сотрудник с 01.01.2010 по настоящее время
Белгород, Россия
сотрудник с 01.01.2018 по настоящее время
Белгородская область, Россия
студент с 01.01.2018 по 01.01.2020
Белгород, Белгородская область, Россия
УДК 69 Строительство. Строительные материалы. Строительно-монтажные работы
Организация воздухообмена в помещениях покрасочных цехов и очистка удаляемого воздуха играют важную роль не только в обеспечении технологических и комфортных параметров микроклимата, но и защите окружающей среды от вредных выбросов. В работе рассмотрены способы окраски металлических изделий, дана характеристика используемых красок. Представлен перечень вредных веществ, выделяемых при окраске изделий, и их влияние на организм человека. На примере покрасочного цеха предприятия ОАО «Белагромаш-Сервис имени В.М. Рязанова», дан анализ существующих систем общеобменной и местной вентиляции. С учетом технологического процесса и расположения покрасочных постов разработана система вытяжной вентиляции. Предложены конструкции и расположение вытяжных зонтов, предотвращающих поступление вредных веществ от поста покраски металлоизделий в рабочую зону. В аспирационную систему подобран центробежно-барботажный аппарат (ЦБА) с высокой эффективностью очистки удаляемого воздуха. Модель движения воздуха, удаляемого от поста покраски, и распределения в нем вредностей, рассчитаны в программе Solid Works.
покрасочный цех, вредные вещества, общеобменная вентиляция, местные отсосы, вытяжной зонт, аспирационная система, очистной аппарат
Введение. Для поддержания безопасности в производственном цехе важное значение приобретает рациональный способ организации вентиляции. Воздух покрасочных цехов, как правило, содержит большое количество аэрозолей, ядовитых паров растворителей и разбавителей. Высокое содержание вредных веществ опасно для здоровья человека, а также может привести к взрыво- или пожароопасной ситуации на производстве [1, 2].
Создание и поддержание нормируемых санитарно-гигиенических условий труда в производственных помещениях, где происходят пиро- и гидротехнологические процессы, являются актуальными задачами. Подобные процессы сопровождаются значительными вредными выделениями в виде избытков теплоты, паров, газов, аэрозолей, пыли [3]. Для устранения избыточных поступлений вредных выделений в первую очередь необходимо обратить внимание на организацию технологических процессов. Снизить концентрацию вредных веществ, поступающих в рабочее помещение, до нормы предельно допустимой концентрации (ПДК), как правило, достаточно трудно. Поэтому для создания комфортно-технологических условий необходима грамотная организация не только общеобменной, но и местной вентиляции. При этом основной задачей является расчет местных отсосов, разработка конструкции и режима их эксплуатации. Комплексное решение данной проблемы должно включать также очистку удаляемого воздуха для защиты окружающей среды от вредных воздействий и предотвращения загрязнения атмосферы вне этих помещений.
Таким образом, задачей проектирования систем создания параметров микроклимата покрасочных цехов является расчет комплексной аспирационной системы с применением местных отсосов с последующей очисткой удаляемого воздуха.
Основная часть. В качестве примера рассмотрено предприятие ОАО «Белагромаш-Сервис имени В.М. Рязанова», которое является одним из крупнейших заводов по производству сельскохозяйственной техники. Также оно является крупнейшим заводом по производству почвообрабатывающей техники и имеет множество патентов на выпускаемую продукцию. Покрасочный цех предприятия находится в общем объеме помещения ангара с другими цехами производства и складами [3].
Покрасочный цех включает отделение для приготовления красок, склад, контейнеры для отходов лакокрасочных материалов (ЛКМ). Окраска проводится в камере с автономной системой приточно-вытяжной вентиляции. Технологическая линия содержит два последовательно расположенных рабочих поста. Всего на участке окраски работают 5 человек: маляры, подсобные рабочие.
