某企业生产车间通风系统设计.docx
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某企业生产车间通风系统设计
摘要
喷砂车间和焊接车间含有大量的有害粉尘、有害蒸气和其他气体,若是不加以控制会危害人体的健康,影响生产进程的正常运行。
通风除尘系统是对作业人员超级重要的劳动保护办法之一,对喷砂车间和焊接车间进行通风除尘系统设计,以保护人体健康,避免减少职业病发生有着重要意义。
本设计以喷砂车间和焊接车间为对象,对其进行通风除尘的研究。
关键字:
喷砂车间;焊接车间;通风除尘系统设计;劳动保护
ABSTRACT
Sandblastingworkshopandweldingworkshopcontainingharmfuldust,largequantitiesofsteamandothergases,ifnotcontrol,doharmtohumanhealth,affectingthenormaloperationoftheproductionprocess.Ventilationanddustremovalsystemisoneofthelaborprotectionmeasuresisveryimportantfortheworkers,thedesignofventilationanddustremovalsystemonblastingworkshopandweldingworkshop,inordertoprotecthumanhealth,preventhasimportantsignificancetoreduceoccupationdisease.Thedesignoftheblastingshopandweldingworkshopastheobjectofstudyofventilationanddustremoval.
Keywords:
Sandworkshops;Weldingworkshop;Ventilationsystemdesign;laborprotection
1前言
在工业生产进程中散发的各类有害物(粉尘、有害蒸汽和气体)和余热和余湿,若是不加控制,会是室内外空气环境受到污染和破坏,危害人类的健康、动植物的成长,影响生产进程的正常运行。
这次课程设计为工业通风中的除尘系统设计,主要要将喷砂车间和焊接车间产生的大量粉尘通过合理有效的除尘系统来净化空气,提高车间及其周围环境的空气质量。
通风工程一方面起着改善居住建筑和生产车间的空气条件,保护人民健康、提高劳动生产率的重要作用;另一方面在许多工业部门又是保证生产顺利进行,提高产品质量所不可缺少的一个组成部份。
通风工程的主要任务是,控制生产进程中产生的粉尘、有害气体、高温、高湿,创造良好的生产环境和保护大气环境。
为了合理的布置通风系统及肯定风管的尺寸,使系统的初的投资和运行费用综合最优,咱们必须对通风系统进行设计与优化。
整套通风除尘系统的设计,应该本着“投入最少,运行消耗最小,施工最简单、对职工影响最小”的原则,结合实际情形,以达到通风除尘系统的最优化设计与运行。
设计后对其通风系统的排风罩的计算,系统划分,风管布置,通风管道的水力计算将对抛光车间进行简单的计算,将系统的划分结合实际的情形尽可能的做到了最合理的优化,也加深同窗们对工业通风内容的理解。
2车间简介
喷砂车间
电镀是对基体金属的表面进行装饰、防护和取得某些新的性能的一种工艺方式,已被工业各个部门普遍利用,对于电镀本身来讲比较简单,但镀前的预备工作相当复杂,包括磨光、抛光、喷砂处置、除油、侵蚀等。
其中喷砂是用净化的紧缩空气将干砂流强烈地喷到金属制品表面上用以除掉表面上的毛刺、氧化皮及铸件表面的熔渣等杂质,一般在喷砂室内进行。
该喷砂车间有两个大型喷砂机,尺寸为2000*2000*2000mm,平面布局如附图所示,所用材料为金刚砂,金刚砂应回收,作业时工人应两手伸入喷砂室内,考虑到工作时含尘浓度高,应考虑喷砂室的密闭性。
焊接车间
