第2章_控制工业有害物的通风方法.ppt

第二章控制工业有害物的通风方法1 通风方法2 全面通风量计算3 全面通风的气流组织4 空气平衡和热平衡5 事故通风 返回 基本要求 掌握通风方法的类型 掌握局部通风系统的组成 掌握全面通风原理 正确计算全面通风量 熟悉掌握空气平衡与热力平衡 气流组织 熟悉事故通风的特点及其应用 排风 把局部地点或整个房间内的污浊空气排至室外 进风 把新鲜 或经过处理 的空气送入室内 通风系统 由实现通风任务所需要的设备 管道及其部件组成的整体 第1节通风方法一 按通风动力分类二 按通风的服务范围分类 返回本章 一 按通风动力分类1 自然通风自然通风是依靠室外风力作用在建筑物上所形成的压差 或室内外的温度差 实质是密度差 造成的热压 使室内外的空气进行交换 达到对室内进行通风 从而改善室内空气环境 由室外风力进行的通风称为风压作用下的自然通风 由室内外温差进行的通风称为热压作用下的自然通风 返回 风压作用下的自然通风是当风吹过建筑物时 由于建筑物的阻挡 在迎风面和背风面形成压力差 从而空气由压力高的一侧通过门窗向压力低的一侧流动 热压作用下的自然通风是由于建筑物内外空气温度差产生了空气密度差 而形成压力差 室外较重的冷空气由下部门窗进入室内 而室内的较轻的热空气则由上部的窗口排出 形成自然通风 风压作用下的自然通风 热压作用下的自然通风 2 机械通风依靠通风机所产生的动力而使空气流动的方法 称为机械通风 由于风机的风量和压力可根据需要来选择 因此这种方法能确保通风量 并可控制空气流动方向和气流速度 也可以按所要求的空气参数 对进风和排风进行处理 二 按通风的服务范围分类1 局部通风局部通风是在车间工作地点某局部范围建立良好空气环境 或在有害物扩散前将其从产生源抽出和排出的通风系统 1 局部排风 局部抽出式通风 局部排风是在集中产生有害物的局部地点 设置有害物捕集装置 将有害物就地排走 以控制有害物向室内扩散 返回 局部排风系统1 局部排风罩2 风管3 净化设备4 通风机 典型的局部排风系统由四部分组成 局部排风罩 风管 净化装置 通风机 局部排风系统 系统式局部送风 2 局部送风 局部压入式通风 向局部工作地点送风 使局部地带造成良好的空气环境 主要用于局部降温 系统式就是利用通风机和风管 直接将室外新鲜空气或者经过处理后具有一定参数的空气送到工作地点 单体式局部送风 一般借助轴流风扇或喷雾风扇 直接将室内空气 再循环 以射流送风方式吹向作业地带 轴流风扇送风 喷雾风扇 2 全面通风全面通风就是对整个房间进行通风换气 其目的在于稀释室内有害物浓度 消除余热 余湿 使之达到卫生标准和满足生产要求 全面通风也叫稀释通风 全面通风可以利用自然通风方法来实现 也可以用机械通风方法来实现 当车间有害物源分散 工人操作点多且较分散 面积较大 安装局部通风装置影响操作 采用局部通风达不到室内卫生标准的要求时 应采用全面通风 全面通风又可分为全面送风 全面排风和全面送 排风 全面机械排风系统 1 全面排风在整个车间全面均匀进行排气的方式称全面排风 通过机械排风造成一定的负压 可防止有害物向卫生条件较好的邻室扩散 2 全面送风向整个车间全面均匀的进行送风的方式称为全面送风 这时室内处于正压 室内空气通过门窗压至室外 全面机械送风系统 全面送排风系统 3 全面送 排风一个车间可同时采用全面送风系统和全面排风系统相结合的全面送 排风系统 如门窗密闭 自行排风或进风比较困难的场所 第2节全面通风量的计算一 全面通风的设计原则二 全面通风量的计算三 有害物散发量的计算 