工业通风课程设计某企业生产车间通风系统设计

课程设计

课程设计任务书

学生：陈X 专业：安全工程班级： 10XX班

日期：自 2012年 12 月 9 日至 2012年 12 月 23 日

指导教师：易XX 易XX

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，如果不加以控制会危害人体的健康，影响生产过程的正常运行。通风除尘系统是对作业人员非常重要的劳动保护措施之一，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，防止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

Sandblasting workshop and welding workshop containing harmful dust, large quantities of steam and other gases, if not control, do harm to human health, affecting the normal operation of the production process. Ventilation and dust removal system is one of the labor protection measures is very important for the workers, the design of ventilation and dust removal system on blasting workshop and welding workshop, in order to protect human health, prevent has important significance to reduce occupation disease. The design of the blasting shop and welding workshop as the object of study of ventilation and dust removal.

Keywords: Sand workshops; Welding workshop; Ventilation system design; labor protection

目录

1 前言 (1)

2 车间简介 (2)

2.1喷砂车间 (2)

2.2焊接车间 (2)

3通风系统设计 (3)

3.1确定系统 (3)

3.2排风罩的确定 (3)

3.3风管布置截面与材料的选择 (4)

3.3.1 弯头 (4)

3.3.2 三通 (4)

3.3.3风管断面形状的选择 (5)

3.3.4风管的材料的选择 (5)

3.4 除尘器系统设计 (5)

4通风系统水力计算 (8)

4.1喷砂车间通风系统水力计算 (8)

4.2焊接车间通风系统设计水力计算 (13)

5设计总结 (19)

参考文献 (21)

1 前言

在工业生产过程中散发的各种有害物（粉尘、有害蒸汽和气体）以与余热和余湿，如果不加控制，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，影响生产过程的正常运行。此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，提高车间与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分。通风工程的主要任务是，控制生产过程中产生的粉尘、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与确定风管的尺寸，使系统的初的投资和运行费用综合最优，我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，结合实际情况，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况尽量的做到了最合理的优化，也加深同学们对工业通风内容的理解。

2 车间简介

2.1喷砂车间

电镀是对基体金属的表面进行装饰、防护以与获得某些新的性能的一种工艺方法，已被工业各个部门广泛使用，对于电镀本身来说比较简单，但镀前的准备工作相当复杂，包括磨光、抛光、喷砂处理、除油、侵蚀等。其中喷砂是用净化的压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、氧化皮与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。

2.2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，焊接过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0.1-1μm之间，热源温度600℃。

图1 车间平面图

3通风系统设计

3.1确定系统

当车间内不同地点有不同送风、排风要求，或者车间面积较大，送、排风点较多时，为便于进行管理，常分设多个系统。除个别情况外，通常是由一台风机与其联系在一起的管道设备构成一个系统。系统划分的原则是：

1）空气处理要求相同、室内参数要求相同的，可划分一个系统。 2）生产流程、运行班次和运行时间相同的，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，当混合后可能导致风管内结露时，应分设系统。

3.2排风罩的确定

1）喷砂车间

根据喷砂车间排风量的计算公式得:

L=VF=0.25×1.2×1.2=0.36 m 3/s =1300 m 3/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，因而适宜采用热源上部接受罩。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,因而得B=1000mm 取H=900mm ，则：

1.260.9 1.26*1

2.16Z H B m =+=+=

根据M=2B 得，M=2000mm

在热源顶部热射流的横断面积：

2p A 1.0*1.01.0m ==

1.5H ==≥，所以该罩为低悬罩。 热源的对流散热量为： ()4/34/3

Q t 1.7t 1.7*60020*18222/s=8.22k /s

F F

J J =??=?=-=

热射流收缩断面上的流量为： 1/33/2

01/33/23L 0.04Q 0.04*8.22*2.160.26m /s Z ===

考虑到其横向气流影响较小，所以罩口断面尺寸为：

120010002001200 1.2A A mm m =+=+==

120010002001200 1.2B B mm m =+=+==

' 1.2*1.21*10.44F m =-=

取v'=0.5m/s ，则排风罩排风量为：

330

L L ''0.260.44*0.50.48m /1728m /v F s h =+=+==

3.3风管布置截面与材料的选择

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点。风管的布置还要求顺直，避免复杂的局部管件。弯头、三通、四通等管件要安排得当，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，其接头和接缝应严密，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，且不应地下铺设。 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，常用弯管直径d 的倍数表示）以与弯管制作过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=1.5d 。 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以与气流速度改变时形成的涡流造成三通处气流的局部阻力。二股气流在汇合过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。由于风管走向互相垂直，喷砂车间通风系统设计中选用了圆形三通（如下图图2所示）。

图2 圆形三通示意图

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。两者相比，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。尽管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

风管材料应根据使用的要求和就地取材的原则选用。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，砖与混凝土等。

薄钢板是最常用的材料，有普通薄钢板和镀锌薄钢板两种。其优点是易于工业化加工制作、安装方便、能承受较高温度。镀锌薄钢板具有一定的防腐性能，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。

根据车间实际情况，风管材料要求耐寒耐高温，阻力较小。因此，风管采用厚度为0.5～1.5mm的薄钢板材料制作。

3.4 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，根据其除尘机理的不同，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种因素的影响，如处理风量、除尘效率、阻力、一次投资、维护管理，与除尘器的除尘效率、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）选用的除尘器必须满足排放标准规定的排空浓度。

2）粉尘的性质和粒径分布。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，所以选择除尘器时首先必须了解处理粉尘的粒径分布和各种除尘器的分级效率。

