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高大工業(yè)廠房控制焊煙的通風(fēng)方案比較簡介:高大工業(yè)廠房控制焊煙傳統(tǒng)的通風(fēng)方式是局部通風(fēng)或局部通風(fēng)與全面通風(fēng)的結(jié)合。由于空間高大,傳統(tǒng)的通風(fēng)方式勢必存在通風(fēng)量大、運(yùn)行費(fèi)用高的缺點(diǎn)。本文以某一焊接車間為例,采用全面通風(fēng)和吹吸式通風(fēng)兩種方案分別對焊煙進(jìn)行控制,探討吹吸式通風(fēng)在高大空間廠房應(yīng)用的優(yōu)越性。關(guān)鍵字:高大工業(yè)廠房焊接煙塵全面通風(fēng)吹吸式通風(fēng)ComparingtheVentilationMethodsofControllingWeldingFumeinLargeWorkshopAbstractThetraditionalventilationmethodofcontrollingweldingfumeinlargeworkshopisthecombinationofpartialventilationandgeneralventilation.Becausethespaceisverylarge,thetraditionalventilationmethodhassomedemerits,suchasthelargeventilationvolumeandhighrunningcost.Inthisarticle,takinganweldingworkshopasanexample,theauthorusetwoventilationmethodsofgeneralventilationandpush-pullventilationtocontrolweldingfume,andstudythemeritsofpush-pullventilationincontrollingweldingfumeoflargeworkshop.Keywordslargeworkshopweldingfumegeneralventilationpush-pullventilation0引言焊接技術(shù)是近代先進(jìn)制造方法之一,在國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中占有舉足輕重的地位。焊接過程中,電弧區(qū)的最高溫度可達(dá)5000C左右,任何金屬及其氧化物均可被熔化、蒸發(fā),該過程將產(chǎn)生大量的粉塵、氣體和蒸汽。粉塵主要來源于焊條的藥皮,小量來自焊芯和母材,其化學(xué)成分多達(dá)二十余種,常見的有Fe、Ca、Mn、Si、Ni、Cu、Cr等。焊接過程產(chǎn)生的有害氣體主要為:CO、CO2、NOX、O3等。焊接過程中產(chǎn)生的污染物種類多、危害大,能導(dǎo)致多種職業(yè)?。ㄈ绾腹す璺?、錳中毒、電光性眼炎等)的發(fā)生,已成為一大環(huán)境公害。目前,國內(nèi)外對焊接煙塵的處理,主要采用全面通風(fēng)和局部通風(fēng)兩種傳統(tǒng)的通風(fēng)方式。本文以某一焊接車間為例,比較控制焊煙的傳統(tǒng)通風(fēng)方式和吹吸式通風(fēng)兩種方案,分析其初投資及年運(yùn)行費(fèi)用,探討在高大工業(yè)廠房應(yīng)用吹吸式通風(fēng)方式控制焊煙的可行性。1傳統(tǒng)通風(fēng)方式控制焊接煙塵的傳統(tǒng)方法主要有局部通風(fēng)和全面通風(fēng)兩種。局部通風(fēng)可以有效阻止無組織氣流在空間內(nèi)帶動污染物擴(kuò)散,并且消耗的空氣量較少。對于焊接車間,有固定工作臺的手工焊接,局部排風(fēng)罩能將焊接煙塵基本上抽走,采用局部通風(fēng)方式能夠取得較好的治理效果,是比較經(jīng)濟(jì)的治理措施。但是在很多情況下,由于生產(chǎn)過程、工藝布置及操作等條件限制,不能設(shè)置局部排風(fēng),或者采用了局部排風(fēng),仍然有部分有害物質(zhì)擴(kuò)散在室內(nèi),在有害物質(zhì)的濃度有可能超過國家標(biāo)準(zhǔn)時,則應(yīng)輔以自然的或機(jī)械的全面排風(fēng),或僅采用自然的或機(jī)械的全面排風(fēng)?!恫膳L(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計規(guī)范(GB50019-2003)》中規(guī)定:同時放散熱、蒸汽和有害氣體或僅放散密度比空氣小的有害氣體的生產(chǎn)廠房,除設(shè)局部排風(fēng)外,宜在上部地帶進(jìn)行自然或機(jī)械的全面排風(fēng),其排風(fēng)量不宜小于每小時1次換氣,房間高度大于6米時,排風(fēng)量可按每平方米地面面積6m3/h計算[1]。