该车间用三个焊接平台,平台尺寸1000*1000*600mm,该车间采用CO2气体保护焊,焊接进程中产生大量的金属氧化物、电焊烟尘、一氧化碳、氮氧化物等。
颗粒直径在μm之间,热源温度600℃。
图1车间平面图
3通风系统设计
肯定系统
当车间内不同地址有不同送风、排风要求,或车间面积较大,送、排风点较多时,为便于进行管理,常分设多个系统。
除个别情形外,一般是由一台风机与其联系在一路的管道设备组成一个系统。
系统划分的原则是:
1)空气处置要求相同、室内参数要求相同的,可划分一个系统。
2)生产流程、运行班次和运行时刻相同的,可划为一个系统。
3)除尘系统划分应符合下列要求:
(1)同一生产流程、同时工作的扬尘点相距不远时,宜合设一个系统;
(2)同时工作但粉尘种类不同的扬尘点,当工艺允许不同粉尘混合回收或粉尘无回收价值时,也可合设一个系统;
(3)温湿度不同的含尘气体,当混合后可能致使风管内结露时,应分设系统。
排风罩的肯定
1)喷砂车间
按照喷砂车间排风量的计算公式得:
L=VF=××=m3/s=1300m3/s
2)焊接车间
因为喷砂车间在工作时会产生大量的焊接烟尘和氧化物,热源温度比较高,因此适宜采用热源上部同意罩。
其排风量计算如下:
因为焊接平台的尺寸为1000×1000×600mm,则:
罩口断面尺寸为A×B=1000mm×1000mm,因此得B=1000mm
取H=900mm,则:
按照M=2B得,M=2000mm
在热源顶部热射流的横断面积:
,所以该罩为低悬罩。
热源的对流散热量为:
热射流收缩断面上的流量为:
考虑到其横向气流影响较小,所以罩口断面尺寸为:
取
,则排风罩排风量为:
风管布置截面及材料的选择
风管尽可能垂直或倾斜敷设,倾斜敷设时与水平夹角最好大于45°风管上应设置必要的调节和测量装置(如阀门、压力表、温度计和采样孔等)或预留安装测量装置的接口。
调节和测量装置设在便于操作和观察的地址。
风管的布置还要求顺直,避免复杂的局部管件。
弯头、三通、四通等管件要安排适当,与风管的连接要合理,以减少阻力和噪声。
除尘管道宜采用圆形钢制风管,其接头和接缝应周密,管道一般应明设,对有爆炸性危险的含尘气体,应在管道上安装防爆阀,且不该地下铺设。
3.3.1弯头
弯头是连接管道的常见构件,其阻力大小与弯管的曲率半径R(弯管中心线圆弧的半径,常常利用弯管直径d的倍数表示)和弯管制作进程中分的节数等因素有关。
R越大,阻力损失越小。
在设计中一般采用R=。
3.3.2三通
三通的作用是使气流分流或合流,二股气流在汇合时发生碰撞和气流速度改变时形成的涡流造成三通处气流的局部阻力。
二股气流在汇合进程中的能量损失一般是不同的。
三通局部阻力的大小取决于二个支管与总管的气流速度、气流的方向、支管与总管的夹角等。
由于风管走向彼此垂直,喷砂车间通风系统设计当选用了圆形三通(如下图图2所示)。
图2圆形三通示用意
3.3.3风管断面形状的选择
风管截面形状有圆形和矩形两种。
二者相较,在相同断面积时圆形风管的阻力小、材料省、强度也大;圆形风管直径较小时比较容易制造,保温亦方便。
虽然圆形风管管件的放养、制作较矩形风管困难,布置时不易与建筑、结构配合,明装时不易布置得美观,但风管选择埋地布置,不存在上述问题。
当风管中流速较高,风管直径较小时,通常采用圆形风管。
例如除尘系统和高速空调系统都用圆形风管。
所以,风管截面形状选择采用圆形风管。
为最大限度地利用板材,实现风管制作、安装机械化、工厂化,所用管道应符合《通风管道统一规格》。
3.3.4风管的材料的选择
风管材料应按照利用的要求和当场取材的原则选用。
用作风管的材料有薄钢板、硬聚氯乙烯塑料板、胶合板、纤维板,矿渣石膏板,砖及混凝土等。
薄钢板是最常常利用的材料,有普通薄钢板和镀锌薄钢板两种。
其长处是易于工业化加工制作、安装方便、能经受较高温度。
镀锌薄钢板具有必然的防腐性能,适用于空气湿度较高或室内潮湿的通风、空调系统,有净化要求的空调系统。
按照车间实际情形,风管材料要求耐寒耐高温,阻力较小。
因此,风管采用厚度为~的薄钢板材料制作。
除尘器系统设计