返回本章 一 全面通风的设计原则 放散热 蒸气或有害物质的建筑物 当不能采用局部通风 或采用局部通风后达不到卫生标准要求时 应辅以全面通风或采用全面通风 设计全面通风时 宜尽可能采用自然通风 以节约能源和投资 当自然通风达不到卫生或生产要求时 应采用机械通风 或自然与机械的联合通风 民用建筑的厨房 厕所 浴室等宜设置自然通风或机械通风进行局部通风或全面通风 返回 二 全面通风量的计算1 全面通风换气的基本微分方程式基本假设 有害物在室内均匀散发 送风气流和室内空气的混合在瞬间完成 送排风气流是等温的 车间全面通风的简化图 返回 根据质量守恒原理 对于连续 稳定的通风过程 通风过程中排出有害物的量应与产生的有害物量达到平衡的原则 在d 时间内应满足下式 送入量 散发量 排走量 变化量 1 其中 送入量 Ly0d 散发量 xd 排走量 Lyd 变化量 d Vfy Vfdy将送入量 散发量 排走量和变化量代入式 1 即得全面通风的基本微分方程式为 2 2 全面通风基本微分方程式求解对式 2 进行变换得 对上式进行积分并整理可得 任意时刻室内的有害物浓度y为 如果室内空气中有害物初始浓度y1 0 则上式可写成 3 4 g m3 g m3 当 时 0 认为室内空气中的有害物浓度已稳定 且为 g m3 实际上 室内有害物浓度趋于稳定并不要求 当时 e 3 0 0497 1 可认为y已经趋于稳定 由式 3 式 4 作出室内有害物浓度y随通风时间 变化的曲线 图中1曲线是y1 y0 x L 2曲线是0 y1 y0 x L 3曲线是y1 0 室内有害物浓度随时间按指数规律增加或减小 增减的快慢取决于L Vf 5 3 稀释有害物通风量计算在实际计算中 最高允许浓度y是已经给定的 重要的是确定通风量L 由式 5 稳定状态下所需的全面通风量按下式计算 m3 s 6 当进风中不含有害物 即y0 0时 上式可写成 m3 s 7 考虑到室内有害物分布及通风气流的不均匀性 增加安全系数K 则 m3 s 8 选取K值要综合考虑多方面的因素 如有害物的毒性 有害物散发的不均匀性 有害物源的分布状况 通风气流组织等 对一般通风房间 取K 3 10 对生产车间 取K 6 只有精心设计的小型试验室 才能取K 1 例 某车间体积为500m3 车间内每秒钟产生4 5 10 5kg的二氧化硫气体 问进行全面通风时需要的通风量是多少 送风全部为室外空气 解 由于送风全部为室外空气 因而可认为送风气流中二氧化硫气体浓度y0 0 取安全系数K 8 查教材附录3得车间二氧化硫最高允许浓度为15mg m3 即15 10 3g m3 则通风量为 m3 s 4 消除余热 余湿的通风量计算 1 消除余热所需风量根据热平衡原理得到消除余热所需的全面通风量的计算公式 式中G 全面通风量 kg s Q 室内余热量 kJ s c 空气的质量比热 其值为1 01kJ kg 0C tp 排出空气的温度 0C t0 进入空气的温度 0C kg s 2 消除余湿所需风量根据湿平衡原理可得到消除余湿所需的全面通风量计算式 式中W 余湿量 g s dp 排出空气的含湿量 g kg干空气 d0 进入空气的含湿量 g kg干空气 kg s 5 全面通风总风量的计算车间可能同时散发多种有害物和余热余湿 根据 工业企业设计卫生标准 的规定 全面通风量应按下面两种要求确定 1 当数种溶剂 苯及其同系物 或醇类或醋酸类 的蒸汽 属于麻醉性气体 或数种刺激性气体 三氧化二硫及三氧化硫 或氟化氢及其盐类等 同时在室内放散时 由于它们对人体的作用是叠加的 