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摘 要:本項目建立了完全符合国际标准要求的电热管加热处理装置;强调地面的加厚铺设,防止加热过程中的热量流失,缩短了升温时间,提高了保温效果。设计的电热管加热处理除害效果的测定方法和测定指标,符合国际标准规定的除害处理效果。除害处理时间比现行规定的缩短,达到节约成本的效果。
关键词:木质包装 电热管加热装置 技术参数
中图分类号:TK227 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2012)04(a)-0002-03
目前,深圳市使用的高温常压型热处理装置是利用加工木质包装剩余的边角料作为燃料,燃烧时产生大量的废气和粉尘,对环境造成一定的污染,受到深圳市政府、环保部门等有关领导的高度关注。2011年深圳市领导作出重要批示,责令深圳市的所有木质包装热处理企业限期进行技术改造,由原来的燃烧木材边角料改为电力供热。为此,深圳出入境检验检疫局开展了本项目的研究工作。
1 试验材料
1.1 试验样木
供试样木材料共有5个,分别来自深圳市、惠州市、广西的马尾松(Pinus massoniana)及土耳其的松木(Pinus L.),其中来自深圳市的2个样木携带有松材线虫(Bursaphelenchus xylophilus)和松墨天牛幼虫(Monochamus alternatus),来自惠州市的1个样木携带松材线虫,来自广西和土耳其的2个样木携带有拟松材线虫(Bursaphelenchus mucronatus)。深圳市常见的出口木质包装材料厚度都在12cm以下。试验时,将样木加工成三种规格的立方形木块,埋植感温探头的样木加工成长方形木块。试验样木的来源地、携带有害生物情况、规格等情况(表1)。
1.2 试验除害处理对象
1.2.1 线虫虫样
线虫虫样为松材线虫和拟松材线虫。松材线虫从深圳市和惠州市砍伐的3个样品中采集,拟松材线虫从广西购买的马尾松和土耳其进境木包装样品中采集。
1.2.2 昆虫虫样
昆虫虫样为松墨天牛幼虫,从深圳市砍伐的马尾松上采集,每个试验样品中有1-3条。
1.3 检测仪器及工具
1.3.1检测设备及工具
生物体视显微镜Leica S8SPO、生物显微镜Leica Dmlb2、培养箱MMM CLIMACELL、电锯、斧头等。
1.3.2 测水分仪
国产手执式木材湿度计(测水分范围6%-60%,误差±1%),DELMHORST(特尔姆荷斯脱)牌型号BD-2100(测水分范围6%-40%)。
1.3.3 热电偶
为国产的型镍铬-铜镍裸露式热电偶,适用于测量0-400℃温度范范围,带有软性延长导线,可以自由弯曲,外型尺寸较小,具有热响应时间短、结构简单、价廉、使用方便等特点。
1.4 热处理库
热处理库是经深圳出入境检验检疫局植检处指定考核合格的两家出口木质包装热处理企业,分别是深圳市仁晖木器制品有限公司和深圳市晟源木制品公司,仁晖有1、2、3号共三个热处理库,选择其中的3号库为试验处理库,该库的有效容积为120m3(长6m,宽5m,高4m);晟源有A、B二个热处理库,选择其中的B库为试验处理库,该库的有效容积为100m3(长5m,宽5m,高4m)。
1.4.1 热处理库构造
热处理库是按照SN/T 2371-2009《木质包装热处理操作规程》要求建造,采用双层砖墙或钢筋水泥墙、钢筋水泥顶部、水泥混凝土地板,双层砖墙中间加隔热材料的结构,库内墙面加1至1.5cm的硬质水泥浆批挡光滑。有较好的密闭保温保湿设施,库内安装温、湿度监测设施、气体循环和排气装置。
