车间通风设计安全工程专业《工业通风与除尘》课程设计.docx
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车间通风设计安全工程专业《工业通风与除尘》课程设计
设计人：
苏克
学号：
**********
专业方向：
劳动安全
完成时间：
2016年12月
2016年12月
安全工程专业《工业通风与除尘》
课程设计
25日
一、前言
人类在生产和生活的过程中，需要有一个清洁的空气环境（包括大气环境和室内空气或境）。
因此，就要在生产和生活的过程采用通风和除尘技术。
通风工程在我国实现四个现代化的进程中，一方面起着改善居住建筑和生产车间的空气条件，保护人民健康、提高劳动生产率的重要作用；另一方面在许多工业部门又是保证生产正常进行，提高产品质量所不可缺少的一个组成部分。
工业通风是控制车间粉尘、有害气体或蒸汽和改善车间内微小气候的重要卫生技术措施之一。
其主要作用在于排出作业地带污染的或潮湿、过热或过冷的空气，送入外界清洁空气，以改善作业场所空气环境
二、车间基本情况简介
1.车间空间布局简介
某企业加工车间高8m，宽10m，长20m，长边南北向布置，南侧长边侧墙居中设有窗户6个，窗台高1.0m，窗户高4m，宽2m，每个窗户相隔1m，两侧距侧墙1.5m。
车间墙厚度均为20cm。
车间内有编号为1~16#的16个工作台，分2行，每列8台沿车间长边均匀布置，两行间距4m，两行东西边缘距侧墙2m，南北边缘距侧墙2m，高度均为1.2m，1~8#为抛光机，操作台宽度1m、长度1.5m，每台抛光机有2个抛光轮，直径均为0.4m，抛光间产生粉尘，粉尘的成分有：
抛光粉剂、粉末、金属粉尘等（铁粉尘）。
9~16#为高温炉，生产过程中产生高温含尘烟气（无有毒物质），粒径范围约为0.010-40um，粒径范围炉内温度为700℃，室温为20℃，尺寸为1.5m*1.0m。
加工车间北侧沿厂房北墙外部并列设有贴邻厂房的一间办公室，一间更衣室，尺寸均为沿车间宽边长5m，宽5m，高8m，要求均采用均匀送风的方式提供新风。
2.车间内粉尘情况
（1）抛光粉，抛光粉通常由氧化铈（VK-CE01）、氧化铝（VK-L30F）、氧化硅（VK-SP50F）、氧化铁、氧化锆（VK-R30F）、氧化铬等组份组成，不同的材料的硬度不同，在水中的化学性质也不同，因此使用场合各不相同。
目前，广泛应用于玻璃抛光，硬度适中。
抛光粉成分不一，不同厂商、不同用途的抛光粉粒径都不相同，但抛光粉可以通过呼吸道，直接进入肺部。
长时间及大量吸入可以在肺部沉积，形成矽肺。
（2）铁粉。
铁粉在人体内主要沉积于肺组织中，呈现异物反应，以网状纤维增生的间质纤维化为主。
铁粉在X线胸片上可以看到满肺野结节状阴影，主要是这些金属的沉着，这类病变不损伤肺泡结构，因此肺功能一般不受影响，脱离粉尘作业，病变可以不再继续发展，甚至肺部阴影逐渐消退。
（3）高温炉产生的含尘烟气。
燃烧后产生的烟气对人体的呼吸道会造成极大的损坏，烟气如果大量聚积会严重影响车间内作业环境，大幅度危害作业人员的健康。
烟气中夹杂着0.010-40um粒径的粉尘，粒径大于5μm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2～5μm的微粒大都阻留在气管和支气管；粒径小于2μm的微粒能进入人体的肺泡，可见，夹杂的粉尘会对人的呼吸技能造成很大的损害。
由此可见，车间的粉尘对人体伤害极大，有必要采取通风的方法除掉粉尘，保证作业环境健康，保证作业人员健康原理职业病。
三、设计准备
1.系统划分
为方便设计通风管路、选择合适的除尘装置以及选择合适的风机，将该车间内划分为两个通风系统。
其中8台抛光机为第一个通风系统，同一车间内的8台高温炉为第二个通风系统。
8台抛光机的空气处理要求、参数要求、生产流程、运行班次和运行时间都相同，所以可以一起考虑，设计在一个通风系统内，连接到一条总风管，共用一台除尘器和风机，达到资源利用最大化。
对于另一个系统8台高温炉也是如此。
2.局部排风罩
2.1排风罩选取原则
（1）局部排风罩应尽可能靠近污染物发生源，使污染物局限于较小空间，尽可能减小吸气范围，便于捕集和控制。
（2）排风罩的吸气气流方向应尽可能与污染气流运动方向一致。
（3）已被污染吸入气流不许通过人的呼吸区。
