Система вентиляции гальванического цеха предприятия ОАО "Коммунар"

Размещено на /

Содержание

Введение

Глава 1. Методы расчёта

1.1 Теоретические основы расчёта вредных выделений

1.2 Вентиляционная система

Глава 2. Расчёт вентиляционной системы гальванического цеха

2.1 Расчёт системы вентиляции гальванического цеха

2.2 Подбор вентилятора и электродвигателя

Вывод

Список использованной литературы

Введение

Защита атмосферного воздуха и формирование микроклиматических характеристик в пределах рекомендованных показателей ПДК является одной из важнейших задач при проектировании и реконструкции систем безопасности промышленных объектов.

Подавляющее большинство промышленных предприятий в настоящее время работают в режиме усиленного производства во многом зависящем от сезонности работ и требований заказчика. Минувшие экономические реформы поставили подавляющее большинство предприятий в условия выживания и требовали максимального режима экономии в том числе на среда защитном и очистном оборудовании. В некоторых случаях очевидна картина физического износа материальной части очистного оборудования, в другом использование кустарных самодельных конструкции, крайне слабо соответствующие современным требованиям предъявляемых к качеству газовоздушной смеси. При этом происходит расширение производства вопреки рекомендуемым ГОСТами нормативами. Настоящая ситуации характерна и для рассматриваемого нами производственного объекта – ОАО «Коммунар». В настоящее время гальванический цех был увеличен, что привело к необходимости реконструкции вентиляционной системы данного промышленного предприятия.

Инженерные системы, удаляющие от технологического оборудования отходы производства в виде газов и пылевоздушных смесей, подающие их к газоочистным и пылеулавливающим устройствам и осуществляющие их очистку (обезвреживание), являются газоочистными и пылеулавливающими сооружениями в составе промышленных предприятий.

Проектирование и эксплуатация пылеулавливающих сооружений или аспирационных систем в деревообрабатывающих производствах сводится к решению задач эффективного и надежного обеспыливания воздуха в рабочей зоне производственных помещений и охраны атмосферного воздуха от загрязнения пылевыми выбросами с минимальными капитальными и эксплуатационными затратами.

Актуальность работы.

Подавляющее большинство гальванических цехов, как основного, так и вспомогательного назначения сегодня испытывают недостачу в системах очистки атмосферного воздуха рабочей зоны, а также выбрасываемой газовоздушной смеси, во многих случаях используется оборудование не предназначенное для использования в деревообработке или самостоятельно собранная система, что создает риск аварийной ситуации, снижает эффективность очистки и способствует износу рабочих машин.

При всей комплексности решения представленных проблем, очевидным остается, то что в настоящее время единственно возможным выходом из сложившейся ситуации является совершенствование системы очистки отработанной газовоздушной смеси. Возникает необходимость в создании недорогой, не сложной конструкции вентиляционной системы. Основными требованиями к которой являются: надежность, универсальность (использование стандартных узлов и элементов конструкции), простота.

Исходя из выше изложенного, мы определили цель и задачи настоящей работы.

Цель – спроектировать и рассчитать основные конструкционные узлы системы вентиляции гальванического цеха предприятия ОАО «Коммунар».

Задачи:

- подобрать и рассчитать воздухоочистное оборудование;

- в соответствии с полученными данными подобрать вентилятор и электродвигатель.

Глава 1. Методы расчёта

1.1 Теоретические основы расчета вредных выделений

воздухообмен вентиляционный узел электродвигатель

В производственных помещениях воздух загрязняется различными посторонними примесями: вредными веществами, пылью, избыточным теплом. Эти выделения создают неблагоприятные условия для работающих и могут стать причиной заболевания.

Одним из способов поддержания в помещениях чистого воздуха, отвечающего санитарно-гигиеническим требованиям, являются общеобменная вентиляция.

Необходимый воздухообмен в помещении определяется по следующим факторам: числу людей в помещении, выделению вредных веществ, избыточному теплу. Для получения достоверных данных при определении необходимого воздухообмена нужно учитывать все эти параметры и за расчетную величину принимать наибольшее значение, по которому подбирается вентиляционная установка [5].