在焊接車間內(nèi),當(dāng)工作地點(diǎn)不固定時,則電焊煙塵難以用局部方法排除。因此,必須輔以或另行設(shè)置全面排風(fēng)來排除這部分煙塵。一般焊接車間的特點(diǎn)是廠房比較高大、焊接件大小不定、焊接地點(diǎn)不固定、焊接方式較多。為了不影響焊接加工,通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計時,往往考慮的是全面通風(fēng)方式。通常,全面通風(fēng)以廠房的換氣量或換氣次數(shù)為基礎(chǔ)。因此,對于高大工業(yè)廠房,全面通風(fēng)勢必存在通風(fēng)量大、消耗電能多、運(yùn)行費(fèi)用高的缺點(diǎn),冬季運(yùn)行因需要供暖,耗電量更大。2吹吸式通風(fēng)吹吸式通風(fēng)是利用射流作為動力,把有害物輸送到排風(fēng)口再由其排除,或者利用射流來阻擋、控制有害物的擴(kuò)散。從通風(fēng)工程空氣流動理論中我們知道,吹出氣流的速度衰減較為緩慢,例如,在其軸線上2倍口徑處仍是100%,在20倍口徑處還保持22%左右,可見它的捕捉能力,特別是輸送能力是優(yōu)越的[2]。吸入氣流的速度衰減較快,因此把吹出氣流和吸入氣流組合在一起協(xié)同作業(yè),就可以彌補(bǔ)吸入氣流控制能力弱的缺點(diǎn),從而有效地控制污染物的擴(kuò)散。吹吸式通風(fēng)原理圖如圖1所示。圖1吹吸式通風(fēng)原理圖吹吸氣流不但可以控制單個設(shè)備散發(fā)的有害物,而且可以對整個車間的有害物進(jìn)行有效的控制。在廠房某一高度并排布置多個噴口,將具有一定能量的空氣射入大空間,形成前進(jìn)方向一致的多股平行射流。到一定距離后,每股射流將受到相鄰射流的影響,出現(xiàn)流線重合現(xiàn)象,如圖2所示。匯合以后,射流只能在縱向發(fā)展,當(dāng)P/d0=5?15時,射流在10d0?25d0處匯合,射流到達(dá)30d0?50d0以后各點(diǎn)的運(yùn)動方向平行與x-y平面,沿垂直于該平面的直線上的速度分布趨向均一,因此射流在這個區(qū)域內(nèi)的運(yùn)動近似于平面運(yùn)動,形成水平的空氣屏障[3]。由于廠房空間大,并排布置的風(fēng)口個數(shù)多,射流匯合一段距離后,在大空間中形成寬度比變化中的厚度大得多的扁平氣流。圖2股平行氣流射流結(jié)構(gòu)圖P——噴口間距(m)d0——噴口直徑(m)x射流射程(m)采用吹吸式通風(fēng)方式控制高大工業(yè)廠房中的焊煙,就是利用在建筑物側(cè)墻一定高度吹出的噴射氣流形成空間隔斷,以送風(fēng)口中心為分層面,將高大工業(yè)廠房在高度上分為上下兩個區(qū)域,把工作區(qū)散發(fā)的焊煙最大程度的控制在一定的高度范圍內(nèi),即廠房的下部區(qū)域?yàn)榭刂茀^(qū),并借助于射流引起的氣流流動將污染物帶到排風(fēng)口將其排除。分層面以上的區(qū)域?yàn)榉强刂茀^(qū)。從理論和各種現(xiàn)場狀況分析,吹吸式通風(fēng)利用射流形成空氣隔斷,能對焊接車間有害物進(jìn)行有效的控制,而且工程投資和運(yùn)行費(fèi)用相對較少并且不會影響現(xiàn)場工人操作和設(shè)備維修。3通風(fēng)方案比較本文以某一焊接車間為例,廠房的建筑尺寸為長120m,寬36m,高12m。3.1全面通風(fēng)方案該焊接車間的特點(diǎn)是廠房高大、焊接地點(diǎn)不固定、焊接方式較多。為了不影響焊接加工,進(jìn)行傳統(tǒng)的通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計時,采用的是全面通風(fēng)方式。由于焊接設(shè)備產(chǎn)塵量未知,全面通風(fēng)以廠房的換氣量或換氣次數(shù)為基礎(chǔ),據(jù)經(jīng)驗(yàn)值一般大型焊接車間應(yīng)每小時排風(fēng)10?15次[4]。本工程采用每小時排風(fēng)10次,排風(fēng)量為518400m3/h,為保持室內(nèi)負(fù)壓送風(fēng)量小于排風(fēng)量為516000m3/h。本工程采用全面通風(fēng)方案時,送排風(fēng)管道采用1mm厚的鍍鋅鋼板,共計2640m2;排風(fēng)口(800mm×800mm)48個;送風(fēng)口(1000mm×800mm)40個;送風(fēng)機(jī)8臺(風(fēng)量66541m3/h,功率22kw);排煙風(fēng)機(jī)4臺(風(fēng)量145020m3/h,功率160kw)。