1.4.2 热处理库的主要设备
热处理库的主要设备有自动排湿装置1台,蒸汽发生器4台,电热管4组,风机2台,智能控制电柜1台,监控电脑1台。各系统的主要构成为:保温系统由保温棉、镀锌板组成;升温系统由电热管、耐高温高湿风机组成;加湿系统由蒸汽发生器、电磁阀、水位控制组成;排湿系统由电动碟阀、风机组成。
热处理库的主要功能:提供干热/湿热混合气体供热处理和烘干使用,技术参数要求2至3h内可以使干球温度达到70℃以上,干湿球温度差在5℃以下,相对湿度82%以上。
1.4.3 电热管安装
每个库有4排电热管,安装在库内一侧墙的中间位置,用镀锌板做成的箱体作保护,上端用镀锌板焊接成的管道延伸天花板靠中间位置,留开口,开口处安装循环风机;下端用镀锌板焊接成的管道延伸至墙的两侧,底端与地面接触,管道每隔30cm呈三角形开一个直径9cm的圆孔,作为热能从电热管向库内排放的出口。
1.4.4 循环系统
热处理库采用外置抽风风机和内置室内环流搅拌风机相结合的方式。外置循环交换风机安装在热处理库的天花板上,与外界相通。主要用于调节库内温度和湿度。内置室内环流搅拌风机安装在库内的顶端,风机产生的循环风通过管道流经电热管,把电热管产生的热能吹向下端管道,再从墙脚的管道开孔处流出散布至库内,不断循环达到库内的热能平衡。
1.4.5温、湿度监测系统
热处理库内按要求在不同位置安装了4个感温探头,0号探头为湿球探头,1-3号感温探头为干球探头(分别简称为干1、干2和干3),按要求干1和0号湿球探头放置在库门侧离地面0.15m处,干2放置在库中间离地面1.5m处,干3放置在库里边离地面3m高处。感温探头与温度巡检仪相连,温度巡检仪将感应器检测到的信号传输到电脑,电脑将接受到的数据进行保存,随时可以监测、查询和打印热处理库内的温度、湿度记录和数据。
2 试验方法
2.1 线虫的分离和计数
按照SN/T 1724-2006《进境针叶树木、木制品和木质包装材料中松材线虫的检疫操作规程》中的方法分离。线虫的计数采用培养皿定量计数法:称重20g的样木进行线虫分离,用直径10cm有计数格的培养皿进行计数,先对每小格(1cm2)的线虫量进行计数折算。
2.2 昆虫的除害处理方法
按照《国际植物检疫措施标准》(ISPM15号)中“国际贸易中木质包装材料管理准则”的有关规定,热处理时木芯最低温度达到56℃,30分钟以上,可以杀灭与木质包装材料有关的包括窃蠹科、长蠹科、吉丁科、天牛科等多种(属)有害生物。
2.3 实验室鉴定方法
按照SN/T 1132-2002《松材线虫检疫鉴定方法》和SN/T 2017-2007《拟松材线虫检疫鉴定方法》鉴定。
2.4 木材中心温度测定方法
按照SN/T2371-2009《木质包装热处理操作规程》规定的方法进行:将埋植感温探头的样木一端横截面的中间,用钻头钻一个孔径为1cm,深度为10cm的小孔,埋植一个4cm长的,孔径为0.6cm的热电偶,其端头应与孔底紧贴,并用同一树种的细木粉填塞压紧,确保热电偶埋植牢固,接触良好,再用硅橡胶封牢,将热电偶的引线与库外的测量仪连接,通过测量仪表显示木材中心温度。
2.5 电热管加热处理方法的测定
把感温干球探头干1、干2和干3分别按要求埋入测试样木中,按设定摆放在库内的不同位置,当最后一个感温干球探头升至56℃时测定库内温度,再持续加热30分钟,即为全程有效最短热处理时间。达到处理时间后立即开启库门取出试验样木,分1天、7天和21天三次检测处理效果,每次检测剩余的样木放置在培养箱中25℃保存培养。
2.6 电热管加热处理库内温度70℃时的测定