Необходимый воздухообмен в помещении в зависимости от числа находящихся в нем людей L, м3/ч, определяется по формуле

L = n · Lґ

где L – необходимый воздухообмен в помещении м3/ч;

п – число людей в помещении;

V – расход воздуха на 1 человека в зависимости от объема (V) помещения, м3/ч.

При V – менее 20 м3 на одного человека L′ принимается равным 30 м3/ч. При V более 20 м3 не менее 20 м3/ч, а при отсутствии естественной вентиляции V принимается равным 60 м3/ч. Необходимый воздухообмен по выделению вредных веществ L, м3/ч, определяется по формуле

где G – количество вредных веществ, выделяемых в помещении, мг/ч;

qв,-qпр концентрация вредных веществ в вытяжном и приточном воздухе соответственно, мг/м3.

Концентрация вредных веществ в приточном воздухе должна быть минимальной и не должна превышать 30% от предельно допустимой концентрации (ПДК) в воздухе рабочей зоны. Если в помещении одновременно выделяется несколько вредных веществ однонаправленного действия, их концентрация q, мг/м3 определяется из выражения [14]

Величину G можно определить по эмпирической формуле

где µ – коэффициент неорганизованного воздухообмена в помещении, обычно применяемый – 2; В – объем помещения, м3; К – средне взвешиваемая концентрация вредных веществ в помещении, мг/м3.

Необходимый воздухообмен по избыткам тепла L, м3/ч, определяется по формуле

где Q – избыточное тепло, выделяемое в помещении, Дж/ч;

C – удельная весовая теплоемкость воздуха, равная 1004 Дж/кг;

ρ – плотность воздуха, кг/м3;

tпр,-tух температура приточного, температура уходящего из помещения воздуха соответственно, °С. Температура воздуха, удаляемого из помещения tух,°С определяется по эмпирической формуле

где tpз – температура воздуха в рабочей зоне, °С,

∆t – градиент температуры по высоте помещения (от 1 до 5 °С); Н – расстояние от пола до центра вытяжных проемов, м;

2 – высота рабочей зоны, м.

Количество тепла, выделяемого человеком Q людей, Дж, зависит от его физической нагрузки и от температуры воздуха в помещении. Количество тепла, выделяемого взрослым мужчиной, можно определить из таблицы 1.

Таблица 1. – Количество тепла, выделяемого взрослым мужчиной

Количество тепла, выделяемого от станков Q станков, Дж, определяется по формуле

где 860 - тепловой эквивалент;

Nφ – номинальная мощность, расходуемая станками, кВт;

1 – коэффициент использования мощности (обычно принимают 1 от 0,7 до 0,9);

2 – коэффициент загрузки (обычно принимают 2 от 0,5 до 0,8);

3 – коэффициент одновременности работы (обычно принимают 3 от 0,5 до 1,0);

4 – коэффициент ассимиляции тепла воздухом, учитывающий, какая частота тепла затрачиваемой механической энергией передается в виде тепла воздуха помещения (колеблется от 0,1 до 1);

Для определения тепловыделений в механических и механосборочных цехах ориентировочно 4 + 0,25.

Количество тепла, выделяемого в помещении нагретым материалом Qн.матер., Дж, определяется по формуле

Q = Gн · С (tнач – tк),

где Gн – вес материала, кг;

C – средняя теплоемкость материала, Дж (кирпич – 877,8 Дж, железо – 480,6 Дж, чугун – 418,6 Дж);

tнач – начальная температура, °С;

tк – конечная температура, °С.

Избытки тепла в помещении от источников света Qист.св., Дж, можно определить из выражения

где N∑ – суммарная потребляемая мощность освещения, кВт.

Практически принимается, что вся мощность источника света переходит в тепло. В теплый период года (при наружной температуре более плюс 10°С) следует учитывать солнечную радиацию. Количество тепла, поступающего от солнечной радиации Qсолн.рад., Дж, определяется по формуле

Qсолн.рад. = Fост · Kост · qост,

где Fост – поверхность остекления, м2;

Кост – коэффициент, зависящий от характеристики остекления (таблица 2);

qост – солнечная радиация через 1 м2 поверхности остекления в зависимости от ориентации по сторонам света, Дж (таблица 3).

