки. В соответствии с этим работали и генераторы: в июле—августе удельный расход РГС составлял 0,20… 0,55 м3/(т-сутки), в декабре—марте 0,05…0,10 м3/(т-сутки). Однако были декады, когда РГС совсем не подавали, а концентрация кислорода поддерживалась в допустимых пределах. Можно считать, что периодическое прекращение подачи РГС — характерная черта достаточно герметичных силосов.
При оценке степени герметичности силосов по средним скоростям концентрации кислорода за период с сентября по март сезона 1971—1972 гг. установили, что герметичность металлического силоса № 1 в 4,9 раза, а железобетонного № 7 в 18 раз ниже, чем металлического силоса № 2. Это привело к тому, что в металлическом силосе № 1 средняя скорость концентрации кислорода составила 0,49ч %/сутки, а в железобетонном № 7—1,8 %/сутки. В целом и удельные расходы РГС значительно больше: в металлическом силосе № 1 — 0,611 м3/(т-сутки) и в железобетонном № 7 — 0,370 м3/(т-сутки). Однако они не пропорциональны степени герметичности. Так, в металлическом силосе № 1 удельный расход среды в 11 раз выше, чем в металлическом силосе № 2 (соответственно 0,611 м3/(т-сутки) и 0,56 м3/ (т-сутки), в то время как скорости концентрации кислорода только в 4,9 раза выше в металлическом силосе № 1. Объяснить это можно различием средних концентраций кислорода (в металлическом силосе № 1 — 2 % , а в силосе № 2 — 2,4 %).
Если бы в металлическом силосе № 2 потребовалось поддержать не 2,4 % кислорода, а 2,0 %, то удельную подачу пришлось бы удвоить [0,056X 2 = 0,112 м3/ (т-сутки)], тогда удельные подачи стали бы пропорциональны степени герметичности этих силосов, т. е. в металлический силос № 1 подано было бы приблизительно в пять раз больше РГС.
Более высокой средней концентрацией кислорода в железобетонном силосе № 7 (5,5 %) объясняется меньшая удельная подача РГС [0,370 м3/(т*сутки)] по сравнению с металлическим силосом № 1 [0,611 м3/(т*сутки)], так как с увеличением поддерживаемой в силосе концентрации кислорода уменьшается удельная подача РГС. Из сказанного следует, что наряду со степенью герметичности силосов поддерживаемая величина концентрации кислорода существенно влияет на удельный расход РГС.
Проведенные работы по повышению герметичности металлических силосов № 1 и 2 в начале сезона 1972 г. значительно отразились на режимах работы силосов в период естественного газообмена. Скорости увеличения концентрации кислорода в металлическом силосе № 1 составили за сезон 0,038 %/сутки, что в 15 раз меньше, чем в сезон 1971—1972 гг., в металлическом силосе № 2 — 0,05 %/сутки. В результате потребовался значительно меньший средний удельный расход РГС: в металлическом силосе № 1 — 0,028 м3/(т-сутки), в металлическом силосе № 2 — 0,081 м3/(т-сутки).
Рассматривая график, видим, что из 26 декад, в течение которых хранили травяную муку в металлическом силосе № 1, генераторы работали только в течение четырех декад. Следовательно, от степени герметичности силосов зависят удельные подачи РГС.
Накопленный опыт хранения в РГС гранулированной травяной муки показывает, что после окончания строительства металлических силосов совершенно необходима тщательная проверка их герметичности, поиск мест утечки и их устранение. Учитывая, что необходимая степень герметичности металлического силоса № 2 в сезон 1970—1971 гг. была получена после строительства без дополнительных работ, а также и то, что в металлических силосах № 1 и 2 удалось значительно повысить ее в сезон 1972—1973 гг., можно рекомендовать при широком промышленном внедрении время падения давления с 250 до 100 Па за 20 мин, как целесообразное и вполне достижимое в практических условиях. Возможные скорости увеличения концентрации кислорода, при указанных параметрах предварительной проверки герметичности, для Прибалтики и близлежащих районов должны составлять 0,03…0,1 %/сутки, а удельные расходы РГС 0,05…0,15 м3/(т*сутки).