设计时充分考虑操作员位置和活动范围。
（4）排风罩应力求结构简单、造价低、便于制作安装和拆卸维修。
（5）与工艺密切相结合，使局部排风罩配置与生产工艺协调一致，力求不影响工艺操作。
（6）要尽可能避免或减弱干扰气流，如穿堂风，送风气流等对吸气气流的影响。
2.2抛光机的排风罩选择
抛光机工作时电动机带动安装在抛光机上的海绵或羊毛抛光盘高速旋转，由于抛光盘和抛光剂共同作用并与待抛表面进行摩擦，进而可达到去除漆面污染、氧化层、浅痕的目的。
抛光盘的转速一般在1500-3000r/min，多为无级变速，施工时可根据需要随时调整。
正是由于抛光机的工作方式和它极快的转速，抛光机工作时产生粉尘是不可避免的。
但抛光机一直是保持一个方向转动，所以产生的粉尘都能保持一个走向，根据选取原则，抛光机处最宜选择接受式侧排气罩。
抛光轮为布轮，其直径为D=200mm，抛光轮中心标高1.4m，布轮相关系数A=6m3/h•mm。
其所需的排风量为：
L=A×D
式中：
A——与轮子材料有关的系数
D——抛光轮直径mm
可得抛光轮所需风量L=2400m3/h=0.67m3/s，两个抛光轮一起工作，产生的风量加倍，L总=4800m3/h=1.33m3/s。
抛光机的高度为1.2m，长度和宽度分别为1.5m和1m，为保持污染气流能完全被接受式侧排气罩接受，应设计侧排气罩尺寸500*500mm，离地高度1.45m。
2.3高温炉的排气罩选择
高温炉车间生产过程中产生高温含尘烟气，粒径范围约为0.010-50um，粒径范围炉内温度为700℃，室温为20℃。
该作业场所内有热源，故集气罩应安装在热射流收缩断面以下能起到更好的效果,且该处如果有横向气流，要尽可能避免或减弱干扰气流如穿堂风、送风气流等的影响。
那么对于该车间的通风除尘影响较大，故应选择低悬罩。
低悬罩的热射流收缩断面至热远距离
（《工业通风与除尘》P93）
式中：
Ap——为热源的水平投影面积。
在该车间内热源的水平投影面积1.5*1.0=1.50m2，故热射流收缩断面至热远距离
，工作台高度1.2m，为保证上部接受罩安装后不影响作业人员正常工作，并且考虑到经济因素，选取上部接受罩安装高度H=0.7m（距离高温炉高度）。
车间内窗户较多，横向气流较大。
对于横向气流影响较大的低悬罩，要求排风罩的尺寸应该设计比热源尺寸要大，
，
，得到低悬罩的尺寸
。
热源的对流散热量
（《工业通风与除尘》P93（4—9））
式中：
Sr——热源的对流放热面积，m2
——热源表面与周围空气的温度差，℃
A——系数，对于水平散热面，A=1.7
可计算得热源的对流散热量Q=15.248KJ/s
接受罩高度上热射流的流量计算
（《工业通风与除尘》P93（4—10））
式中：
B——热源水平投影的直径或边长尺寸，m
可计算得收缩断面上的流量
=0.76m3/s
低悬罩所需风量：
（《工业通风与除尘》P100（4—27））
式中：
——扩大面积上空气的吸入速度，
——罩口的扩大面积，即罩口面积减去热射流的断面积，m2
m3/s
低悬罩风量为1.26m3/s，即4536m3/h
3.风管的选择
3.1风管的选材及规格
对于抛光机所产生的粉尘，主要是抛光粉、沫以及铁粉，对于通风管材没有很高的质地要求。
而另一边高温炉，最高温度可以达到700多度，所产生的烟气温度也非常高，所以应当选择可以耐高温的材料。
综合经济因素，选择易于工业加工制作、安装方便且能承受较高温度的金属薄板为最佳。
车间内没有其他因素可以影响通风管材的选择，考虑到成本，应当选择普通薄钢板。
普通薄钢板具有良好的加工性能和结构强度，不过其表面容易生锈，需要刷油漆进行防腐。
普通通风工程中常用的钢板厚度是0.5~4mm，考虑到车间内所使用的风管主要作用是除尘，所以风管内存在大量粉尘，与管壁会产生摩擦。
为达到保护管壁，实现延长通风管道寿命的目的，应将车间的通风管道的壁厚设计的大一些，设计在3~4mm之间。
对于办公室和更衣室内，只需达到通风的目的，室内没有粉尘，所以为节约成本，可以选择壁厚稍微薄的通风管道。
对于风管的形状应当选取圆形风管。
圆形风管周长小，所以同样长度的风管，圆形风管相比于矩形风管用材少，更为经济。
而且，圆形风管内的阻力损失要远小于矩形风管，在加之除尘为我们的主要目的，所以圆形风管无疑是最佳选择。
3.2弯头