3.2吹吸式通風(fēng)方案3.2.1送風(fēng)射程據(jù)《采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計規(guī)范(GB50019-2003)》,側(cè)送多股平行射流,采用單側(cè)送風(fēng)時,射流末端上邊界與對方墻面在工作區(qū)以上相交;雙側(cè)對送時,射流末端上邊界應(yīng)該在工作區(qū)以上搭接,以避免污染氣流逃逸。示意圖如圖3所示。圖3在高大廠房應(yīng)用吹吸式通風(fēng)示意圖射流的射程等于射流的作用距離減去末端擴(kuò)散范圍[5]:X=S-RX—射流的射程(m);S—射流的作用距離(m);R—射流末端擴(kuò)散范圍(m),根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果一般可取R=0.075X。本工程采用吹吸式通風(fēng)方案時,采用雙側(cè)對送。焊接車間寬度為36m,考慮到梁柱和風(fēng)管的影響,射流的作用距離取S=×34=17m,射流的射程X=S-0.075X=15.81m。3.2.2送風(fēng)口高度送風(fēng)口高度用下式確定[6]:h1=h+Y+hah工作區(qū)高度(m);Y射流的垂直落差(m);ha安全高度,一般不作考慮,對有恒溫要求的場合取0.3m。根據(jù)實(shí)驗(yàn),推薦丫值范圍如下[7]:Y=()X,射程較大時可取X,射程較小時可取到乂。本工程中,工作區(qū)高度取h=2m,射流的垂直落差Y=X=3.95m??紤]到廠房結(jié)構(gòu),送風(fēng)口高度定為5.5m。3.2.3送風(fēng)速度據(jù)《采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計規(guī)范(GB50019-2003)》,采用噴口送風(fēng)時,送風(fēng)速度一般為4?10m/s,射流軸心末端速度一般為0.5?1.2m/s,噴口直徑可采用0.2?0.8m。本工程送風(fēng)口高度為5.5m,確定送風(fēng)量為237600m3/h,取吸風(fēng)口的排風(fēng)量為射流流量的1?1倍。送風(fēng)速度取6m/s,射流軸心末端速度取0.8m/s。經(jīng)計算確定送風(fēng)管路上噴口直徑為0?3m,噴口個數(shù)為40個。排風(fēng)管道上設(shè)置3m×0.5m的側(cè)吸風(fēng)口24個。送排風(fēng)管道采用1mm厚的鍍鋅鋼板,共計1980m2。送風(fēng)機(jī)4臺(風(fēng)量61321m3/h,功率24kw),排煙風(fēng)機(jī)4臺(風(fēng)量65429m3/h,功率22kw)。3.3方案比較全面通風(fēng)和吹吸式通風(fēng)兩種方案初投資費(fèi)用和年運(yùn)行費(fèi)用見表1。本工程中鍍鋅鋼板風(fēng)道單價為120元/m2,送風(fēng)口(1000mm×800mm)單價120元/個,排風(fēng)口(800mm×800mm)單價為100元/個,噴口(直徑為0?3m)單價為150元/個,工業(yè)用電0.8元/度。每日耗電按八小時計算。方案通風(fēng)比較方案初投資運(yùn)行費(fèi)用(萬元/年)風(fēng)機(jī)設(shè)備(萬元)管材(萬元)合計(萬元)全面通風(fēng)方式18.8631.6850.54190.6吹吸式通風(fēng)方式8.423.7632.1653.724結(jié)論通過以上數(shù)據(jù)可以看出,采用吹吸式通風(fēng)控制高大廠房的焊煙,將高大空間進(jìn)行空間隔斷,只對下部區(qū)域進(jìn)行控制。與全面通風(fēng)相比減少了需要治理的污染空間,從而大大減少了送排風(fēng)量,節(jié)約了能源,降低了設(shè)備初投資及年運(yùn)行費(fèi)用。參考文獻(xiàn)[1]《采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計規(guī)范(GB50019-2003)》[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2004.[2]孫一堅《工業(yè)通風(fēng)》(第二版)[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,1984.[3]TarnopolskyM.ImprovedCalculationofAirDistributioninAnAuditorium[J].ASHRAETRANSACTIONS,1994,100,Part2:1195-1209.[4]任效乾王榮祥焊接煙塵的危害及其防治[J].礦山機(jī)械,2000,28(6):30-31.[5]WeathersJW,SpitlerJD,AComparativeStudyofRoomAirflow:NumericalPredictionUsingComputationalFluidDy
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