工业通风课程设计.doc

课 程 设 计课 程 工业通风 题 目 某企业生产车间通风系统设计院 系 安全与环境工程学院 专业班级 安全工程（本科）1004班 学生姓名 chenyuanmomo 指导教师 胡鸿 黄俊歆 完成时间 2012.12.9 23 课程设计任务书学生： 专业： 安全工程 班级： 1003班 I、课程设计(论文)题目：某企业生产车间通风系统设计II、课程设计原始资料(数据)：(1)某企业生产车间喷砂车间和焊接车间基本情况；(2)车间平面布局图；(3)简明通风设计手册；(4)暖通空调制图标准等。III、课 程 设计完成的主要内容：(1)喷砂车间喷砂室除尘系统设计；(1) 焊 接车间焊接平台通风除尘系统设计。IV、提交设计形式（设计说明书与图纸、计算等）及要求：提交一份某企业生产车间通风系统设计报告和设计图纸两张。要求语句通顺、层次清楚、推理逻辑性强，设计明确、可实施性强。报告要求用小四号宋体、A4纸型打印；图纸部分要求运用Auto CAD严格按照作图规范绘制，采用国际统一标准符号和单位制，并打印。日期： 自 2012年 12 月 9 日 至 2012年 12 月 23 日 指导教师： 胡鸿 黄俊歆 摘 要 课程设计是培养学生综合运用所学知识，发现、提出、分析和解决实际问题，锻炼实践能力的重要环节，是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程，也是培养学生实际动手能力的有效途径。本次课程设计的主要目的是培养我们运用工业通风与除尘及相关学科的理论和技术解决本专业工业卫生方面的实际问题、提高我们在现场收集及利用资料进行制图、计算的综合能力。此次课程设计为某企业生产车间通风系统设计，主要要将喷砂车间和焊接车间产生的大量金刚砂粉尘和有害气体通过合理有效的通风除尘系统来净化空气，把新鲜的或经专门处理的清洁空气送入车间内，提高整个车间及其周围环境的空气质量，保护工人身体健康，进而防止疾病的产生。关键字：通风系统；除尘；职业病；设计；净化空气ABSTRACT This course designed is to cultivate students comprehensive use of knowledge, and discovery, puts forward, analyze and solve practical problems, and exercise practice ability the important link, is to the students practical working ability of the specific training and inspection process, but also to cultivate students practical ability of the effective way. The curriculum design of the main purpose is to develop we use industrial ventilation and dust removal and related discipline theory and technology to solve this major industrial hygiene aspects of practical problems, and improve our in the collection and use of data mapping, calculation of the comprehensive ability.The curriculum design for the enterprise production workshop ventilation system design, the main will sand workshop and welding workshop produce a large number of emery dust and harmful gas through the reasonable and effective ventilation dust removal system to purify air, fresh or special treatment by the clean air into the workshop, improve the whole workshop and its surrounding environment, air quality and protect workers health and prevent disease produces.Keywords:Industrial;ventilation;dust;Occupational;disease ;designed;Purify air .1 前言在工业生产过程中，如何为生产提供洁净的空气已成为21世纪人类生命科学的重要课题，作为改善环境的重要因素车间的通风除尘系统愈来愈引起人们的重视。抛光车间产生的粉尘、发电机房产生的余热、生产设备或生产过程气体（烟气）排放物的污染、工业炉窑和交通工具排放物的污染、建筑施工环境污染等，都对自然环境和空气质量都带来了新的问题。粉尘、有害蒸汽和气体以及余热和余湿的污染是空气质量控制技术研究的首要问题。由于这次课程设计的关系，我深入的了解了生产车间的各项情况，生产车间的空气环境是很不好的。有很多对人体有害的气体和灰尘，是人易患呼吸道方面的职业病。这是对人体很不好的，人类在生产和生活过程中，需要有一个清洁的空气环境（包括大气环境和室内空气环境）。但是，许多生产过程如水泥、耐火材料、有色金属冶炼、抛光、铸造等都会散发大量粉尘，为了保证室内空气的清洁度，通风系统的进风需要净化处理。对于以温湿度要求为主的通风系统，进风空气的含尘浓度一般要求低于12mg/m3。为了合理的布置通风系统及确定风管的尺寸，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。课程设计的主要目的就是针对简单的应用工业通风工程中所学的知识，进行一个简单排风系统的设计。设计后对其通风系统的排风罩的计算,系统划分，风管布置,课程在设计的主要目的就是针对简单的应用工业通风工程中学的进行一个简单排风系统的设计。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。2 车间简介2.1 车间的基本布局在喷砂车间，电镀是对基体金属的表面进行装饰、防护以及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、氧化皮及铸件表面的熔渣等杂质，在电镀生产中多用于铸件的镀前处理，它可以打掉翻砂遗留在铸件上的砂土和高含碳层，保证电镀工艺易于进行，喷砂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，平面布局如图1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，一手拿工件，一手拿压缩空气管道和干砂管道，考虑到工作时含尘浓度高，应考虑喷砂室的密闭性。 