卫生工程讲义

卫生工程讲义 冯慧珍山西省卫生厅卫生监督所2007年5月17日 第一讲概念第二讲为什么要进行工业通风第三讲通风基本知识第四讲局部排风罩的基本型式第五讲通风排气中粉尘的净化第六讲通风管道的设计计算 第一讲概念一 什么是卫生工程学 卫生工程学有哪些基本内容 卫生工程学 它是应用工程技术和有关学科的理论及实践来控制生活和生产环境中存在的不利因素 以创造适宜环境 保障人类健康为目的的一门综合性科学 通俗的讲 是工程技术知识在卫生领域中的具体应用 卫生工程学的基本内容有以下几方面 1 工业与民用建筑通风2 采暖和空气调节技术3 室内外空气污染控制技术4 物理环境因素控制技术5 给水与污水处理技术6 固体废物无害化和综合利用技术7 人机工程学在卫生领域的应用 二 卫生工程学在职业卫生工作中的应用 1 在建设项目可研阶段需进行职业病危害的预评价 预评价要对可研提出的各类职业病防护设施进行技术可行性和是否满足国家职业卫生标准要求的评价 不满足的我们要提出切实可行的具体措施 2 在设计阶段 要求我们对建设项目产生严重职业病危害的防护设施设计进行审查 卫生监督工作中的应用 3 竣工时职业病危害的防护设施验收 服务机构和监督中均应用 还有如评价中涉及到的采光与照明技术 建筑平面 竖向布置等 均是工程技术在卫生领域具体应用的表现 由此可见 卫生工程学是建设项目职业病危害评价较为关键的专业技术基础 三 什么是职业卫生防护设施 职业卫生防护设施 是指用于防止粉尘 毒物 噪声及生物等有害因素对人体的危害所采取的工程措施 如 防尘罩 通风柜等 四 什么是个体防护用品 个体防护用品 是指作业工人配戴的用于防止粉尘 毒物 噪声及生物等有害因素的防护物品 如 防噪声耳塞 防酸防碱服 防护眼镜 防尘口罩 防毒面具等等 第二讲为什么要进行工业通风一 工业有害物的来源主要来源于工业生产中所使用或生产的原料 辅助原料 半成品 成品 副产品以及废气 废水和废热 如粉尘 在冶金 机械 建材 轻工 电力等行业 毒物 化工 焦化 印染 造纸 农药等行业 二 工业有害物的危害三 粉尘在车间的传播机理任何粉尘都要经过一定的传播过程 才能以空气为煤介侵入人的机体组织 使尘粒从静止状态变成悬浮于周围空气中的作用 称为 尘化 作用 下面是尘化作用的几种情况 1 剪切压缩造成的尘化作用图1 22 诱导空气造成的尘化作用图1 33 综合性的尘化作用图1 44 热气流上升造成的尘化作用图1 5 在工程上我们把这种使尘粒由静止状态进入空气中浮游的尘化作用称为一次尘化作用 一次尘化作用造成了局部地点的空气污染 那么这些浮游的尘粒又是怎样在车间传播的呢 我们再来看一个例子 尘粒所受的力主要有四个方面 重力 机械力 惯性力 分子扩散力和气流带动尘粒运动的力 有实验证明 尘粒在重力作用下自由降落时 最大降落速度为0 008m s 与一般车间具有的空气流动速度 0 2 0 3m s 相比是很小的 当尘粒受到作布朗运动的空气分子的撞击而扩散运动时 由于尘粒的质量比分子大得多 尘粒依靠扩散在1秒种内运动的距离只有1 2 10 6m与室内气流速度相比 分子扩散力的作用完全可以忽略不计 当尘粒受机械力作用以初速度作水平运动时 尘粒呈减速运动 假设尘粒以初速度为10m s作水平运动 经过10秒钟后 尘粒的速度迅速降到5 10 5m s 很快失去动能 尘粒运动的最大距离也只有8 10 3m 这表明即使借助机械力 尘粒也不能单独在车间内传播 由此可知 细小的粉尘本身没有独立运动的能力 一次尘化作用给于粉尘的能量是不足以使粉尘扩散飞扬的 