设计中为了减少通风管道内的风阻和动力损失，管道转向处宜选取弯管，来达到通风除尘效果最佳化。
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。
3.3三通
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。
4.风机的选择
对于该生产车间，通风管内输送的空气中含有大量的粉尘，根据此用途确定应当选用排尘通风机。
设计中应当根据所需风量、风压以及选定的通风机类型（即排尘通风机）来确定具体的通风机型号。
5.除尘器的选择
除尘器分为以下几种类型：
表1除尘器分类
除尘器名称
适用的粒径范围（μm）
效率（％）
阻力（Pa）
设备费
运行费
重力沉降室
＞50
＜50
50～130
少
少
惯性除尘器
20～50
50～70
300～800
少
少
旋风除尘器
5～15
60～90
800～1500
少
中
水浴除尘器
1～10
80～95
600～1200
少
中下
卧式旋风水膜除尘器
≥5
95～98
800～1200
中
中
自激式除尘器
≥5
95
1000～1600
中
中上
电除尘器
0.5～1
90～98
50～130
大
中上
袋式除尘器
0.5～1
95～99
1000～1500
中上
大
文丘里除尘器
0.5～1
90～98
4000～10000
少
大
四、方案设计
（一）方案一
抛光机系统
图2抛光机系统通风设计简图
1.设计简介
抛光机风口前放置所选的局部排气罩，局部排气罩与水平方向垂直，吸入气体后通过一个90度弯管进入垂直方向的风管，后经过一个合流三通进入水平干管，共有8台抛光机，所以有8个排气罩和8条竖直的风管。
竖直风管高6m，最终汇入一条长18.25m的水平方向不同管径的多段风管，水平方向的风管延伸到车间外，连接除尘器，最后连接到通风机。
每个排气罩外都有一个90度的弯头，L1顶端也有一个90弯头，L10顶端也有一个弯头。
L2-L8与L9用吸气三通连接。
管道间由于风量不同，管径也设置不同，用渐扩管连接两个管径不相同的风管。
2.风管计算准备
（1）根据《通风除尘设备设计手册》中通风除尘系统管道内的最低气流速度表查得，输送含有铁粉的空气时，风管内最小风速为：
垂直风管13m/s、水平风管15m/s。
（2）根据各管段的风量及选定的流速，确定最不利环路1-1’-2’-3’-4’-5’-6’-7’-9-10-11-除尘器-12-通风机-13上各管段的断面尺寸和单位长度摩擦阻力对
，根据之前计算可知一台抛光机风流量
=4800
/h；v=19
/s。
内风量均为4800
/h，L12和L13管段内考虑除尘器和通风机漏风，风量设置在L=40320
/h。
（3）由《工业通风与除尘》（马中飞主编）书中图2—6可查出管径和单位长度摩擦阻力，且所选管径应尽量符合国家规定的通风管道统一规格。
。
可查得其他管径大小及其比摩阻，具体见下表2。
（4）各管段内阻力系数
表2抛光机系统各管道局部阻力系数
管段
局部阻力
局部阻力系数ζ
系数总和
L1
矩形伞形罩α=60°
0.16
0.46
90°弯头（R/D=2）两个
0.3
L2
90°弯头（R/D=2）
0.15
0.69
吸气三通
0.21
45°弯头（R/D=1）
0.17
矩形伞形罩α=60°
0.16
L3
90°弯头（R/D=2）
0.15
0.46
吸气三通
-0.02
45°弯头（R/D=1）
0.17
矩形伞形罩α=60°
0.16
L4
90°弯头（R/D=2）
0.15
0.50
吸气三通
0.02
45°弯头（R/D=1）
0.17
矩形伞形罩α=60°
0.16
L5
90°弯头（R/D=2）
0.15
0.50
吸气三通
0.02
45°弯头（R/D=1）
0.17
矩形伞形罩α=60°
0.16
L6
90°弯头（R/D=2）
0.15
0.45
吸气三通
-0.05
45°弯头（R/D=1）
0.17
矩形伞形罩α=60°
0.16
L7
90°弯头（R/D=2）
0.15
0.47
吸气三通
-0.03
45°弯头（R/D=1）
0.17
矩形伞形罩α=60°
0.16
L8
90°弯头（R/D=2）
0.15
0.47
吸气三通
-0.03
45°弯头（R/D=1）
0.17
矩形伞形罩α=60°