把感温干球探头干1、干2和干3分别按要求埋入测试样木中,按设定摆放在库内的不同位置,当库内温度升到70℃时,测定各感温探头的温度和升温时间。
2.7 电热管加热处理库内温度升至70℃持续5h的处理效果的测定
把感温干球探头干1、干2和干3裸露在木卡板上测定库温,直接摆放在库内不同位置。当最后一个感温干球探头温度升至70℃时,持续加热5小时,停止加热后立即开启库门取出试验样品,分1天、7天和21天三次检测样品的处理效果,每次检测剩余的样品放置在培养箱中25℃保存培养。
3 结果与分析
3.1 电热管加热处理方法的测定
在晟源(B库)和仁晖(3号库)二个热处理库共重复进行的六次热处理试验结果可以得出:尽管堆放的卡板数量不同,升温时间差别很大,但当库内最后一个感温干球达到56℃时,此时库内温度均在70℃左右,维持30分钟,即为最短的处理时间,此时除害处理效果已达到国际标准要求。
处理结果表明(表2):在晟源和仁晖2个热处理库的6次试验中,有3次试验共9个感温干球探头位置的样木中未检出活体线虫,证明处理有效;但在另外3次试验中(晟源2次,仁晖1次),分别在其中1个感温干球探头位置的样木中检出活体线虫,说明处理失效。处理失效的原因可能有:感温探头的缝隙太大或者硅胶密封不严等原因造成的。因此,为保证热处理效果,要延长处理时间。
3.2 电热管加热处理库内温度70℃时的测定
试验结果表明(表3):晟源公司(B库)的最后一个木心感温探头(干2)达到55.9℃时,干1为70.4℃,干3为67.0℃,三个木心感温探头均达到56℃,全程处理升温时间为3:08小时,而仁晖公司的二次试验升温到达70℃的时间约5小时。结果表明,晟源公司(B库)在2.5小时库温升至70℃,升温效果较好,仁晖公司(3号库)则升温效果较差。试验表明,木材中心温度达到56℃时,库温一般约为70℃,可按库温70℃计算处理时间。
库温升至70℃时间的4次测试结果表明(表4):晟源公司(B库)在加热3小时后,库内3个感温探头(T1、T2和T3)位置的温度超过或接近70℃,最大温差在4-5℃;仁晖公司(3号库)加热3小时后,其中一次试验的T2达到了72.8℃,其他位置的都在60℃左右,其原因是两库地面厚薄不同造成的,晟源公司的B库地面达到了SN/T 2371-2009《木质包装热处理操作规程》要求,而仁晖公司的3号库的地面太薄,造成保温效果较差,散热较快,最大温差达12.3℃,没有达到标准要求。
3.3 电热管加热处理库内温度升至70℃持续5h的處理效果的测定
感温干球探头位置按常规监管要求摆放,进行了6次的热处理试验,当库内温度升至70℃后持续热处理5h,可以杀死样木中的线虫和天牛幼虫,达到规定的处理效果(表5)。
4 结论
(1)将现有的木质包装边角料作为燃料的高温常压型热处理装置改造成电热管加热处理装置,经检测除害效果符合国际标准。
(2)针对电热管加热处理装置所涉及的技术指标和本试验结果,建议深圳出入境检验检疫局主管部门采取如下热处理合格判定指标:当热处理库中各测定温度不低于70℃,相对湿度不低于82%,持续时间不少于5小时,断电后再持续保温2小时就可认定为热处理合格。
(3)热处理库升温3小时内应该达到库温70℃,达不到的库建议进行地面翻新改造。
本研究成果建立了符合热处理国际标准要求的电热管加热处理装置;强调地面保温层的加厚铺设,防止加热过程中的热量流失,缩短了升温时间,提高了保温效果;推荐使用的热处理指标后,每个热处理库处理的时间比现行的指标缩短2小时,每电热管热处理库每年可为企业节电约600小时,可节省生产成本约5万元,节省专门添柴烧炉的工人一名,按8小时100元人工计算,节省人工成本3万元,两项合计每个热处理库可节省成本8万元。深圳市有38家热处理企业约100个热处理库,每年可节省生产成本约800万元。本研究成果具有广泛的推广应用前景,经济效益、社会效益、生态效益显著。