全面通风量应按各种气体分别稀释至规定的接触限值所需空气量的总和计算 即L Li 式中Li为稀释每种有害物的风量 2 除上述有害物质的气体及蒸汽外 同时散发其他有害物 这些有害物对人体的作用是单独的 全面通风量应分别计算稀释各有害物所需的风量 然后取最大值 即L max Li 有害物容许浓度按 工业场所有害因素职业接触限值 的规定 例1 某车间内同时散发苯及二甲苯两种有机溶剂蒸气 各自散发量分别为 苯360g h 二甲苯600g h 求该车间所需的全面通风量 解 查教材附录3得两种有机溶剂蒸气的最高容许浓度分别为 苯40mg m3 二甲苯100mg m3 送风空气中上述两种溶剂蒸气的浓度y0 0 取安全系数为7 两种溶剂蒸气稀释到容许浓度所需要的通风量为 数种溶剂同时散发对人体危害作用的蒸气 全面通风量为各自风量之和 即L L1 L2 17 5 11 7 29 2 m3 s 苯 m3 s 二甲苯 m3 s 例2 某车间同时有两种刺激性气体散发 它们散发至车间的气体量为 氯化氢0 018g s和二硫化碳0 015g s 求所需的全面通风量 解 根据教材附录3查得上述两种刺激性气体的最高容许浓度 氯化氢15mg m3 二硫化碳10mg m3 而进风空气中y0 0 取安全系数为6 两种气体稀释到容许浓度所需要的通风量为 氯化氢 m3 s 二硫化碳 m3 s 由于氯化氢和二硫化碳都属于刺激性气体 全面通风量应取两者之和 即L L1 L2 7 2 9 16 2 m3 s 6 按换气次数计算全面通风量所谓换气次数 就是通风量L m3 s 与通风房间体积Vf的比值 换气次数n L Vf 次 h 其中 n 换气次数 次 h Vf 房间体积 则风量经验计算式为 L nVf 3600 m3 s 各种房间的换气次数 可从有关的通风设计资料中查取 三 有害物散发量的计算1 生产设备散热量的确定分别计算车间的最大和最小得热量 把最小得热量作为车间冬季计算热量 把最大得热量作为车间夏季计算热量 散热设备散热量完全用理论计算的方法确定设备散热量是很困难的 设计计算时可查阅有关文献 生产车间主要散热设备有下列几个方面 工业炉及其热设备的散热量 高温原材料 成品或半成品冷却的散热量 蒸汽锻锤的散热量 燃料燃烧的散热量 电炉 电动机的散热量 内燃机等动力设备的散热量 返回 2 散湿量的确定生产车间的散湿量是指进入空气中的水蒸气数量 主要有下列几方面 暴露水面或潮湿表面散发的水蒸汽量 原材料或半成品 成品的散发的水蒸气量 生产过程中散发的水蒸汽量 3 有害气体散发量的计算在生产车间内的有害气体和蒸气来源主要有以下几个方面 燃料燃烧产生的有害气体 通过炉子的缝隙入室内的烟气 从生产设备或管道的不严密处 漏入室内的有害气体 容器及化学品自由表面的蒸发 喷涂过程中散入室内的有害气体或蒸气 生产工艺过程中化学反应产生的有害气体 由于生产过程的繁杂 一般很难理论公式计算 通过现场测试和调查研究 参考经验数据 才能得出正确的有害气体或蒸气的散发量 第3节全面通风的气流组织一 气流组织与有害物源的关系二 送排风方式三 气流组织的确定原则 返回本章 气流组织是指合理布置送 排风口和分配风量 选用相应的风口形式 以便用最小的通风量获得最佳的通风效果 一 气流组织与有害物源的关系全面通风气流组织设计的最基本原则是 将新鲜空气送到作业地点或操作人员经常停留的地点 避免把有害物吹向工作区 同时有效地从有害物源附近或者有害物浓度最大的部位排走污染的空气 下图中 表示有害物源 表示人员的工作位置 箭头表示进 排风方向 返回 下图为几种不同的气流组织方式 其中a