除尘器是将粉尘从含尘气流中分离出来的设备,按照其除尘机理的不同,通常将除尘设备分为四大类:
机械除尘器、过滤式除尘器、湿式除尘器、电除尘器。
选择除尘器时应全面考虑各类因素的影响,如处置风量、除尘效率、阻力、一次投资、保护管理,及除尘器的除尘效率、阻力、经济性、占地面积、劳动条件等。
还应特别考虑以下因素:
1)选用的除尘器必需知足排放标准规定的排空浓度。
2)粉尘的性质和粒径散布。
粉尘的性质对除尘器的性能具有较大的影响,不同的除尘器对不同粒径的粉尘除尘效率是不同的,所以选择除尘器时第一必需了解处置粉尘的粒径散布和各类除尘器的分级效率。
3)气体的含尘浓度。
气体的含尘浓度较高时,在电除尘器或袋式除尘器前应设置低阻力的初净化设备,去除粗大尘粒,有利于它们更好地发挥作用。
4)气体的温度和性质,对于高温和高湿的气体不宜采用袋式除尘器。
5)选择除尘器时,必需同时考虑除尘器除下粉尘的处置问题。
金刚砂粉尘的粒径较大,在没有重力沉降室时,为了达到除尘高效率和经济实惠的目的,喷砂车间通风系统设计当选用旋风除尘器。
焊接烟尘颗粒直径在μm之间,热源温度600℃,为达到较高的除尘效率,参考下表1各类除尘器的性能和费用,由于袋式除尘器的阻力较小,在粒径~1μm之间的除尘效率较高且耐高温;设计中焊接车间采用袋式除尘器较为适合。
为了对比选择,在表1给出了各类除尘器的综合性能:
表1各类常常利用除尘器的综合性能表
除尘器名称
适用的粒径范围(μm)
效率(%)
阻力(Pa)
设备费
运行费
重力沉降室
>50
<50
50~130
少
少
惯性除尘器
20~50
50~70
300~800
少
少
旋风除尘器
5~15
60~90
800~1500
少
中
水浴除尘器
1~10
80~95
600~1200
少
中下
卧式旋风水膜
除尘器
≥5
95~98
800~1200
中
中
冲激式除尘器
≥5
95
1000~1600
中
中上
电除尘器
~1
90~98
50~130
大
中上
袋式除尘器
~1
95~99
1000~1500
中上
大
文丘里除尘器
~1
90~98
4000~10000
少
大
4通风系统水力计算
喷砂车间通风系统水力计算
用假定流速法进行通风管道的水力计算如下:
1)绘制通风系统轴测图,对各管段编号,标注长度和风量。
(1)管段编号及长度标注如图7所示:
(2)各管段风量(L):
管段21:
L1=1300m3/h=m3/s
管段2:
L2=1300m3/h=m3/s
管段3:
L3=L1+L2=2600m3/h=m3/s
采用旋风除尘器不会致使漏风,故管段4及5的计算风量不会增加:
管段4:
L4=L3=2600m3/h=s
管段5:
L5=2600m3/h=m3/s
2)选择最不利环路,本系统选择1-3-除尘器-4-风机-5为最不利环路。
3)肯定合理的空气流速
输送含有较大颗粒的金刚砂的空气时,风管内最小风速查表2得:
垂直风管为15m/s、水平风管为19m/s。
表2除尘风管最小风速(m/s)
粉尘类型
粉尘名称
垂直风管
水平风管
纤维粉尘
干锯末、小刨屑、纺织尘
木屑、刨花
干燥粗刨花、大块干木屑
潮湿粗刨花、大块湿木屑
棉絮
麻
石棉粉尘
10
12
14
18
8
11
12
12
14
16
20
10
13
18
矿物粉尘
耐火材料粉尘
粘土
石灰石
水泥
湿土(含水2%以下)
重矿物粉尘
轻矿物粉尘
灰土、沙尘
干细型砂
金刚砂、刚玉粉
14
13
14
12
15
14
12
16
17
15
17
16
16
18
18
16
14
18
20
19
金属粉尘
钢铁粉尘
钢铁屑
铅尘
13
19
20
15
23
25
其他粉尘
轻质干粉尘(木工磨床粉尘、烟草灰)
煤尘
焦炭粉尘
谷物粉尘
8
11
14
10
10
13
18
12
4)摩擦阻力、动压和局部阻力计算
(1)摩擦阻力计算
按照各管段风量及最小风速由图6查得圆形管道直径和粉风管单位长度的摩擦力(比摩阻)。
管段1:
按照L1=1300m3/h(m3/s)、V1=19m/s查图5得管径D和比摩阻Rm,所选管道尽可能符合通风管道统一规格。
