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

Наименование	Размеры в м	Количество	Температура воды в град.
Ванна обезжиривания	1,5×0,8	2	80
// хромирования	1×0,8	2	50
// латунирования	1,5×0,8	1	18
// омеднения	1,5×0,8	1	18
// лужения	1×0,8	1	80
// масла	1×0,8	1	120

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

Наименование оборудования	Площадь в м2	Объем вытяжки в м2/час
Пескоструйная камера	0,7	0,7 · 1800 = 1250
То же	0,7	0,7 · 1800 = 1250
То же, с обслуживанием изнутри (диаметр сопла 6 мм)	-	6000
Всего		8500

 

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

Тип циклона	Без улитки		С улиткой на выхлопной трубе
ЦН-11	6,1	250	5,2	210
ЦН-15	7,8	160	6,7	140
ЦН-15у	8,2	170	5,7	160
ЦН-24	10,9	80	12,5	90
СИОТ	6,0	-	4,2	-
ВЦНИИОТ	10,5	-	10,4	-
ЛИОТ	4,2	460	3,7	411
СДК-ЦН-33	20,3	600	31,3	920
СК-ЦН-34	24,9	1270	30,3	1540

 

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 в циклоне (или воздушная нагрузка циклона) для принятого значения гидравлических сопротивлений вычисляется по формулам:

 

 

Скорость воздуха в циклоне или воздушная нагрузка в циклоне для принятого значения гидравлического сопротивления  вычисляется по формулам.

 

 

Пропускная способность (расход воздуха) циклона в зависимости от скорости воздуха во входном отверстии V_вх или в сечении корпуса V₀, гидравлических сопротивлений Р и размера циклона определяется по формулам:

 

 м³/ч

 м³/ч

 

Номограммы для определения пропускной способности циклонов в зависимости от их размеров и гидравлических сопротивлений при стандартных условиях воздушной среды (t = 20°С; Р = 780 мм. рт. ст) приведена ниже.

При запыленном воздушном потоке коэффициенты гидравлического сопротивления циклонов меньше, чем при незапыленном.

Необходимо иметь следующие данные о пыли:

- дисперсный состав пыли,

- плотность материала пылевых частиц, г/см³.

Дисперсный состав пыли, представляемый обычно в виде таблицы, в которой указаны массы отдельных ее фракций , следует пересчитать на массы D, имеющих размер меньше . По этим значениям D следует на логарифмически вероятностной координатной сетке построить кривую распределения частиц пыли, определить диаметры частиц  и  вычислить величину .

При липких пылях, а также пылях, склонных к образованию агрегатов, следует рекомендовать применение методов, не требующих предварительного осаждения пыли и вторичного ее диспергирования. В таких случаях целесообразно применить метод струйных сепараторов-импакторов.

В тех случаях, когда дисперсный состав пыли задан в виде фракций по числу частиц, их надо пересчитать на фракции по массе частиц, пользуясь следующей формулой (таблица 7):

 

 

Где,  – сумма произведений числа частиц n на куб среднего диаметра частиц, начиная от первой / i=1 / до последней / i=к /фракции.

Фракционный состав пыли, выносимой из циклона, определяют по формуле

 

 

где, D_y – фракция пыли по массе частиц, уносимых с воздухом, уходящим из циклона.

Сумма масс всех фракций  вычисленных по формуле, должна составить 100%. Если, вследствие приближенности определения значений , эта сумма не составит 100%, то в величины  вносятся соответствующие поправки.

Величины фракционной (рисунки 16 и 17) степени очистки  находятся из вспомогательного графика, который строится на логарифмически вероятностной координатной сетке в виде прямой линии по двум точкам, имеющим следующие координаты:

 

 при  и  при

 

Где,  – диаметр частиц, улавливаемых в циклоне на 50%

Величины  находятся из вспомогательного графика по соответствующим значениям среднего диаметра граничных частиц фракций:

 

;  … и т.д.

 

Рисунок 8. – Дисперсный состав пыли

Таблица 7. – Дисперсионный состав пыли

δ, мк	δср, мк (по форм. 9)	Δ Dn,%	Δ DnХδср3%, мк3	Δ D,%	δ, мк	D,%
0,4-1	0,7	85,90	29,4	9,3	1	9,3
1-2	1,5	11,96	40,4	12,8	2	22,1
2-5	3,5	1,94	83,3	26,2	5	48,3
2-10	7,5	0,17	71,6	22,5	10	70,8
10-15	12,5	0,02	39,1	12,3	15	93,1
15-20	17,5	1,01	53,5	16,9	20	100
Всего:		100,0	317,3	100,0

 

При расчете степени очистки воздуха от пыли в выбранном типе циклона следует исходить из следующих данных:

- диаметра корпуса циклона;

- принятой в проекте величины гидравлических потерь;

- температуры воздуха;

- плотности материала пылевых частиц;

- фракционного состава пыли, характеризуемого двумя параметрами  и ;

- диаметра частиц пыли, улавливаемых в данном циклоне на 50%.

 

Рисунок 9. – Фракционная степень очистки воздуха от пыли

 

Диаметры частиц пыли, улавливаемых на 50% ( ) для различных циклонов приведены в графике.

Рисунок 10. – Зависимость частиц пыли от диаметра циклона типа

ЛИОТ

 

Графики построены по данным исследований, в которых использована кварцевая пыль плотностью 2,65 г/см при температуре воздуха 20⁰С (вязкость М = 183,10 г/см.сек.) (рисунок 10).

Поэтому в тех случаях, когда плотность частиц пыли не равна 2,65 г/см³, необходимо найденную из графиков величину пересчитать по формуле

 

 

где  диаметр частиц, улавливаемых в циклоне на 50% при плотности материала частиц г .

При температуре воздуха не равной 20⁰С полученную величину необходимо еще раз пересчитать па формуле

 

 

где  – диаметр частиц, улавливаемых в циклоне на 50% при плотности материала частиц  и вязкости воздуха .

Для определения общей степени очистки воздуха от пыли на логарифмически вероятностную сетку (рисунок 11).

 

Рисунок 11. – Определение общих степеней очистки циклонов

 

Таблица 8. – Размерные характеристики циклонов типа ЛИОТ

Циклон	D	d	a	b	Нц	Нк	Нфл	Нb	Н	d1
№1	556	325	170	115	850	680	47	50	1580	140	280
№2	765	445	245	160	1225	980	67	75	2280	200	380
№3	970	570	300	200	1500	1200	80	90	2790	240	485
№4	1115	655	345	230	1725	1380	93	105	3210	280	560
№5	1230	730	385	250	1925	1540	103	115	3580	310	615
№6	1330	780	410	285	2050	1640	110	125	3815	330	665
№7	1445	845	445	300	2225	1780	120	135	4140	360	725
№8	1600	940	495	330	2475	1980	133	150	4605	400	800
№9	1765	1035	545	365	272	2180	147	165	5070	440	880
№10	1890	1110	585	390	2925	2340	160	180	5445	480	945

 

Рисунок 12. – Основные размерные характеристика циклона типа

ЛИОТ

 

Рисунок 13. – Номограмма зависимостей расхода воздуха от

гидравлических сопротивлений циклонов при температуре воздуха

t=20⁰C