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

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0引言焊接技術(shù)是近代先進(jìn)制造方法之一，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中占有舉足輕重的地位。焊接過(guò)程中，電弧區(qū)的最高溫度可達(dá)5000℃左右，任何金屬及其氧化物均可被熔化、蒸發(fā)，該過(guò)程將產(chǎn)生大量的粉塵、氣體和蒸汽。粉塵主要來(lái)源于焊條的藥皮，小量來(lái)自焊芯和母材，其化學(xué)成分多達(dá)二十余種，常見(jiàn)的有Fe、Ca、Mn、Si、Ni、Cu、Cr等。焊接過(guò)程產(chǎn)生的有害氣體主要為：CO、CO2、NOX、O3等。焊接過(guò)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(guó)內(nèi)外對(duì)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(wú)組織氣流在空間內(nèi)帶動(dòng)污染物擴(kuò)散，并且消耗的空氣量較少。對(duì)于焊接車間，有固定工作臺(tái)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(guò)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(guò)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，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(jì)規(guī)范（GB50019-2003）》中規(guī)定：同時(shí)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(shí)1次換氣，房間高度大于6米時(shí)，排風(fēng)量可按每平方米地面面積6m3/h計(jì)算[1]。在焊接車間內(nèi)，當(dāng)工作地點(diǎn)不固定時(shí)，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(lái)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(jì)時(shí),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(duì)于高大工業(yè)廠房，全面通風(fēng)勢(shì)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(dòng)力，把有害物輸送到排風(fēng)口再由其排除，或者利用射流來(lái)阻擋、控制有害物的擴(kuò)散。從通風(fēng)工程空氣流動(dòng)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(jiàn)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(gè)設(shè)備散發(fā)的有害物，而且可以對(duì)整個(gè)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(gè)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(shí)，射流在10d0～25d0處匯合，射流到達(dá)30d0～50d0以后各點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)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(gè)區(qū)域內(nèi)的運(yùn)動(dòng)近似于平面運(yùn)動(dòng)，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(gè)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(gè)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(dòng)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(chǎng)狀況分析，吹吸式通風(fēng)利用射流形成空氣隔斷，能對(duì)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(duì)較少并且不會(huì)影響現(xiàn)場(chǎng)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(zhǎng)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(jì)時(shí),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(shí)排風(fēng)10～15次[4]。本工程采用每小時(shí)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(shí)，送排風(fēng)管道采用1mm厚的鍍鋅鋼板，共計(jì)2640m2；排風(fēng)口(800mm×800mm)48個(gè)；送風(fēng)口(1000mm×800mm)40個(gè)；送風(fēng)機(jī)8臺(tái)（風(fēng)量66541m3/h，功率22kw）；排煙風(fēng)機(jī)4臺(tái)（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(jì)規(guī)范（GB50019-2003）》，側(cè)送多股平行射流，采用單側(cè)送風(fēng)時(shí)，射流末端上邊界與對(duì)方墻面在工作區(qū)以上相交；雙側(cè)對(duì)送時(shí)，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(shí)，采用雙側(cè)對(duì)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(duì)有恒溫要求的場(chǎng)合取0.3m。根據(jù)實(shí)驗(yàn)，推薦Y值范圍如下[7]：Y=()X,射程較大時(shí)可取X，射程較小時(shí)可取到X。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(jì)規(guī)范（GB50019-2003）》，采用噴口送風(fēng)時(shí)，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(jì)算確定送風(fēng)管路上噴口直徑為0.3m，噴口個(gè)數(shù)為40個(gè)。排風(fēng)管道上設(shè)置3m×0.5m的側(cè)吸風(fēng)口24個(gè)。送排風(fēng)管道采用1mm厚的鍍鋅鋼板，共計(jì)1980m2。送風(fēng)機(jī)4臺(tái)（風(fēng)量61321m3/h，功率24kw），排煙風(fēng)機(jī)4臺(tái)（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(jiàn)表1。本工程中鍍鋅鋼板風(fēng)道單價(jià)為120元/m2，送風(fēng)口（1000mm×800mm）單價(jià)120元/個(gè)，排風(fēng)口（800mm×800mm）單價(jià)為100元/個(gè)，噴口（直徑為0.3m）單價(jià)為150元/個(gè)，工業(yè)用電0.8元/度。每日耗電按八小時(shí)計(jì)算。方案通風(fēng)比較方案初投資運(yùn)行費(fèi)用（萬(wàn)元/年）風(fēng)機(jī)設(shè)備（萬(wàn)元）管