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，必须同时考虑除尘器除下粉尘的处理问题。

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中选用旋风除尘器。

焊接烟尘颗粒直径在0.1-1μm之间，热源温度600℃，为达到较高的除尘效率，参考下表1各种除尘器的性能和费用，由于袋式除尘器的阻力较小，在粒径0.5～1μm 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合适。为了对比选择，在表1给出了各种除尘器的综合性能：

表1 各种常用除尘器的综合性能表

4通风系统水力计算

4.1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）管段编号与长度标注如图7所示：

（2）各管段风量（L）：

管段21：L1=1300 m3/h =0.36 m3/s

管段2：L2=1300 m3/h =0.36 m3/s

管段3：L3= L1+ L2=2600 m3/h =0.72 m3/s

采用旋风除尘器不会导致漏风，故管段4与5的计算风量不会增加：管段4：L4=L3=2600m3/h =0.72m3/s

管段5：L5=2600 m3/h =0.72 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）确定合理的空气流速

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）

4）摩擦阻力、动压和局部阻力计算 （1）摩擦阻力计算

根据各管段风量与最小风速由图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：根据L 1=1300 m 3/h （0.36 m 3/s ）、V 1=19m/s 查图5得管径D 和比摩阻R m ，所选管道尽量符合通风管道统一规格。 D 1=150 mm R m1=30Pa/m

摩擦阻力 11m1l P ?=?m R =30×5.8=174 Pa

同理可查得管段2、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 2112

1

v P d ρ==21×1.2×192=216.6 Pa

同理可按上式计算管段2

、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，确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=1.5D ）2个 查表得 ξ=0.34

圆形三通（1→3）如图3 所示 合流 2/D R 30= 0.5/L L 13=

L3/

L1

ξ

1

-0.1

3

0.1

-0.1

0.2

-0.0

7

0.3

-0.0

3

0.4

0.50

+0.0

3

0.6

0.0

3

0.7

0.0

3

0.80

0.02

3

0.9

0.0

5查表3得,ξ=0.03

1.37

0.03

0.34

1.0=

+

+

=

∑ζ

图3 圆形三通

管段2:

与管段1情况完全相同

37

.1

03

.0

34

.0

1=

+

+

=

∑ξ

管段3:

除尘器进口变径管（渐扩管）

除尘器进口尺寸132×368 mm，变径管长度L=350mm,

21

.0

350

220

368

2

1

tan=

-

?

=

α, α=11.8°ξ=0.3

3.0

=

∑ξ

管段4:

除尘器出口变径管（渐缩管）

除尘器进口尺寸132×368 mm，变径管长度L=200mm,

295

.0

200

250

368

2

1

tan=

-

?

=

α, α=16.4°＜45°ξ=0.1

90°圆形弯头（R=1.5D ）2个查表得ξ=2×0.17=0.34

0度L=400mm

02.2250355F F 2

40=??

? ??= 131.0400

)250355(21tan =-?=

α, α=7.9° 由渐扩管的局部阻力系数查得ξ3=0.04

38.104.034.01.0=++=∑ξ 管段5： 风机出口渐缩管

风机出口尺寸252×288 mm,D 5=250 mm, 变径管长度L=400mm ，

095.0400

250

28821tan =-?=

α α=5.4°＜45° ξ1=0.1 带扩散管的伞形风帽（h/D 0=0.5） 得 ξ2=0.6

∴ 7.06.01.0=+=∑ξ

计算各段的局部阻力。

局部阻力计算公式：∑?=d P Z ξ （Pa ） 计算结果见表4：

表4 喷砂车间管道水力计算表

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，顾两者平衡，即为整个管路平衡

6)计算系统的总阻力

()∑+=?Z l R P m =476+104+264+191.5=1035.5 Pa 7）选择风机

风机风量 29902600*15.115.1===L L f m 3/h

风机风压 83.11905.1035*15.1*15.1==?=P P f Pa 选用3.64-C 型风机电机5164=f L m 3/h 520=f P 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=1.5kW 。 4.2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）确定合理的空气流速

（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V x =0.3m/s 。因此x/b=400/500=0.8，b/a =500/800=0.625，查得V x /V 0=0.15,罩口平均风速V 0= V x /0.15=0.3/0.15=2 m/s 。

所以，实际排风量L 1=FV 0=0.4×0.8×2=0.64m 3/s 。 同理L2=0.64 m 3/s ，L3=0.64 m 3/s 。 L4=L1+L2=1.28m 3/s L5=L3+L4=1.92 m 3/s

考虑到风管与除尘器漏风，管段5与6的计算风量为： L6=1.05×L5=2.02 m 3/s

管段6：L 6=L 5×(1+5%)=2.121m 3/s 管段7：L 7=L 6=2.121m 3/s

根据表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0.1-1μm 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 。

根据各管段风量与最小风速由下查得管径和单位长度的摩擦力（比摩阻）。所选风管应尽量符合课本附录9的通风管道统一规格。

① 摩擦阻力计算：

管段1：根据L 1=0.64m 3/s ，V 1=15m/s 查附录9得管径D 和比摩阻R m ，所选管道尽量符合通风管道统一规格。

D=235 mm R m =12Pa/m

摩擦阻力 11m1l P ?=?m R =15×6=90Pa

同理可查得管段2、3、4、5、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 2112

1v P d ρ==21

×1.2×152=135 Pa

同理可按上式计算管段2、3、4、5、6的动压具体结果见表9 查有关表格，确定各管段局部阻力系数。