0.16
L1’
吸气三通
0.88
0.70
L2’
吸气三通
0.20
0.20
L3’
吸气三通
0.20
0.20
L4’
吸气三通
0.15
0.15
L5’
吸气三通
0.06
0.06
L6’
吸气三通
0.06
0.06
L7’
吸气三通
0.06
0.06
L9
90°弯头（R/D=2）
0.15
0.15
L10
90°弯头（R/D=2）
0.15
0.15
L12
渐缩管
0.10
0.10
（5）阻力公式
1）局部阻力计算公式
hm=ζ
hm：
局部阻力，Pa；
ζ：
局部阻力系数；
：
空气密度，Kg/
；（20摄氏度是空气密度为1.205Kg/
）
：
风道面积，
；
：
风量，
/s。
2）比摩阻公式：
hb=λ
hf：
摩擦阻力，Pa
λ：
摩擦阻力无因次系数；
v：
风管内空气的平均流速m/s
：
空气密度，Kg/
；（20摄氏度是空气密度为1.205Kg/
）
D：
圆形风管直径，m
3）管段阻力=局部阻力+摩擦阻力
3.除尘器的选择
抛光机系统中总风量为38400
/h，选择SII-270型回转反吹袋式除尘器。
SII-240型回转反吹袋式除尘处理风量16200~48600
/h，过滤面积270m2,，设备压力损失800~1500Pa，外形尺寸为（直径*高）2560*10100（mm）。
4.风管阻力计算
表3抛光机系统管道阻力计算
管段编号
风量
Q（
/s）
长度
L（m）
管径
D（mm）
实际流速
V（m/s）
流速
V（m/s）
局部阻力系数
局部阻力
（Pa）
比摩阻
（Pa/m）
摩擦阻力
hf
（Pa）
管段阻力
（Pa）
1
1.33
6
360
13.07
13
0.46
46.84
5
30
76.84
2
1.33
6
360
13.07
13
0.69
70.26
5
30
100.26
3
1.33
6
360
13.07
13
0.46
46.84
5
30
76.84
4
1.33
6
360
13.07
13
0.50
50.91
5
30
80.91
5
1.33
6
360
13.07
13
0.50
50.91
5
30
80.91
6
1.33
6
360
13.07
13
0.45
45.82
5
30
75.82
7
1.33
6
360
13.07
13
0.47
47.86
5
30
77.86
8
1.33
6
360
13.07
13
0.47
47.86
5
30
77.86
1’
1.33
2.07
360
13.07
15
0.70
94.90
7
14.49
109.39
2’
2.67
2.07
500
13.59
15
0.20
27.11
5
10.35
37.46
3’
4.00
2.07
550
16.84
15
0.20
27.11
4.2
8.694
35.80
4’
5.33
2.07
650
16.06
15
0.15
20.33
3.5
7.245
27.58
5’
6.67
2.07
700
17.33
15
0.06
8.13
3.2
6.624
14.75
6’
8.00
2.07
800
15.92
15
0.06
8.13
2.9
6.003
14.13
7’
9.33
2.07
900
14.67
15
0.06
8.13
2.3
4.761
12.89
9
10.67
3.75
1000
13.59
15
0.15
40.72
2
7.5
48.22
10
10.67
5
1000
13.59
13
0.15
15.27
1.6
8
23.27
11
10.67
1
1000
13.59
15
—
—
1.8
1.8
1.8
12
11.20
1.5
1000
14.26
15
0.1
10.18
1.8
2.7
12.88
13
11.20
4
1000
14.26
13
—
—
1.6
6.4
6.4
（1）对并联管路进行阻力平衡
1）对汇合点A
’=109.39Pa
=100.26Pa
符合要求。
2）对汇合点B
H2’=109.39+37.46=146.85H3=76.84
不符合要求
为使得交汇点B达到阻力平衡，可增加管段3的阻力，减小管径。
将L3的管径修改为320mm可以达到阻力平衡。
3）对汇合点C
H3’=109.39+37.46+35.80=182.65H4=80.91
