Промышленная вентиляция

ПРОМЫШЛЕННАЯ ВЕНТИЛЯЦИЯ

 

Промышленная вентиляция является одной из составляющих в сложном  комплексе современного производства, направленной на создание условий, наиболее благоприятных для человека, и  повышение производительности труда.

1. Категория производства

По взрывопожарной опасности производства делят на шесть категорий –  А, Б, В, Г, Д, и Е. Категорию устанавливают  в зависимости от характеристики веществ и материалов, имеющихся  в производстве.

Категория А – взрывопожароопасная. В производстве присутствуют: горючие газы с нижним концентрационным пределом взрываемости 10% и менее объема воздуха, жидкости с температурой вспышки до 28⁰С, вещества, способные взрываться и гореть при взаимодействии с водой, кислородом воздуха.

Категория Б – взрывопожароопасная. В производстве присутствуют: горючие газы с нижним концентрационным пределом взрываемости более 10% объема воздуха, жидкости с температурой вспышки выше 28⁰С, горючие пыли и волокна с нижним пределом взрываемости 65 г/м³ и менее.

Категория В – пожароопасная. Присутствуют: жидкости с температурой вспышки выше 61⁰С, горючие пыли и волокна с нижним пределом взрываемости 65 г/м³ и менее, твердые сгораемые вещества и материалы.

Категория Г – Присутствуют: несгораемые  вещества и материалы в горячем, раскаленном или расплавленном состоянии, процесс обработки которых сопровождается выделением лучистого тепла, искр и пламени; твердые вещества, жидкости и газы, которые сжигаются в качестве топлива.

Категория Д. Имеются несгораемые  вещества и материалы в холодном состоянии.

Категория Е – взрывоопасная. Присутствуют: горючие газы, не имеющие жидкой фазы и взрывоопасные пыли, при  взаимодействии с водой, кислородом способные взрываться без последующего горения (по условиям технологического процесса).

2. Вредные выделения на промышленных предприятиях

Производственный процесс обычно сопровождается побочными явлениями, отрицательно влияющими на состояние  воздушной среды. Эти побочные явления  называют вредности.

К сожалению, в большинстве  случаев мы не можем точно определить количество выделяющихся вредностей, интенсивность их выделения во времени, а также характер распространения их по помещению. Основной задачей при проектировании пром. вентиляции является определение требуемого воздухообмена. Самая совершенная по конструктивному исполнению система не даст нужного эффекта, если неправильно определено количество воздуха, которое нужно удалить из помещения. Чтобы правильно определить воздухообмен необходимо очень тщательно проанализировать процесс их выделения, при этом обратить внимание на следующие факторы:

А) сколько выделяется вредностей и каких именно в единицу  времени;

Б) каким образом поступает  вредность в воздух помещения;

В) точное местоположение очагов выделения вредностей;

Г) как распространяется вредность по помещению, где создается ее наибольшая концентрация;

Д) возможность образования  застойных зон, где вредность  может накапливаться в недопустимых концентрациях.

Проектировщик вентиляции обязан знать технологический процесс, протекающий в помещении. Он должен разбираться в таких мелочах технологического процесса, которые иногда не интересуют технолога и связаны с побочными выделениями вредных веществ. Например, в металлургии незначительная примесь мышьяка в руде не играет сушественной роли с точки зрения технологии. С санитарной же точки зрения это может оказаться фактором, определяющим воздухообмен в помещении и принцип вентиляции.

К вредным выделениям относятся следующие:

Тепловыделения, влаговыделения, паровыделения и газовыделения, пылевыделения, дымовыделения (выделения мельчайших твердых частиц, свободно витающих в воздухе), тумановыделения (образование в воздухе мельчайших частиц жидкости), полые капли (выделение из жидкой среды пузырьков газа или жидкости). 

Методы определения  количества вредностей изложены в справочной литературе.

1) Тепловыделения – наиболее часто встречающаяся вредность. Теплоизбытки не создают тяжелых последствий для здоровья человека, но снижают его работоспособность. Делятся на две группы:

1. тепловыделения неизбежные, которые нельзя регулировать (от людей, от станков, освещения, солнечной радиации)
2. тепловыделения поддающиеся регулировке – тепловые потери промышленной аппаратуры, работающей при повышенной температуре, это тепло потерянное.

Тепловыделения второго  рода можно и нужно уменьшать. Специалисты по вентиляции должны активно вмешиваться в промышленную теплотехнику, настаивать на улучшении тепловой изоляции аппаратуры.

Тепловыделения от людей – в промышленных помещениях учитываются тепло и влаговыделения от людей, если объем помещения на одного человека составляет менее 40 м³.