Таблица 2. – Значение коэффициента Кост

Солнечная радиация через стены не учитывается ввиду ее незначительности.

Таблица 3. – Значение коэффициента qост

Примечание – Данные приведены для одинарного остекления со стеклом толщиной от 2,5 до 3,5 мм.

Тепловыделения от нагретой поверхности воды или других жидкостей Qпов.воды, Дж, определяются по формуле

Qпов.воды = (4,9 + 3,5 · V)(tw – tвозд) · F

где V – скорость воздуха над водной поверхностью, м/с; tw – температура воды, °С;

tвозд – температура воздуха в помещении, °С;

F – площадь водной поверхности, м2.

Определяем суммарное избыточное тепло, поступающее в помещение Qизб, Дж

Qизб = Qлюдей + Qн.матер. + Qстанков + Qсолн.рад. + Qист.св. + Qпов.воды

Избыточное тепло с учетом тепловых потерь Qизб, Дж, определяют по формуле

Qизб = Qпост – Qт.п.,

где Qпост – тепло, поступившее в помещение, Дж;

Qтп – тепловые потери, Дж.

Тепловые потери можно Qтп, Дж, определить по формуле

Qт.п. = K · F (tвн – tн),

где К – коэффициент теплопередачи (для кирпичной стены К от 3348 до 3767 Дж, для бетонной К от 5441 до 6279 Дж);

F – площадь поверхности ограждения, м2;

tвн,-tн внутренняя и наружная температура воздуха в помещении соответственно, °С.

Расчетные параметры наружного воздуха (СНиП 2.04.05-91) для Курска составляют, в теплый период 22,9 °С, в холодный – 5 °С.

Подставив Qизб в формулу, найдем необходимый воздухообмен в помещении. Определив необходимый воздухообмен по фактору вредных веществ, количеству людей в помещении, избыточному теплу, принимаем за расчетную величину наибольшее количество.

Используя расчетное значение, по аэродинамическим характеристикам подбирается вентиляционная установка [20].

Для этого устанавливают точку на, оси абсцисс графика требуемого расхода воздуха. Из неё восстанавливают перпендикуляр до пересечения с заданным давлением и тем самым устанавливают частоту вращения вентилятора и его КПД.

Мощность, потребления вентилятора N, определяется из выражения

где Q – производительность вентилятора, м3/ч;

Р – давление, создаваемое вентилятором, кгс/м ;

102 – коэффициент перевода, кг·м/с в кВт;

ηв – к.п.д. вентилятора;

ηп – к.п.д. передачи (при размещении вентилятора на одном валу с двигателем

ηп = 1, для клиноременной передачи 0,95, для плоскоременной – 0,91

Установочную мощность электродвигателя Nуст, – определяют по формуле

,

где α – коэффициент запаса мощности, принимается равным 1,1-1,5.

1.2 Вентиляционная система

Как уже говорилось, требуемые (нормируемые) параметры воздуха в помещениях при использовании общеобменной вентиляции поддерживаются путем нагнетания в помещениях чистого воздуха в необходимом объеме, с необходимой температурой и влажностью, и удалением воздуха, не соответствующего нормативным требованиям. В соответствии с этим системы общеобменной вентиляции должны включать в себя устройства для забора наружного воздуха, его обработки, транспортировки и распределения по помещениям, а также для удаления отработавшего воздуха. Общая схема общеобменных вентиляционных систем и расположение в них оборудования показаны на рисунке 1.

В конкретных случаях вентиляционные установки могут не иметь всего комплекта оборудования, показанного на схеме. Так, очистка вытяжного воздуха перед его выбрасыванием в атмосферу производится лишь в случаях его загрязнения выше норм, допустимых для окружающей среды, и т.д.

Рисунок 1. – Общеобменная вентиляционная система:

1 – воздухоприемные устройства; 2 – фильтр противопыльный;

3 – оборудование для тепловлажностной обработки воздуха (калориферы, кондиционеры, воздухоохладители и т.п.);

4 – вентиляторы; 5 – шумоглушители; 6 – воздуховоды;

7 – регулировочные клапаны; 8 – приточные отверстия; 9 – вытяжные отверстия; 10 – оборудование для очистки вытяжного воздуха; 11 – воздуховыбросное устройство; 12 – линия рециркуляции. ПВК и ВВК – приточная и вытяжная вентиляционные камеры.