关键词:木质包装 电热管加热装置 技术参数
中图分类号:TK227 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2012)04(a)-0002-03
目前,深圳市使用的高温常压型热处理装置是利用加工木质包装剩余的边角料作为燃料,燃烧时产生大量的废气和粉尘,对环境造成一定的污染,受到深圳市政府、环保部门等有关领导的高度关注。2011年深圳市领导作出重要批示,责令深圳市的所有木质包装热处理企业限期进行技术改造,由原来的燃烧木材边角料改为电力供热。为此,深圳出入境检验检疫局开展了本项目的研究工作。
1 试验材料
1.1 试验样木
供试样木材料共有5个,分别来自深圳市、惠州市、广西的马尾松(Pinus massoniana)及土耳其的松木(Pinus L.),其中来自深圳市的2个样木携带有松材线虫(Bursaphelenchus xylophilus)和松墨天牛幼虫(Monochamus alternatus),来自惠州市的1个样木携带松材线虫,来自广西和土耳其的2个样木携带有拟松材线虫(Bursaphelenchus mucronatus)。深圳市常见的出口木质包装材料厚度都在12cm以下。试验时,将样木加工成三种规格的立方形木块,埋植感温探头的样木加工成长方形木块。试验样木的来源地、携带有害生物情况、规格等情况(表1)。
1.2 试验除害处理对象
1.2.1 线虫虫样
线虫虫样为松材线虫和拟松材线虫。松材线虫从深圳市和惠州市砍伐的3个样品中采集,拟松材线虫从广西购买的马尾松和土耳其进境木包装样品中采集。
1.2.2 昆虫虫样
昆虫虫样为松墨天牛幼虫,从深圳市砍伐的马尾松上采集,每个试验样品中有1-3条。
1.3 检测仪器及工具
1.3.1检测设备及工具
生物体视显微镜Leica S8SPO、生物显微镜Leica Dmlb2、培养箱MMM CLIMACELL、电锯、斧头等。
1.3.2 测水分仪
国产手执式木材湿度计(测水分范围6%-60%,误差±1%),DELMHORST(特尔姆荷斯脱)牌型号BD-2100(测水分范围6%-40%)。
1.3.3 热电偶
为国产的型镍铬-铜镍裸露式热电偶,适用于测量0-400℃温度范范围,带有软性延长导线,可以自由弯曲,外型尺寸较小,具有热响应时间短、结构简单、价廉、使用方便等特点。
1.4 热处理库
热处理库是经深圳出入境检验检疫局植检处指定考核合格的两家出口木质包装热处理企业,分别是深圳市仁晖木器制品有限公司和深圳市晟源木制品公司,仁晖有1、2、3号共三个热处理库,选择其中的3号库为试验处理库,该库的有效容积为120m3(长6m,宽5m,高4m);晟源有A、B二个热处理库,选择其中的B库为试验处理库,该库的有效容积为100m3(长5m,宽5m,高4m)。
1.4.1 热处理库构造
热处理库是按照SN/T 2371-2009《木质包装热处理操作规程》要求建造,采用双层砖墙或钢筋水泥墙、钢筋水泥顶部、水泥混凝土地板,双层砖墙中间加隔热材料的结构,库内墙面加1至1.5cm的硬质水泥浆批挡光滑。有较好的密闭保温保湿设施,库内安装温、湿度监测设施、气体循环和排气装置。
1.4.2 热处理库的主要设备
热处理库的主要设备有自动排湿装置1台,蒸汽发生器4台,电热管4组,风机2台,智能控制电柜1台,监控电脑1台。各系统的主要构成为:保温系统由保温棉、镀锌板组成;升温系统由电热管、耐高温高湿风机组成;加湿系统由蒸汽发生器、电磁阀、水位控制组成;排湿系统由电动碟阀、风机组成。