b c所示的气流组织方式通风效果差 而d e f所示的气流组织方式通风效果好 二 送排风方式通风房间气流组织的主要方式有 上送上排 上送下排 下送上排和中间送上下排等多种形式 1 上送上排送风口布置在车间上部 自上而下送风 气流通过工作地点后再返至上部 经排风口排出 如图所示 返回 途中可能受污染 有较多涡流区 2 上送下排新鲜空气从车间上部的送风口送入 通过工作地点 从车间下部的排风口排出 气流路线较为通畅且以纵向运动为主 涡流区较少 如图所示 这种气流组织方式可用于无热源存在的车间 3 下送上排从车间下部的送风口送入新鲜空气直接在操作地区散开 然后流向车间上部 经排风口排出 如图所示 这种气流组织方式多用于散发有害气体或余热的车间 下送上排的气流与车间内对流气流的流动趋势相符合 也与热压诱导的有害气体自下而上的趋势相一致 新鲜空气可沿最短路线迅速到达工作地点 途中受污染机会少 工人能直接接触到新鲜空气 4 中间送上下排从车间中部送入新鲜空气 然后流经车间上 下部 经排风口排出 如图所示 对于厂房较高的情况下 可采用中间送上下排的气流组织方式 三 气流组织的确定原则 送风口应位于排风口上风侧 送风口应接近人员所在地点 或者污染物浓度低的地带 保证送风先经过人员操作地带 后经污染区排至室外 排风口应设在污染物高的地方 把有害物迅速排至室外 在整个控制空间内 尽量使气流均匀 减少涡流的存在 从而避免污染物在局部地区聚集 通风房间内避免出现涡流区的原因是 在涡流区易燃易爆的有害物产生积聚 则达到一定浓度就会引起燃烧或爆炸 返回 通风设计中一般采用的气流组织方式 如果散发的有害物温度比周围空气温度高 或受车间发热设备影响产生上升气流时 不论有害物气体密度大小 均应采用下进上排的气流组织形式 如果没有热气流的影响 散发的有害物的密度比周围空气密度小时 应采用下进上排的形式 比周围空气密度大时 应从上下两个部位排出 从中间部位将清洁空气直按送至操作地区 车间内影响有害气体浓度分布的因素是复杂的 通常先进行模型实验 以正确确定复杂情况下的气流组织方式 第4节空气平衡和热平衡一 空气平衡二 热平衡 返回本章 一 空气平衡 风量平衡 单位时间进入室内的空气质量与排出的空气质量相等 通风房间的空气质量保持平衡 称空气平衡 空气平衡的数学表达式为 Gzj Gjj Gzp Gjp式中Gzj 自然进风量 kg s Gjj 机械进风量 kg s Gzp 自然排风量 kg s Gjp 机械排风量 kg s 返回 空气平衡的意义在没有自然通风的房间中 由空气平衡式中各类风量的数值不同 房间内的通风就会出现不同的状态 Gjj Gjp室内压力等于室外大气压力 室内外压差为零 用于无特殊要求车间 Gjj Gjp室内压力升高并大于室外压力 室内处于正压状态 室内的部分空气会通过房间不严密的缝隙或窗户 门洞渗到室外 把渗到室外的这部分空气量 称为无组织排风 这种状态适用于洁净度要求高的车间 Gjj Gjp室内空气压力小于室外大气压力 室内处于负压状态 室外空气就会渗入室内 把这部分空气量称为无组织进风 这种状态适用于产生有害物污染的车间 在工程设计中 为了使相邻房间不受污染 让清洁度要求高的房间保持正压 以免受室外空气影响 而使产生有害物的房间保持负压 以免污染室外空气 二 热平衡1 热平衡式要使房间内的空气温度保持不变 则房间内的总得热量 Qd与总失热量 Qs相等 也就是要保持房间内的热平衡 即热平衡 Qd Qs 通风房间内的热量计算模型如图所示 返回 当 Qd Qs 说明车间内热量过剩 空气温度将升高 