Глава 2. Расчет вентиляционной системы гальванического цеха

2.1 Расчет системы вентиляции гальванического цеха

В гальванических цехах производятся антикоррозийно-декоративные покрытия черных металлов цветными. Поверхность покрываемых защитным слоем изделий и деталей предварительно очищается от ржавчины, окалины и прочих загрязнений.

Очистка производится в пескоструйных и дробеметных камерах, на обдирочно-шлифовальных станках с помощью корундовых и карборундовых кругов, а также во вращающихся галтовочных барабанах или колоколах, в которые загружаются очищаемые изделия, песок или наждак. Более тонкая очистка поверхности металла достигается на полировочных станках с войлочными, фетровыми и бязевыми кругами, покрываемыми специальной пастой, а также на крацовочных станках, оборудованных щетками из волоса или мягкой проволоки.

Кроме перечисленных способов очистки поверхности металла от ржавчины, окалины и загрязнений, применяются обезжиривание в органических растворителях (бензине, керосине и т. п.) и травление металла в водных растворах кислот, солей и щелочей. Защитно-декоративное покрытие металлоизделий производится гальваническим и другими способами. После травления и покрытия изделия опускаются в ванны холодной и горячей промывки, затем сушатся непосредственно в цехе или в специальных шкафах. При сухих способах очистки поверхностей металлов выделяется органическая или неорганическая пыль. В процессах обезжиривания, травления и покрытия выделяются пары растворителей, кислот, воды и газы.

Наиболее совершенным способом локализации вредностей является укрытие, но устройство его не всегда возможно по условиям технологического процесса. Чаще всего применяются бортовые отсосы. Бортовые отсосы делятся на сплошные и секционные. Сплошные бортовые отсосы могут устраиваться при длине ванн до 1200 мм; при большей длине применяются секционные отсосы. Самостоятельные вытяжные системы должны проектироваться для пескоструйных и дробометных камер и полировальных станков, оборудованных войлочными или матерчатыми кругами, от укрытий над местами обезжиривания бензином, а также над местами обезжиривания хлорированными углеродами. Цианистые ванны можно объединять одной вытяжной установкой только со щелочными ваннами.

При трассировке вытяжной вентиляции необходимо учитывать, чтобы ванны с более токсичными вредностями находились ближе к вентилятору. Прокладка воздуховодов в травильных и гальванических цехах может быть верхняя (под потолком помещения) и нижняя (в подпольных каналах или подвале). При подпольной прокладке каналы устраиваются из кислотоупорного бетона или кирпича, оштукатуриваются кислотоупорным цементом снаружи и изнутри и покрываются каменноугольной смолой.

Уклон каналов делается в сторону вентилятора с устройством перед ним приямка для стока конденсата. Верхняя прокладка осуществляется стальными воздуховодами с уклоном в сторону ванн. В нижней части кожуха вентилятора вытяжных систем травильных и гальванических цехов должен быть предусмотрен спуск конденсата.

С целью противокоррозийной защиты стальные вытяжные воздуховоды и бортовые отсосы покрываются с обеих сторон асфальтовым или перхлорвиниловым лаком. Приточные воздуховоды снаружи окрашиваются асфальтовым лаком или масляной краской за 2 раза, а изнутри – олифой. Если вентиляторы, обслуживающие вытяжные системы, применяются не в кислотоупорном исполнении, а обычные, то их изнутри также необходимо тщательно покрывать асфальтовым лаком.

Выброс испорченного воздуха должен производиться на высоте не менее 5 м от конька крыши. Удаляемый воздух необходимо подвергать очистке. Воздух, подвергается двухступенчатой очистке.

Очистка воздуха от дробеметных и пескоструйных камер может быть одноступенчатая в матерчатых рукавных фильтрах с предварительными камерами или циклонами и двухступенчатая – сначала в сухом циклоне, а затем в циклоне с орошаемой пленкой.