焊接车间该车间用三个焊接平台，平台尺寸为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、臭氧，焊接烟尘颗粒直径在0.1-1m之间，热源温度600。图1 车间平面图2.2 车间内粉尘的来源、特性和危害喷砂车间产生粉尘，粉尘的成分有：毛刺、氧化皮及铸件表面的熔渣等杂质粉剂、粉末、纤维质灰尘等（石棉粉尘）。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、氧化皮及铸件表面的熔渣等杂质，在电镀生产中多用于铸件的镀前处理，它可以打掉翻砂遗留在铸件上的砂土和高含碳层，保证电镀工艺易于进行，喷砂一般在喷砂室内进行。如防尘措施不够完善，均可能有大量粉尘外逸，污染生产环境，影响人的健康。块状物料破碎成细小的粉状微粒后，除了继续保持原有的主要物理化学性质外，还出现了很多新的特性，如爆炸性、带电性等等。在这些特性中，与除尘技术关系密切的，有以下几个方面：粉尘的密度、粘附性、爆炸性、荷电性与比电阻、粉尘的润湿性、粉尘的粒径及粒径分布、粉尘的分散度、粉尘的硬度和溶解度等。在生产过程中工业有害物危害人体主要的途径是经呼吸道进入人体，其次是经皮肤进入人体，通过消化道进入人体的较少。有些毒性强的金属粉尘进入人体后，会引起中毒以至死亡。此外，它们都直接对肺部产生危害。有些非金属粉尘如石棉、炭黑等，若吸入人体后不能排除将变成石棉肺或尘肺。粒径大于5m的粒子容易被呼吸道阻留，一部分阻留在口、鼻中，一部分阻留在气管和支气管中。粒径为25m的微粒大都阻留在气管和支气管；粒径小于2m的微粒能进入人体的肺泡。如果在肺泡沉淀下来，由于肺泡壁板薄、总表面积大，有含碳酸液体的润湿，再加上周围毛细血管很多，其成为吸收有害物的主要地点。从上述分析可以看出，2m以下的粉尘对人体危害较大，而抛光车间的粉尘粒径为0.51m，所以有必要除尘。3喷砂车间通风系统设计3.1 系统划分因为，喷砂车间和焊接车间产生的粉尘种类不一样，而且两个车间的工作台相距甚远，所以，通风系统宜分为两个系统，喷砂车间和焊接车间车间各一个。除尘设备和风机可设置在室外，排风系统的结构布置应合理、适用、省材、省工。3.2排风罩的选用由于作业时工人应两手伸入喷砂室内，一手拿工件，一手拿压缩空气管道和干砂管道，考虑到工作时含尘浓度高，应考虑喷砂室的密闭性。所以喷砂车间通风系统排风罩选用密闭罩中矩形上部吸气罩。焊接车间采用二氧化碳气体保护焊，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、臭氧，焊接烟尘颗粒直径在0.1-1m之间，热源温度600。该焊接车间通风系统采用上部热源接受式排风罩。1）喷砂车间根据喷砂车间排风量的计算公式得:L=VF=0.251.21.2=0.36 m3/s =1300 m3/s2）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10001000600mm，则:罩口断面尺寸为AB=1000mm1000mm,因而得B=1000mm取H=900mm，则：根据M=2B得，M=2000mm在热源顶部热射流的横断面积，所以该罩为低悬罩。热源的对流散热量为： 热射流收缩断面上的流量为： 考虑到其横向气流影响较小，所以罩口断面尺寸为取，则排风罩排风量为：3.3风管的布置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。 331 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）以及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及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3所示）。图3 圆形三通示意图 3.4 风管断面形状的选择和管道定型化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。3.5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，砖及混凝土等。材料对比如下：1）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。2）硬聚氯乙烯塑料板适用于有腐蚀作用的通风、空调系统。这种材料表面光滑，制作方便，但不耐高温不耐寒，只适用于-10+60的环境，并且在辐射热作用下容易脆裂。3）砖、混凝土等材料可结合厂房车间的装饰，经久耐用，但阻力较大。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0.51.5mm的薄钢板材料制作。3.6 除尘器的选择选择除尘器时必须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效率是完全不同的。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、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0.1-1m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0.51m 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除尘器名称适用的粒径范围（m）效率（）阻力（Pa）设备费运行费重力沉降室505050130少少惯性除尘器20505070300800少少旋风除尘器51560908001500少中水浴除尘器11080956001200少中下卧式旋风水膜除尘器595988001200中中冲激式除尘器59510001600中中上电除尘器0.51909850130大中上袋式除尘器0.51959910001500中上大文丘里除尘器0.519098400010000少大3.7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）管段编号及长度标注如图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及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/s2)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）粉尘类型粉尘名称垂直风管水平风管纤维粉尘干锯末、小刨屑、纺织尘木屑、刨花干燥粗刨花、大块干木屑潮湿粗刨花、大块湿木屑棉 絮麻石棉粉尘101214188111212141620101318矿物粉尘耐火材料粉尘粘 土石 灰 石水 泥湿土（含水2%以下）重矿物粉尘轻矿物粉尘灰土、沙尘干细型砂金刚砂、刚玉粉1413141215141216171517161618181614182019金属粉尘钢铁粉尘钢 铁 屑铅 尘131920152325其他粉尘轻质干粉尘（木工磨床粉尘、烟草灰）煤 尘焦炭粉尘谷物粉尘8111410101318124）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及最小风速由图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L1=1300 m3/h（0.36 m3/s）、V1=19m/s查图5得管径D和比摩阻Rm，所选管道尽量符合通风管道统一规格。 