热处理库的主要功能:提供干热/湿热混合气体供热处理和烘干使用,技术参数要求2至3h内可以使干球温度达到70℃以上,干湿球温度差在5℃以下,相对湿度82%以上。
1.4.3 电热管安装
每个库有4排电热管,安装在库内一侧墙的中间位置,用镀锌板做成的箱体作保护,上端用镀锌板焊接成的管道延伸天花板靠中间位置,留开口,开口处安装循环风机;下端用镀锌板焊接成的管道延伸至墙的两侧,底端与地面接触,管道每隔30cm呈三角形开一个直径9cm的圆孔,作为热能从电热管向库内排放的出口。
1.4.4 循环系统
热处理库采用外置抽风风机和内置室内环流搅拌风机相结合的方式。外置循环交换风机安装在热处理库的天花板上,与外界相通。主要用于调节库内温度和湿度。内置室内环流搅拌风机安装在库内的顶端,风机产生的循环风通过管道流经电热管,把电热管产生的热能吹向下端管道,再从墙脚的管道开孔处流出散布至库内,不断循环达到库内的热能平衡。
1.4.5温、湿度监测系统
热处理库内按要求在不同位置安装了4个感温探头,0号探头为湿球探头,1-3号感温探头为干球探头(分别简称为干1、干2和干3),按要求干1和0号湿球探头放置在库门侧离地面0.15m处,干2放置在库中间离地面1.5m处,干3放置在库里边离地面3m高处。感温探头与温度巡检仪相连,温度巡检仪将感应器检测到的信号传输到电脑,电脑将接受到的数据进行保存,随时可以监测、查询和打印热处理库内的温度、湿度记录和数据。
2 试验方法
2.1 线虫的分离和计数
按照SN/T 1724-2006《进境针叶树木、木制品和木质包装材料中松材线虫的检疫操作规程》中的方法分离。线虫的计数采用培养皿定量计数法:称重20g的样木进行线虫分离,用直径10cm有计数格的培养皿进行计数,先对每小格(1cm2)的线虫量进行计数折算。
2.2 昆虫的除害处理方法
按照《国际植物检疫措施标准》(ISPM15号)中“国际贸易中木质包装材料管理准则”的有关规定,热处理时木芯最低温度达到56℃,30分钟以上,可以杀灭与木质包装材料有关的包括窃蠹科、长蠹科、吉丁科、天牛科等多种(属)有害生物。
2.3 实验室鉴定方法
按照SN/T 1132-2002《松材线虫检疫鉴定方法》和SN/T 2017-2007《拟松材线虫检疫鉴定方法》鉴定。
2.4 木材中心温度测定方法
按照SN/T2371-2009《木质包装热处理操作规程》规定的方法进行:将埋植感温探头的样木一端横截面的中间,用钻头钻一个孔径为1cm,深度为10cm的小孔,埋植一个4cm长的,孔径为0.6cm的热电偶,其端头应与孔底紧贴,并用同一树种的细木粉填塞压紧,确保热电偶埋植牢固,接触良好,再用硅橡胶封牢,将热电偶的引线与库外的测量仪连接,通过测量仪表显示木材中心温度。
2.5 电热管加热处理方法的测定
把感温干球探头干1、干2和干3分别按要求埋入测试样木中,按设定摆放在库内的不同位置,当最后一个感温干球探头升至56℃时测定库内温度,再持续加热30分钟,即为全程有效最短热处理时间。达到处理时间后立即开启库门取出试验样木,分1天、7天和21天三次检测处理效果,每次检测剩余的样木放置在培养箱中25℃保存培养。
2.6 电热管加热处理库内温度70℃时的测定
把感温干球探头干1、干2和干3分别按要求埋入测试样木中,按设定摆放在库内的不同位置,当库内温度升到70℃时,测定各感温探头的温度和升温时间。
2.7 电热管加热处理库内温度升至70℃持续5h的处理效果的测定