Тепловыделения от электродвигателей станков /Титов/

Q_эл.дв=N_уk_сп(1-k_п×h)10³

где N_у – установочная мощность электродвигателей, кВт; k_сп – коэффициент спроса на электроэнергию, табл 2.5; k_п – коэффициент, учитывающий полноту загрузки электродвигателя, принимается при загрузке 1-05 k_п=1, при загрузке <0,5 k_п=0,9; h - КПД электродвигателя принимается

Nу	<0,5	0,5-5	5-10	10-28	28-50	>50
h	0,75	0,84	0,85	0,88	0,9	0,92

 

Тепловыделения, Вт, от нагретых поверхностей остывающего материала, поверхности воды:

Q=aF(t_пов -t_в),

где F – площадь поверхности, м²;

t_в и t_пов – температура внутреннего воздуха и нагретой поверхности, ⁰С;

a - коэффициент теплоотдачи от поверхности к воздуху помещения, Вт/(м^{2 0}С).

для поверхности стенки

a = 11,6

для поверхности нагретой воды

a = (5,7+4,1),

где v – подвижность воздуха вблизи нагретой поверхности, м/с

 

Тепловыделения от приборов дежурного  отопления:

 

Q_д.о.=q_т.п.(5-t_н)((t_ср-t_в)/( t_ср-5)),

 

где q_т.п. – удельные расчетные теплопотери помещения, Вт/⁰С; t_н – расчетная наружная температура, ⁰С; t_ср – средняя температура в отопительном приборе; t_в – расчетная температура внутреннего воздуха в помещении, ⁰С.

 

Тепловыделения от нагретых поверхностей воздуховодов, трубопроводов

-  при отсутствии изоляции:

Q=απdl(t_т-t_в)

где α – коэффициент теплоотдачи от поверхности воздуховода:

при слабом движении (v<1м/с) α=9,3+0,05Δt_ст;

при заметном движении (v>1м/с) α=9,3+0,05Δt_ст+7 ;

d – наружный диаметр (эквивалентный), м; l – длина воздуховода, м; t_т – температура теплоносителя или нагретого воздуха; Δt_ст – температурный перепад между стенкой трубы и окружающим воздухом, приближенно для металлических труб  можно принять Δt_ст=(t_т-t_в)

-  при наличии изоляции:

Q=απdl(t_т-t_в)(1-η_изол),

η_изол – КПД изоляции, 0,7.

 

1.1 Затраты теплоты:

Через ограждающие конструкции

Метод определения рассмотрен в курсе «Отопление». Для горячих цехов (кузнечные, термические, литейные) при выборе t_в следует учитывать распределение температур воздуха по высоте: для ограждения высотой до 4 м и пола t_в= t_р.з., для ограждений  выше 4 м до покрытия t_в=0,5( t_р.з+t_ух), для покрытия t_в= t_ух.

При определении температуры уходящего  воздуха в промышленных зданиях  gradt определяется по таблице

 

 

Теплонапряженность, q, Вт /м2	gradt при высоте помещения Н, м
	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14
23	0,8	0,7	0,7	0,6	0,6	0,5	0,4	0,35	0,3	0,3
46	0,9	0,8	0,8	0,7	0,7	0,6	0,6	0,5	0,4	0,35
70	1,0	0,9	0,9	0,8	0,75	0,7	0,65	0,6	0,5	0,4
93	1,0	0,9	0,9	0,8	0,75	0,7	0,65	0,6	0,5	0,4
116	0,8	0,7	0,7	0,65	0,6	0,6	0,5	0,5	0,4	0,35
174	0,65	0,6	0,6	0,55	0,5	0,5	0,45	0,4	0,4	0,35

 

За счет инфильтрации воздуха

Q_инф=G_Н с(t_н-t_в),

где с – теплоемкость сухого воздуха, равная 1 кДж/(кг ⁰С);

Нормативная воздухопроницаемость ограждающих конструкций определяется в соответствии с /11/ по формуле

G_H=G_H1F₁+G_H2F₂+ G_H3F₃,

где G_H1 – воздухопроницаемость наружных стен и покрытий, для производственных зданий равна 1 кг/(м² ч) /7/;

G_H2 –воздухопроницаемость окон зданий, равная 8 кг/(м² ч) /7/;

G_H2 –воздухопроницаемость аэрационных фонарей зданий, равная 10 кг/(м² ч) /табл. 11 СНиП 23-02-2003 Тепловая защита зданий/;

F_1, F₂, F₃ - соответствующая площадь поверхностей.