Приточный воздух в пескоструйные, шлифовально-полировальные, травильные и гальванические отделения подается в количестве 80–90% от объема вытяжки. Остальные 20–10% должны поступать в примыкающие коридоры. В отделениях с пыльными процессами выпуск воздуха осуществляется в верхней зоне помещений со скоростью 2–3 м/сек; в травильных и гальванических цехах желательно подавать до 40% воздуха в рабочую, а остальную часть в верхнюю зону. Скорость выпуска воздуха в рабочую зону принимается до 1 м/сек.

Рисунок 2. – План системы вентиляции от гальванических ванн

1 – приточная система №I; 2 – конденсатотводчик №3; 3 – опуски;

4 – крепление воздуховодов; 5 – ванна для обезжиривания: 6 – ванна для хромирования; 7 – ванна для латунирования; 8 – масляная ванна;

9 – ванна для лужения; 10 – ванна для омеднения; 11 – вытяжная система №2 (диаметр шахты d =1025 мм)

В отделениях обезжиривания органическими растворителями воздух подается в рабочую зону. В травильных и гальванических цехах с процессами, сопровождающимися значительным выделением водорода, во избежание образования гремучей смеси следует предусматривать проветривание верхней зоны путем устройства аварийной вытяжной системы.

При проектировании систем и выборе оборудования для гальванических цехов необходимо соблюдать правила пожаро- и взрывобезопасности. Так, для вытяжных систем, удаляющих пары растворителей или газы от электролитических ванн, вентиляторы и электродвигатели подбираются во взрывобезопасном исполнении, а воздуховоды заземляются.

На рисунках 2 и 3 изображена в плане и разрезе система вытяжной вентиляции от гальванических ванн. На рисунке 4 показана аксонометрическая схема. Характеристика ванн приведена в таблице 4.

От ванн для промывки вытяжка не устраивается, поэтому она на плане не показана.

Общий объем вытяжки 22 000 м3/час; кратность воздухообмена 9. Отсосы от ванн – двухбортовые секционные (рисунок 13). Данные для подбора отсосов имеются в справочнике [25]. Бортовые отсосы изготавливаются на сварке из стали толщиной 3–5 мм. Все элементы системы вытяжной вентиляции изнутри покрываются кислотоупорным лаком.

Таблица 4

На рисунке приведены план пескоструйного отделения и аксонометрическая схема вытяжки от пескоструйных аппаратов. Аппараты представляют собой закрытые кабины, обслуживаемые снаружи через отверстия, сделанные в стенах.

Если рабочий находится вне камеры, то количество отсасываемого из кабины воздуха определяется из расчета 1800 м3/час на 1 м2 горизонтального сечения кабины. В том же случае, когда рабочий находится внутри камеры, объем отсасываемого воздуха зависит от диаметра сопла (таблица 12). Кроме того, в этом случае предусматривается подача чистого воздуха в скафандр рабочего в количестве 30 м3/час.

Рисунок 3. – Система вентиляции (в разрезе) от гальванических ванн

1 – вытяжная система №1; 2 – опуски (d=375 мм) с дроссель-клапанами; 3 – двусторонние бортовые отсосы; 4 – насадки;

5 – дроссель-клапаны; 6 – ванна для хромирования; 7 – ванна для латунирования; 8 – ванна для обезжиривания.

Рисунок 4. – Расчетная схема вентиляции от гальванических ванн

1 – бортовой отсос от ванны для латунирования (щель 50х500 мм);

2 – то же, от ванны для хромирования; 3 – то же, от ванны для обезжиривания; 4 – то же, от ванны для омеднения; 5 – то же, от ванны для лужения; 6 – то же, от масляной ванны; 7 – радиальный вентилятор В-ЦП7-40-5; Д.К. – дроссельный клапан.

Рисунок 5. – Двухбортовые секционные отсосы

1 – щель высотой 50 мм; 2 – дроссельный клапан (150x150 мм)

Рисунок 6. – Вентиляция пескоструйного отделения

а – эскизный план; б – аксонометрическая схема; в – вариант двухступенчатой очистки воздуха от пыли; 1, 2 – пескоструйные камеры; 3 – матерчатый рукавный фильтр; 4 – центробежный вентилятор; 5 – выкидной клапан; 6 – циклон; 7 – циклон с водяной пленкой; 8 – пылесборник; 9 – шламоотстойиик.