将L4的管径修改为300mm，可以达到阻力平衡
4）对汇合点D
H4’=109.39+37.46+35.80+27.58=210.23H5=80.91
将L5的管径修改为280mm，可以达到阻力平衡
5）对于汇合点E
H5’=109.39+37.46+35.80+27.58+14.75=224.98H5=75.82
将L6的管径修改为280mm，可以达到阻力平衡
6）对汇合点F
H6’=109.39+37.46+35.80+27.58+14.75+14.13=239.11H7=77.86
将L7的管径修改为280mm，可以达到阻力平衡
7）对汇合点G
H6’=109.39+37.46+35.80+27.58+14.75+14.13+12.89=260H8=77.86
将L8的管径修改为250mm，可以达到阻力平衡
（2）计算系统的总阻力：
5.通风机的选择
风机风量:
风机静压:
根据风量和通风机全压，选择4-72型离心风机（机号No.10，传动方式D），搭配Y250M-4（功率55kw），转速可以达到1450r/min。
风机全压3158~2501Pa，风量在40400~58200
范围内。
高温炉系统
图3高温炉系统通风管道示意图
1.设计简介
高温炉上放置所选的热源上部接受式集气罩，吸入气体后进入垂直方向的风管，后经过45度弯管转向汇入一个合流三通进入水平干管，共有8台高温炉，所以有8个集气罩和8条竖直的风管。
竖直风管高5m，最终汇入一条长18.25m的水平方向不同管径的多段风管，水平方向的风管延伸到车间外，连接除尘器，最后连接到通风机。
每个排气罩外都有一个90度的弯头，L1顶端也有一个90弯头，L10顶端也有一个弯头。
L2-L8与L9用吸气三通连接。
管道间由于风量不同，管径也设置不同，用渐扩管连接两个管径不相同的风管。
L1~L8内风量在前一部分排气罩的选择中已经计算出L=1.26m3/s，即4536m3/h。
2.风管计算准备
（1）根据《通风除尘设备设计手册》中通风除尘系统管道内的最低气流速度表查得，输送含有高温烟尘的空气时，风管内最小风速为：
垂直风管为11m/s，水平风管为13m/s。
（2）根据各管段的风量及选定的流速，确定最不利环路1-9-10-11-2-13-14-15-16-除尘器-17-通风机-18。
上各管段的断面尺寸和单位长度摩擦阻力对L_1-L_8，根据之前计算可知一台高温炉风流量L=4536m3/h；由《工业通风与除尘》（马中飞主编）书中图2—6可查出管径和单位长度摩擦阻力，且所选管径应尽量符合国家规定的通风管道统一规格。
。
可查得其他管径大小及其比摩阻，具体见下表2。
（3）高温炉中排放出的气体温度达到700度，普通薄钢板不能承受700度的高温，玻璃钢制管道虽然耐高温可成本太高，所以在竖直低悬罩上裹一层水套用以降温，将管道内的气体温度降至可接受范围。
高温烟气从700度（t1），降至100度（t2）所需要放出的热量Q为
采用喷雾冷却方法对烟气进行降温所需要的喷水量W为
每小时喷水1268.03kg可以将高温炉的烟气由700度降低至150度。
在150度时，摩擦阻力修正系数
（4）各管段的局部阻力系数
表4高温炉系统管道局部阻力系数表
管段
局部阻力
局部阻力系数ζ
系数总和
1
90
矩形伞形罩
0.25
0.57
45°弯头（R/D=1）
0.17
90°弯头（R/D=2）
0.15
2
90
矩形伞形罩
0.25
0.63
45°弯头（R/D=1）
0.17
吸气三通
0.21
3
90
矩形伞形罩
0.25
0.63
45°弯头（R/D=1）
0.17
吸气三通
0.21
4
90
矩形伞形罩
0.25
0.67
45°弯头（R/D=1）
0.17
吸气三通
0.25
5
90
矩形伞形罩
0.25
0.67
45°弯头（R/D=1）
0.17
吸气三通
0.25
6
90
矩形伞形罩
0.25
0.68
45°弯头（R/D=1）
0.17
吸气三通
0.26
7
90
矩形伞形罩
0.25
0.68
45°弯头（R/D=1）
0.17
吸气三通
0.26
8
90
矩形伞形罩
0.25
0.69
45°弯头（R
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