 

На нагревание материалов, поступающих в цех, Вт,:

Q_м=1,16 G_м с_м (t_к-t_н)b,

где – G_м количество поступающего в цех материала в течение 1ч, кг; с_м – теплоемкость материала , кДж/(кг ⁰С); t_н и t_к – начальная и конечная температура материала, t_н принимается: для металлов равной t_н, для сыпучих материалов - на 15 ⁰С выше температуры наружного воздуха; для несыпучих материалов на  10 ⁰С выше температуры наружного воздуха; b - коэффициент, учитывающий неравномерность поглощения тепла во времени,  принимается для всех материалов, кроме сыпучих, для первого часа пребывания в помещении 0,5, для второго – 0,3, для третьего – 0,2; для сыпучих материалов, соответственно, 0,4, 0,25, 0,15; если материал завозится каждый час b=1.

 

На испарение влаги, если испарение происходит за счет тепла воздуха помещения, а не за счет тепла, подводимого извне:

Q=0,278 W(2500+1,8t_пов) ,Вт

где W – количество испаряющейся влаги, кг/ч; t_пов – температура поверхности воды (см. курс Теор. осн).

 

Теплопотери на обогрев въезжающего  в помещение транспорта следует принимать в количестве 0,029 вт в час на один кг на один градус разницы температур наружного и внутреннего воздуха.

 

2. Влаговыделения протекают следующими путями:

• непосредственное поступление водяного пара в помещение;

• с воздухом более влажным, чем воздух в помещении ( в том числе при дыхании людей);
• испарение с открытых водных поверхностей или из смоченных материалов;
• испарение при кипении воды;
• в результате химических реакций.

Расчет влаговыделений с поверхности  некипящей, кипящей жидкости, с поверхности  пола рассмотрен в курсе «ТОМ».

При испарении с мокрого пола, где вода находится длительное время и принимает температуру мокрого термометра, из помещения заимствуется явное тепло, а возвращается то же количество в скрытом виде, т.е. тепловой баланс помещения не меняется.

Если поверхность испарения  неровная (перемешивание, продувка), то поверхность испарения увеличивается в 1,5-2,5 раза, температура испаряющейся жидкости принимается на 10-15% ниже, чем в случае спокойной поверхности.

 

Влаговыделения при сушке материалов

W=60(G_н-G_к)/τ, кг/ч

где G_н, G_к – начальная и конечная массы материалов, кг; τ – время пребывания материала в цехе за которое уменьшилась масса материала.

 

3) Паровыделения и  газовыделения. 

Поступают в помещение в результате химических реакций, в результате прорывов через неплотности трубопроводов и аппаратов, выделение продуктов сгорания при сжигании топлива и при работе автомобильных двигателей, при различных технологических операциях (окраске, сварке, травлении металлов).

Вредные промышленные газы классифицируют по характеру их воздействия на человека и разделяются на отравляющие, удушающие, раздражающие, и наркотические.  Степень ядовитости характеризуется предельно допустимым содержанием газа в воздухе помещения при длительном пребывании в них людей. Если при тепловыделениях и влаговыделениях превышение предельно допустимых концентраций тепла или влаги безопасны для человека, то при выделениях газов и паров превышение ПДК могут оказаться опасными, а иногда смертельными.

К газовым вредностям  и аэрозолям  примыкают туман и «полые капли». Чаще всего туман является следствием выделением полых капель.

Пример - электролиз в водных растворах: пузырьки газа обволакиваются пленкой  жидкости и поступают в воздух в виде воздушных пузырьков, которые  затем лопаются и образуют туман. В помещениях для зарядки аккумуляторов при отсутствии вентиляции можно наблюдать туман серной кислоты.

 

4) Пылевыделения – часто встречающаяся и трудно локализуемая вредность. Классификация:

• по действию, оказываемому на человека:

а) нейтральная  -  нетоксичная  пыль, не оказывает отравляющего действия, воздействие механическое;

б) токсичная – пыль ядовитых веществ, отравляющих организм;

в) силикозная и асбестовая – содержит более 10% оксида кремния SiО₂ или асбеста. Эта пыль, хотя и не ядовита, вызывает тяжелые легочные заболевания – силикоз и асбестоз.

По происхождению условно делят  на органическую (животного и растительного  происхождения), минеральную и смешанную.

По размерам пылевых частиц: очень  мелкая (0,1-1,0 мк) – образует аэрозоли,  мелкую (2,0-10,0 мк) – долго витает в воздухе, среднюю (60-100 мк) и крупную (более 100 мк) – быстрооседающая.