它只造成局部地点的空气污染 造成粉尘进一步扩散 污染车间空气环境的主要是二次气流 即由于通风或冷热气流对流所形成的室内气流 二次气流带着局部地点的含尘空气在整个车间内流动 使粉尘散布到整个车间 二次气流的速度越大 作用越明显 通过以上分析可以看出 粉尘是依附于气流而运动的 只要控制室内气流的流动 就可以控制粉尘在室内的扩散 改善车间空气环境 这就是我们为什么要采用通风方法合理组织车间内气流来控制工业有害物的原因 第三讲通风基本知识 一 自然通风自然通风是一种比较经济的通风方式 它不消耗动力 可以获得巨大的通风换气量 例如在某些平炉车间和轧钢车间 余热量较大的热车间常用自然通风进行全面换气 降低室内空气温度 自然通风换气量的大小与室外气象条件密切相关 难以人为地进行控制 自然通风除了用于工业与民用建筑的全面通风外 某些热设备的局部排气系统也可以采用自然通风 1 自然通风的作用原理a 热压作用下的自然通风b 风压作用下的自然通风某热车间的自然通风 2 避风天窗在风的作用下 普通天窗迎风面的排风窗孔会发生倒灌 因此 在平时要及时关闭迎风面天窗 只能依靠背风面天窗进行排风 这样既增加了天窗面积 又给天窗的管理带来了很多麻烦 为了让天窗能稳定排风 不发生倒灌 可以在天窗上增设挡风板 或者采取其它措施 保证天窗排风口在任何风向下都处于负压区 这种天窗称为避风天窗 3 关于建筑形式的选择a 为了增大进风面积 以自然通风为主的热车间应尽量采用单跨厂房 b 如果迎风面和背风面的外墙开孔面积占外墙总面积25 以上 而且车间内部阻挡较少时 室外气流在车间内的速度衰成比较小 能横贯整个车间 形成所谓的 穿堂风 C 为了提高自然通风的降温效果 应尽量降低进风侧窗离地面的高度 一般不宜超过1 2m 进风窗最好采用阻力小的立式中轴窗和对开窗 把气流直接导入工作区 集中采暖地区 冬季自然通风的进风窗应设在4m以上 以便室外气流到达工作区前能和室内空气充分混合 4 厂房总平面布置为了保证厂房自然通风效果 厂房主要进风面一般应与夏季主导风向成60 90 角 不宜小于45 同时应避免大面积外墙和玻璃窗受到西晒 为了保证厂房有足够的进风窗孔 不宜将过多的附属建筑布置在厂房四周 特别是厂房的迎风面 5 工艺布置为了使工人能直接接受室外新鲜空气 工作区应尽可能布置在靠外墙的一侧 热源应尽量布置在天窗下部或下风侧 以便高温的污染空气顺利排至室外 二 全面通风全面通风也称稀释通风 它一方面用清洁空气稀释室内空气中的有害物浓度 同时不断地把污染空气排至室外 使室内空气中有害物浓度不超过国家卫生标准的限值 1 全面通风量的计算 当数种溶剂 苯及其同系物或醇类或醋酸酯类 蒸汽 或数种刺激性气体 三氧化硫及二氧化硫或氟化氢及其盐类等 同时放散于空气中时 全面通风换气量应按各种气体分别稀释至规定的接触限值所需要的空气量的总和计算 除上述有害物质的气体及蒸汽外 其他有害物质同时放散于空气中时 通风量应仅按需要空气量最大的有害物质计算 2 换气次数 n 就是通风量 L 与通风房间体积 V 的比值 换气次数n L V 次 时 各种房间的换气次数可以从设计手册中查到 一般有害物可按5 8次取值 3 事故通风 在生产中可能突然逸出大量有害物质或易造成急性中毒或易燃易爆的化学物质的作业场所 必须设计自动报警装置 事故通风设施 其通风换气次数不小于12次 时 事故排风装置的排出口 应避免对居民和行人的影响 4 人工空气调节 是指对洁净环境的空气调节 工作场每名工人所占容积小于20m3的车间 