需送冷风消除余热 当 Qd Qs 说明车间内热量不足 车间空气温度将降低 此时需采取措施补充热量 总得热量 Qd 设备散热量 Qf 机械进风热量cLjjtjj jj 自然进风热量cLzjtw w 循环风的热量cLhx n ts tn 失热量 Qs 围护结构 材料失热 Qh 通风排风热量cLptn n热平衡式为 Qh cLptn n Qf cLjjtjj jj cLzjtw w cLhx n ts tn 式中 Qh 围护结构 材料吸热造成的失热量 kW Qf 车间内设备 产品 半成品 热力管道及散热器等放热量 kW Lp 房间的总排风量 m3 s Ljj 机械进风量 m3 s Lzj 自然进风量 m3 s Lhx 再循环空气量 m3 s c 空气质量比热 c 1 01kJ kg 0C n 房间空气密度 kg m3 w 室外空气密度 kg m3 jj 机械进风密度 kg m3 tjj 机械进风温度 0C tn 室内空气温度 0C ts 再循环空气温度 0C tw 室外空气温度 0C 2 通风节能技术措施车间通风系统设计时 可采取以下的节能措施 设计局部排风系统 要保证通风效果的前提下 尽可减少排风量 从而减少车间的进风量和排风热损失 排风再使用 局部排风系统排出的空气在净化后 如能达到规定的卫生要求 考虑再循环使用 机械进风系统在冬季应采用较高的送风温度 直接吹向工作地点的空气温度 不应低于人体表面温度 340C 最好在37 500C之间 把室外空气直接送到局部排风罩或其附近 补充局部排风系统排出的风量 例如 采用送风通风柜 其70 的排风量由室外空气直接供给 这样的可以减小车间排风热损失 例 如图所示的车间内 生产设备总散热量Q1 350kW 围护结构失热量Q2 400kW上部天窗排风量Lzp 2 78m3 s 局部排风量Ljp 4 16m3 s 自然进风量Lzj 1 34m3 s 室内工作区温度tn 200C 室外空气温度tw 120C 车间的温度梯度为0 30C m 上部天窗中心高10m 求1 机械送风量Gjj 2 机械送风温度tj 3 加热机械进风所需的热量Q3 解 1 求机械送风量Gjj列出空气平衡方程Gjj Gzj Gjp GzpGjj Lzj w Lzp p Ljp 20 上部天窗的排风温度tp tn 0 3 H 2 20 0 3 10 2 22 40Ctn 工作区温度 即指工作地点所在的地面上2m以内的温度 确定相应温度的空气密度 3 48P T 按干空气计 机械进风量为Gjj Lzp p Ljp 20 Lzj w 2 78 1 19 4 16 1 2 1 34 1 35 6 49 kg s kg m3 2 求机械送风温度tj列出热平衡方程Q1 cGjjtj cGzjtw Q2 cGzptp cGjptnQ1 cGjjtj cLzjtw w Q2 cLzptp p cLjptn 20将已知数代入上式350 1 01 6 49 tj 1 01 1 34 12 1 35 400 1 01 2 78 22 4 1 19 1 01 4 16 20 1 2解得tj 37 80C3 求加热机械所需的热量Q3Q3 cGjj tj tw 1 01 6 49 37 8 12 326 4kW 第5节事故通风 返回本章 生产设备发生偶然事故或故障时 可能突然散发出大量有害气体或有爆炸性气体进入车间 这时需要尽快把有害物排到室外 这各通风称为事故通风 可能突然放散大量有害气体或有爆炸危险气体的生产厂房 应设置事故通风装置 事故通风装置只在发生事故时才开启使用 进行强制排风 事故排风宜由经常