D1=150mmRm1=30Pa/m
摩擦阻力
=30×=174Pa
同理可查得管段二、3、4、5的管径和比摩阻,同时按上式计算摩擦阻力具体结果见表11
(2)动压计算
管段1:
动压
=
××192=Pa
同理可按上式计算管段二、3、4、5的动压具体结果见表11
(3)局部阻力计算
查有关表格,肯定各管段局部阻力系数。
管段1:
密闭罩(α=60°)1个ξ=1
90°圆形弯头(R=)2个查表得ξ=
圆形三通(1→3)如图3所示合流
表3圆形三通局部阻力系数
合流(R0/D1=2)
L3/L1
ξ1
0
0
+
查表3得,ξ=
图3圆形三通
管段2:
与管段1情形完全相同
管段3:
除尘器入口变径管(渐扩管)
除尘器入口尺寸132×368mm,变径管长度L=350mm,
α=°ξ=
管段4:
除尘器出口变径管(渐缩管)
除尘器入口尺寸132×368mm,变径管长度L=200mm,
α=°<45°ξ=
90°圆形弯头(R=)2个查表得ξ=2×=
0度L=400mm
α=°
由渐扩管的局部阻力系数查得ξ3=
管段5:
风机出口渐缩管
风机出口尺寸252×288mm,D5=250mm,变径管长度L=400mm,
α=°<45°ξ1=
带扩散管的伞形风帽(h/D0=)
得ξ2=
∴
计算各段的局部阻力。
局部阻力计算公式:
(Pa)
计算结果见表4:
表4喷砂车间管道水力计算表
管段编号
风量
(m3/h)(m3/s)
长度
L
(m)
管径
D
(㎜)
流速
v
m/s
动压
Pd
(Pa)
局部阻力系数
∑ξ
局部阻力Z
(Pa)
比摩阻
Rm
摩擦阻力
⊿Pm
管段阻力
(Pa)
备注
1
1300
6
150
19
296
30
180
476
3
2600
2
220
19
64
20
40
104
4
2600
6
250
15
135
186
13
78
264
5
2600
250
15
135
94
13
2
1300
6
150
19
296
30
180
476
5)管路阻力平衡
圆形三通汇合点A
由于管段1和管段2管路对称,风量相同,顾二者平衡,即为整个管路平衡
6)计算系统的总阻力
=476+104+264+=Pa
7)选择风机
风机风量
m3/h
风机风压
Pa
选用
型风机电机
m3/h
Pa
风机转速n=900r/min皮带转动
配用Y90L-4型电动机,电动机功率N=。
焊接车间通风系统设计水力计算
(1)绘制通风系统轴测图,对各管段编号,标注长度和风量
(2)选定最不利环路,本系统选择1-4-5-除尘器-6-风机-7为最不利环路
(3)肯定合理的空气流速
(4)摩擦阻力、动压和局部阻力计算
有害物距罩口的距离即为控制点至吸气口的距离x,即x=400mm;并取最小控制风速Vx=s。
因此x/b=400/500=,b/a=500/800=,查得Vx/V0=,罩口平均风速V0=Vx/==2m/s。
所以,实际排风量L1=FV0=××2=s。
同理L2=m3/s,L3=m3/s。
L4=L1+L2=s
L5=L3+L4=m3/s
考虑到风管及除尘器漏风,管段5及6的计算风量为:
L6=×L5=m3/s
管段6:
L6=L5×(1+5%)=s
管段7:
L7=L6=s
表5圆形三通局部阻力系数
合流(R0/D1=2)
L3/L1
ξ1
0
0
+
按照表5查得各段风管的最小风速。
输送大量的金属氧化物、电焊烟尘、一氧化碳、氮氧化物、臭氧,焊接烟尘颗粒直径在μm之间,热源温度600℃时,风管内最小风速为:
垂直风管为13m/s、水平风管为15m/s。
按照各管段风量及最小风速由下查得管径和单位长度的摩擦力(比摩阻)。
所选风管应尽可能符合讲义附录9的通风管道统一规格。
①摩擦阻力计算:
管段1:
按照L1=s,V1=15m/s查附录9得管径D和比摩阻Rm,所选管道尽可能符合通风管道统一规格。
D=235mmRm=12Pa/m
摩擦阻力
=15×6=90Pa
同理可查得管段二、3、4、五、6的管径和比摩阻,同时按上式计算摩擦阻力具体结果见表7
②动压计算:
管段1:
动压
=
××152=135Pa
同理可按上式计算管段二、3、4、五、6的动压具体结果见表9
查有关表格,肯定各管段局部阻力系数。
管段1:
热源上部同意式排风罩(α=60°)1个得ξ=
90°圆形弯头(R=)2个查表3得ξ=2×=
圆形三通(1→3)如图3所示合流
表6圆形三通局部阻力系数
合流(R0/D1=2)
L3/L1
ξ1
0
0
+
查表6得,ξ=
管段2:
与管段1情形相同,
管段3:
与管段1情形相同,
管段4:
90°圆形弯头(R=)1个查表3得ξ=
圆形三通(1→3)如图3所示合流
查表8得,ξ=
管段5:
除尘器入口变径管(渐扩管)
除尘器入口尺寸408×308mm,变径管长度L=300mm,
α=°
表7渐扩管的局部阻力系数
得出ξ=
90°圆形弯头(R=)2个得ξ=2×=
得出
管段6:
除尘器出口变径管(渐缩管)
除尘器出口尺寸408×308mm,变径管长度L=300mm,
α=°<45°
得出ξ=
90°圆形弯头(R=)2个得出ξ=2×=
风机出口渐扩管
暂先近似选出一台风机,风机入口直径D=540mm,而管段6的管径D6=450mm,变径管长度:
L=300
α=°
得出ξ=
管段7:
风机出口渐扩管
风机出口尺寸288×252mm,D7=450mm,变径管长度L=300mm,
,
α=15°
表8通风机出口变径管阻力系数
查表8得ξ1=
带扩散管的伞形风帽(h/D0=)
查得ξ2=
③计算各段的局部阻力。
局部阻力计算公式:
(Pa)
表9焊接车间管道水力计算表
管段编号
风量
(m3/s)
长度
L
(m)
管径
D
(㎜)
流速
v
m/s
动压
Pd
(Pa)
局部阻力系数
∑ξ
局部阻力Z
(Pa)
比摩阻
Rm
摩擦阻力
⊿Pm
管段阻力
(Pa)
备注
1
5
250
15
135
12
60
4
320
15
135
9
5
3
400
15
6
4
450
13
4
16
7
8
450
13
4
32
2
5
250
15
135
12
60
3
7
250
15
135
12
84
阻力不平衡
3
220
17
5)管路阻力平衡
(1)汇合点A
⊿P1=Pa⊿P2=Pa
阻力平衡
(2)汇合点B
⊿P3=Pa⊿P4+⊿P1=
>10%
此处阻力不平衡,为使管段3、4达到阻力平衡,改变管段3的管径,增大其阻力。
按照通风管道通风统一规格,取
=220mm。
其对应的阻力为
>10%
若是继续减小管径,D3=210mm,其对应的阻力为
,一样处于不平衡状态。
因此取D3=220mm,在运行时再辅以阀门调节,消除不平衡。
6)计算系统的总阻力
=+++++1500
=
5设计总结
课程设计是安全工程专业教学计划中的重要组成部份,对培育学生动脑、动手和将理论运用到实际当中的能力具有重要意义。
通过本次课程设计咱们熟悉到工业通风与除尘及相关学科在解决工业卫生方面实际问题的重要性,达到了对工业通风这们课程知识的深化目的,把课程内容贯穿,使它加倍系统化,辑化。
也感受到身上的重任。
由于对学科熟悉不是很深刻,专业学习中相关知识掌握不够,在设计进程中碰到很多困难,在老师的帮忙下解决了大部份问题,在解决问题的进程中,自己利用资料进行制图、计算的综合能力也取得了明显提高。
参考文献
[1]孙一坚.工业通风[M].中国建筑工业出版社(第三版),1994
[2]孙一坚.简明通风设计手册[M].中国建筑工业出版社,2006
[3]中国有色工程设计研究总院.采暖通风与空气调节设计规范(GB50019-2003)[S].中国计划出版社,2004
[4]中华人民共和国建设部.暖通空调制图标准(GB50114-2001)[S].中国计划出版社,2002
[5]中华人民共和国建设部.通风与空调工程施工质量验收规范(GB50243-2002)[S].中国计划出版社,2002
附录
附录1某企业生产车间通风系统平面图、剖面图
附录2某企业生产车间通风系统轴测图
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