应保证每人每小时不小于30m3的新鲜空气量 L M Ys Y0 L 新鲜空气量M 成人呼出的CO2量值 取18L 人 hYs CO2的卫生标准 为1 0L m3Y0 空气中CO2的含量 取0 4L m3 三 局部通风局部通风系统分为局部进风和局部排风两大类 它们都是利用局部气流 使局部工作地点不受有害物的污染 造成良好的空气环境 1 局部排风系统 2 局部送风系统对于面积很大 工作人数较小的生产车间 用全面通风的方式改善整个车间的空气环境 既困难又不经济 同时也是不必要的 例如某些高温车间 没有必要能整个车间进行降温 只需向少数的局部工作地点送风 在局部地点造成良好的空气环境 这种通风方法称为局部送风 第四讲局部排风罩的基本型式 在生产车间设置局部排风罩的目的是要通过排风罩口控制污染气流的运动 来控制工业有害物在室内的扩散和传播 设计完善的局部排风罩能在不影响生产工艺和生产操作的前提下 用较小的排风量获得最佳的效果 保证工作区有害物浓度不超过国家卫生标准 因此 下面重点介绍一些常用局部排风罩型式 1 密闭罩如图所示 它把有害物源全部密闭在罩内 在罩上设有较小的工作孔 以观察罩内工作 并从罩外吸入空气 罩内污染空气由风机 排出 它只需较小的排风量就能有效控制工业有害物的扩散 排风罩气流不受周围气流的影响 它的缺点是 工人不能直接进入罩内检修设备 有的看不到罩内的工作情况 2 柜式排风罩 通风柜 它的结构形式与密闭罩相似 只是罩的一面全部敞开 3 外部吸气罩由于工艺条件限制 生产设备不能密闭时 可把排风罩设在有害物源附近 依靠风机在罩口造成的抽吸作用 在有害物发散地点造成一定的气流运动 把有害物吸入罩内 这类排风罩统称为外部吸气罩 当污染气流的运动方向与罩口的吸气方向不一致时 如图所示 需要较大的排风量 4 接受式排风罩有些生产过程或设备本身会产生或诱导一定的气流运动 带动有害物一起运动 如高温热源上部的对流气流及砂轮磨削时抛出的磨屑大颗粒粉尘上所诱导的气流等 对这种情况 应尽可能把排风罩设在污染气流前方 让它直接进入罩内 这类排风罩称为接受罩 见下图 5 吹吸式排风罩由于生产条件的限制 有时外部吸气罩距有害物源较远 这样单纯依靠罩口的抽吸作用 要在有害物源附近造成一定的空气流动是困难的 对此可以采用图A所示的吹吸式排风罩 它利用射流能量密度高 速度衰减慢的特点 用吹出气流把有害物吹向设在另一侧的吸风口 采用吹吸式通风可使排风量大大减小 在某些情况下 还可以利用吹出气流在有害物源周围形成一道气幕 象密闭罩一样使有害物的扩散控制在较小范围内 保证局部排风系统获得良好的效果 图B是精炼电炉上带有气幕的局部排风罩 它利用气幕抑止热烟气的 图A图B 设计局部排风罩时应注意以下几点 1 尽可能采用密闭罩或柜式排风罩 使污染物局限于较小的局部空间 2 设置外部吸气罩时 罩口应尽量靠近有害物发生源 3 在不影响工艺操作的前提下 罩的四周应尽可能设围挡 减小罩口吸气范围 4 吸气气流的运动方向应尽可能与污染气流运动方向一致 5 尽可能减弱或消除罩附近的干扰气流 如风动工具的压缩空气排出口 送风气流 穿堂风 等对吸气气流的影响 6 已被污染的吸气气流不能通过人的呼吸区 7 不要妨碍工人的操作和检修 第五讲通风排气中粉尘的净化一 粉尘的特性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 还出现了许多新的特性 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 