把感温干球探头干1、干2和干3裸露在木卡板上测定库温,直接摆放在库内不同位置。当最后一个感温干球探头温度升至70℃时,持续加热5小时,停止加热后立即开启库门取出试验样品,分1天、7天和21天三次检测样品的处理效果,每次检测剩余的样品放置在培养箱中25℃保存培养。
3 结果与分析
3.1 电热管加热处理方法的测定
在晟源(B库)和仁晖(3号库)二个热处理库共重复进行的六次热处理试验结果可以得出:尽管堆放的卡板数量不同,升温时间差别很大,但当库内最后一个感温干球达到56℃时,此时库内温度均在70℃左右,维持30分钟,即为最短的处理时间,此时除害处理效果已达到国际标准要求。
处理结果表明(表2):在晟源和仁晖2个热处理库的6次试验中,有3次试验共9个感温干球探头位置的样木中未检出活体线虫,证明处理有效;但在另外3次试验中(晟源2次,仁晖1次),分别在其中1个感温干球探头位置的样木中检出活体线虫,说明处理失效。处理失效的原因可能有:感温探头的缝隙太大或者硅胶密封不严等原因造成的。因此,为保证热处理效果,要延长处理时间。
3.2 电热管加热处理库内温度70℃时的测定
试验结果表明(表3):晟源公司(B库)的最后一个木心感温探头(干2)达到55.9℃时,干1为70.4℃,干3为67.0℃,三个木心感温探头均达到56℃,全程处理升温时间为3:08小时,而仁晖公司的二次试验升温到达70℃的时间约5小时。结果表明,晟源公司(B库)在2.5小时库温升至70℃,升温效果较好,仁晖公司(3号库)则升温效果较差。试验表明,木材中心温度达到56℃时,库温一般约为70℃,可按库温70℃计算处理时间。
库温升至70℃时间的4次测试结果表明(表4):晟源公司(B库)在加热3小时后,库内3个感温探头(T1、T2和T3)位置的温度超过或接近70℃,最大温差在4-5℃;仁晖公司(3号库)加热3小时后,其中一次试验的T2达到了72.8℃,其他位置的都在60℃左右,其原因是两库地面厚薄不同造成的,晟源公司的B库地面达到了SN/T 2371-2009《木质包装热处理操作规程》要求,而仁晖公司的3号库的地面太薄,造成保温效果较差,散热较快,最大温差达12.3℃,没有达到标准要求。
3.3 电热管加热处理库内温度升至70℃持续5h的處理效果的测定
感温干球探头位置按常规监管要求摆放,进行了6次的热处理试验,当库内温度升至70℃后持续热处理5h,可以杀死样木中的线虫和天牛幼虫,达到规定的处理效果(表5)。
4 结论
(1)将现有的木质包装边角料作为燃料的高温常压型热处理装置改造成电热管加热处理装置,经检测除害效果符合国际标准。
(2)针对电热管加热处理装置所涉及的技术指标和本试验结果,建议深圳出入境检验检疫局主管部门采取如下热处理合格判定指标:当热处理库中各测定温度不低于70℃,相对湿度不低于82%,持续时间不少于5小时,断电后再持续保温2小时就可认定为热处理合格。
(3)热处理库升温3小时内应该达到库温70℃,达不到的库建议进行地面翻新改造。
本研究成果建立了符合热处理国际标准要求的电热管加热处理装置;强调地面保温层的加厚铺设,防止加热过程中的热量流失,缩短了升温时间,提高了保温效果;推荐使用的热处理指标后,每个热处理库处理的时间比现行的指标缩短2小时,每电热管热处理库每年可为企业节电约600小时,可节省生产成本约5万元,节省专门添柴烧炉的工人一名,按8小时100元人工计算,节省人工成本3万元,两项合计每个热处理库可节省成本8万元。深圳市有38家热处理企业约100个热处理库,每年可节省生产成本约800万元。本研究成果具有广泛的推广应用前景,经济效益、社会效益、生态效益显著。