Таблица 5

Очистка воздуха от пыли на рисунке 14 приведена в двух возможных вариантах: одноступенчатая в рукавных самоочищающихся фильтрах марки МФУ-48 и двухступенчатая с циклоном конструкции ЛИОТ №6 в качестве первой ступени и циклоном №5 с водяной пленкой в качестве второй ступени.

Установки для очистки воздуха от пыли в обоих вариантах работают на всасывание.

Циклон (рисунок 7) представляет собой инерционный пылеуловитель, в котором выделение частиц из воздушной (газовой) среды происходит в основном по воздействием центробежной силы, возникающей при вращении воздушного потока в корпусе аппарата.

Запыленный воздух входит в циклон через тангенциальный патрубок и, приобретая вращательное движение, опускается винтообразно вниз вдоль внутренних стенок цилиндра и конуса. Небольшая часть этого потока, в котором сконцентрированы пылевые частицы, движется в непосредственной близости от стенок циклона и поступает через пылеотводящее отверстие в пылесборный бункер, где происходит осаждение и накопление пылевых частиц. В центральной зоне циклона воздушный поток, освобожденный от пыли, поднимается винтообразно вверх и удаляется через выхлопную трубу наружу. Вследствие вращательного движения воздушного потока в центральной зоне циклона (в конусе, выхлопной трубе и пылесборном бункере) наблюдается пониженное давление.

Разрежение в пылесборных бункерах может наблюдаться и в циклонах, устанавливаемых на нагнетании (после вентилятора). Так, в центре дна бункера одиночного циклона, устанавливаемого на выхлопе нагнетающего воздуховода, это разрежение по абсолютной величине близко к значению скоростного давления на входе в циклон.

Пылесборные бункеры являются неотъемлемой частью циклонов как при одиночной, так и при групповой их установке.

В выхлопной трубе циклона происходит интенсивное вращение воздушного потока, которое необходимо учитывать при проектировании, как одиночных, так и групповых установок циклонов. При установке одиночных циклонов на нагнетании (после вентилятора) вывод очищенного воздуха в атмосферу может быть осуществлен непосредственно из выхлопной трубы вверх через шахту.

Диаметр выхлопной шахты следует принимать по диаметру выхлопной трубы циклона для избегания резкого увеличения гидравлических потерь.

Рисунок 7. – Схема работы циклона ЛИОТ

1 – входной патрубок; 2 – корпус циклона; 3 – конус;

4– пылеотводяпшй патрубок; 5 – пылеотводящее отверстие;

6 – пылесборный бункер; 7 – пылеспускной патрубок;

8 – клапан пылевого затвора; 9 – рычаг клапана; 10 – выхлопная труба,

11 – улитка; 12 – выхлопной патрубок.

При установке циклонов на всасывании (до вентилятора) следует применять улитку, помещаемую на выхлопной трубе с целью выпрямления воздушного потока и использования скоростного давления. Установку улитки можно рекомендовать и в тех случаях, когда после циклона, стоящего на нагнетании, имеется длинный участок воздуховода до места выброса воздуха в атмосферу [18-21].

Основные размеры и относительные характеристики выбранного типа циклона приведены в таблице.

Циклоны ЛИОТ могут быть рекомендованы в тех случаях, когда имеется опасность нарастания пыли в конусе циклона или когда нельзя осуществить герметизацию пылесборного бункера.

Гидравлическое сопротивление циклонов определяют по формуле

кгс/м2

Коэффициенты гидравлических сопротивлений для различных типов циклонов приведены в таблица 6.

Таблица 6

В циклоне без улитки величина гидравлических сопротивлений в формуле принята равной полному давлению на входе в циклон. В циклонах с улиткой гидравлическое сопротивление представляет собой разность полных давлений. Скоростное давление воздушного потока на выходе из улитки не следует относить к гидравлическим потерям.

Скорость воздуха