1 粉尘的真密度 含粒密度 2 粘附性3 爆炸性4 带电性和比电阻5 可湿性6 粉尘的粒径分布 二 除尘机理目前常用除尘器的除尘机理主要有以下几个方面 1 重力气流中的尘粒可以依靠重力自然沉降 从气流中进行分离 由于尘粒的沉降速度一般较小 这个机理只适用于粗大的尘粒 2 离心力当含尘气流作圆周运动时 由于惯性离心力的作用 尘粒和气流会产生相对运动 使尘粒从气流中分离 这个机理主要用于10 m以上的尘粒 3 惯性碰撞含尘气流在运动过程中遇到物体的阻挡 如挡板 纤维 水滴等 时 气流要改变方向进行绕流 细小的尘粒会随气流一起流动 粗大的尘粒具有较大的惯性 它会脱离流线 保持自身的惯性运动 这样尘粒就和物体发生了碰撞 这种现象称为惯性碰撞 惯性碰撞是过滤式除尘器 湿式除尘器和惯性除尘器的主要除尘机理 4 接触阻留细小的尘粒随气流一起绕流时 如果流线紧靠物体 纤维或液滴 表面 有些尘粒因与物体发生接触而被阻留 这种现象称为接触阻留 另外当尘粒尺寸大于纤维网眼而被阻留时 这种现象称为筛滤作用 粗孔或中孔的泡沫塑料过滤器主要依靠筛滤作用进行除尘 5 静电力悬浮在气流中的尘粒 都带有一定的电荷 可以通过静电力使它从气流中分离 在自然状态下 尘粒的带电量很小 要得到较好的除尘效果 必须设置专门的高压电场 使所有的尘粒都充分荷电 6 凝聚凝聚作用不是一种直接的除尘机理 通过超声波 蒸汽凝结 加湿等凝聚作用 可以使微小粒子凝聚增大 然后再用一般的除尘方法去除 工程上常用的各种除尘器往往不是简单地依靠某一种除尘机理 而是几种除尘机理的综合运用 三 除尘器分类根据主要除尘机理的不同 目前常用的除尘器可分为以下几类 1 重力除尘如重力沉降室 重力沉降室仅适用于50 m以上的粉尘 由于它除尘效率低 占地面积大 通风工程中应用较少 2 惯性除尘如惯性除尘器 惯性除尘器主要用于捕集20 30 m以上的粗大尘粒 常用作多级除尘中的第一级除尘 3 离心力除尘如旋风除尘器 4 过滤除尘如 袋式除尘器 袋式除尘器的运行与清灰方法密切相关 目前常用的清灰方法期有简易清灰 机械清灰 和气流清灰三种 简易清灰是是通过关闭风机时滤袋的变形及粉尘层的自重进行的 必要时辅以人工的轻度拍打 颗粒层除尘器 纤维过滤器 纸过滤器 5 湿式除尘如 自激式除尘器 水浴除尘器 冲激式除尘器 卧式旋风水膜除尘器 文丘里除尘器 6 静电除尘如 电除尘器 电除尘器是一种干式高效过滤器 它的优点是 a 电除尘器适用于微粒控制 对粒径dc 1 2 m的尘粒 效率可达98 99 b 在电除尘器内 尘粒从气流中分离的能量 不是供给气流 而是直接供给尘粒的 因此 和其它的高效除尘器相比 电除尘器的阻力比较低 约为100 200Pa c 可以处理高温 在500 以下 高湿气体 d 适用于大型的工程 处理的气体量愈大 它的经济效果愈明显 电除尘器的缺点是 1 设备庞大 占地面积大 2 耗用钢材多 一次投资大 3 结构较复杂 制造 安装的精度要求高 4 对粉尘的比电阻有一定要求 第六讲通风管道的设计计算 通风管道把通风系统的进风 采气 口 空气热 湿 净化处理设备 送 排 风口和风机联成了一体 是通风和空气调节系统的重要组成部分 通风管道的设计任务 就是要合理组织空气流动 在保证使用效果的前提下 达到初投资和运行维护费用最省 因此 通风管道设计的好坏 直接影响到整个通风 空调工程在建造与使用方面的技术经济性能 为此 必须统筹考虑通风管道设计中的各种问题 风管内空气流动的阻力有两种 一种是由于空气本身的粘滞性及其与管壁间的摩擦而