D1=150 mm Rm1=30Pa/m摩擦阻力 =305.8=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 =1.2192=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（=60）1个 =190圆形弯头（R=1.5D ）2个 查表得 =0.34圆形三通（13）如图2 所示 合流 表3 圆形三通局部阻力系数合流（R0/D1=2）L3/L110-0.130.10-0.100.20-0.070.30-0.030.4000.50+0.030.600.030.700.030.800.0230.900.05查表3得,=0.03 图2 圆形三通管段2: 与管段1情况完全相同 管段3: 除尘器进口变径管（渐扩管）除尘器进口尺寸132368 mm，变径管长度L=350mm, =11.8=0.3管段4: 除尘器出口变径管（渐缩管）除尘器进口尺寸132368 mm，变径管长度L=200mm, =16.445=0.1 90圆形弯头（R=1.5D ）2个 查表得=20.17=0.34 暂先近似选出一台风机，风机进口直径D=355mm, 变径管长度L=400mm , =7.9表4 渐扩管的局部阻力系数查表4 得3=0.04 管段5： 风机出口渐缩管风机出口尺寸252288 mm,D5=250 mm, 变径管长度L=400mm， =5.445 1=0.1 带扩散管的伞形风帽（h/D0=0.5）表5 伞形风帽的局部阻力系数查表5 得 2=0.6 计算各段的局部阻力。局部阻力计算公式： （Pa）计算结果见表6： 表6 喷砂车间管道水力计算表管段编号风量（m3/h）（m3/s）长度L（m）管径D（）流速vm/s动压Pd（Pa）局部阻力系数局部阻力Z（Pa）比摩阻Rm摩擦阻力Pm管段阻力(Pa)备注11300(0.36) 615019216.61.372963018047632600(0.72)222019216.60.364204010442600(0.72)6250151351.38186137826452600(0.72)7.5250151350.7941397.5191.521300(0.36)615019216.61.37296301804765)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=476+104+264+191.5=1035.5 Pa7）选择风机 风机风量 m3/h 风机风压 Pa 选用 型风机电机 m3/h 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。38 焊接车间通风系统设计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、标注长度如上图所示：（2）各管段风量（L）：管段1：L1=1728 m3/h = 0.48m3/s管段2：L2= 1728 m3/h =0.48 m3/s管段3：L3= 1728 m3/h =0.48 m3/s管段4：L4= L1+L2=1728+1728=3456m3/h =0.96 m3/s管段5：L3=L3+L4=3456+1728=5184m3/h =1.44 m3/s考虑到风管及除尘器漏风，管段5及6的计算风量为：管段6：L6=L5(1+5%)=51841.05=5443.2 m3/h =1.512m3/s管段7：L7=L6=5443.2 m3/h =1.512m3/s2）选择最不利环路 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根据表3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0.1-1m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。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及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8的通风管道统一规格。管段1：根据L1=1728 m3/h（0.48 m3/s）、V1=15m/s 查图4得管径D和比摩阻Rm，所选管道尽量符合通风管道统一规格。 D1=180 mm Rm1=15 Pa/m摩擦阻力 =155=75 Pa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5（2）动压计算管段1： 动 压 =1.2152=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5（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：热源上部接受式排风罩（=60）1个 得 =0.0990圆形弯头（R=1.5D ）2个 查表3 得=20.17=0.34圆形三通（13）如图2 所示 合流 表3 圆形三通局部阻力系数合流（R0/D1=2）L3/L110-0.130.10-0.100.20-0.070.30-0.030.4000.50+0.030.600.030.700.030.800.0230.900.05查表3得,=0.03 管段2: 与管段1情况相同，管段3：与管段1情况相同，管段4：90圆形弯头（R=1.5D ）1个 查表3 得=0.17圆形三通（13）如图2 所示 合流 查表3得,=0.03管段5: 除尘器进口变径管（渐扩管）除尘器进口尺寸408308 mm，变径管长度L=300 mm, =11.9表5 渐扩管的局部阻力系数得出 =0.32490圆形弯头（R=1.5D ）2个 得=20.17=0.34得出 管段6:除尘器出口变径管（渐缩管）除尘器出口尺寸408308mm，变径管长度L=300mm, =4.645得出 =0.190圆形弯头（R=1.5D ）2个 得出=20.17=0.34风机出口渐扩管暂先近似选出一台风机，风机进口直径D=440mm, 而管段6的管径D6=360 mm，变径管长度：L=300, =7.6得出=0.03 管段7： 风机出口渐扩管风机出口尺寸288252 mm,D7=360 mm, 变径管长度L=300mm， =6.8 表6 通风机出口变径管阻力系数查表6 得 1=0.06带扩散管的伞形风帽（h/D0=0.5）