Окраска изделий производится распылением пневматическим способом, который является одним из наиболее распространенных методов окраски. Он позволяет использовать широкий спектр лакокрасочных материалов, наносить краску на детали различных размеров и сложности с получением требуемого качества окраски. Однако данный способ приводит к высоким потерям лакокрасочной продукции (15–50 %), сопровождается большим расходом растворителя, и конечно, пожароопасностью и токсичность технологического процесса. Наиболее вредными выделениями на данном этапе являются пары растворителей (ксилол, уайт-спирит, сольвент), аэрозоль краски [4]. Для предотвращения коррозии деталей при дальнейшей их эксплуатации проводится сушка изделий в течение суток. Для удаления вредных выделений над рабочими местами, а также над краскоприготовительным отделением установлена местная вытяжная вентиляция.
Для определения производительности систем местной вентиляции произведен расчет количества загрязняющих веществ, выделяющихся на окрасочном участке. Расчет производили с учетом годового расхода краски и их марки, расхода и марки растворителей, содержания в них аэрозолей краски и растворителя, содержания летучей части компонентов [2, 4].
Расчет количества загрязняющих веществ, выделяющихся при сушке и окраске изделий, выполнен раздельно для элементов краски и для растворителей. Результаты расчета валового выброса загрязняющих веществ, содержащихся в растворителе, краске, грунтовке, разбавителе, представлены в табл. 1.
Производительность системы вентиляции в теплый период определена из расчета удаления вредных паров лакокрасочных материалов с учетом количества образующихся вредных выделений (Gвр) и значений предельно допустимой концентрации соответствующих компонентов (ПДК). Для дальнейших расчетов аспирационной системы принимается максимальное значение производительности.
В зимний период система приточной вентиляции будет выполнять функцию воздушного отопления, поэтому был выполнен теплотехнический расчет ограждений и определены теплопотери помещения покрасочного цеха. По результатам теплотехнического расчета определена теплопроизводительность системы воздушного отопления.
Объемный расход воздуха для ассимиляции вредных веществ рассчитывается по формуле 1:
(1)
Результаты расчетов расходов для каждого типа выделяемого вредного вещества приведены в табл. 2.
Основным условием эффективной работы местной вытяжной вентиляции является достоверный расчет количества удаляемого воздуха и выбор рациональной конструкции местного отсоса.
Вытяжные зонты предназначены для улавливания вредных веществ и, как правило, устанавливаются над пылящим и газовыделяющим оборудованием с устойчивым конвективным потоком. Классическая схема вытяжного зонта представлена на рис. 1. С поверхности источника вредных выделений поднимается поток струи. Этот поток захватывает частицы пыли, пары и образующиеся газы и уносит их вверх к вытяжному зонту.
При расчете вытяжных зонтов необходимо учитывать диаметр или размеры источника вредных выделений – d, или a и·b, м; температуру источника tп, °С; предельно допустимые концентрации (ПДК), мг/м3.
Для оценки эффективности работы вытяжного зонта определяли скорости движения воздуха в расчётном сечении вытяжного зонта. Расчётное сечение вытяжного зонта рассматривается как боковая поверхность усеченной пирамиды (усеченного конуса), с основанием в виде площади приёмного сечения (зеркало) зонта. С поверхности приемного сечения происходят выделения вредных веществ, через боковые поверхности зонта к тепловой струе подтекает окружающий воздух
Для определения скорости движения воздуха в расчётном сечении и площади расчётного сечения зонта выполнены соответствующие вычисления. Согласно существующим рекомендациям [5, 6], рассчитан эквивалентный диаметр источника, выбрано расстояние от поверхности вредных выделений до зеркала зонта из соотношения 1,5 м < h < 2·dиэ . Определено расстояние Z от полюса тепловой струи (О) до зеркала зонта: Z=h+2·dиэ, м. Определен диаметр dz сечения теплового факела на удалении Z от полюса струи dz = 0,45·Z 0,88, м. Рассчитана скорость движения воздуха в расчётном сечении зонта ω = L1/Fp. Модель движения воздуха, удаляемого от поста покраски, рассчитана в программе Solid Works. Расчет проводился для наибольшего количества выделяющихся вредностей, а именно ксилола, массовый расход которого от одного поста составил 0,041 кг/ч при температуре воздуха в помещении 18 °С . Физико-химические параметры ксилола, а именно, динамическая вязкость составляет 0,809 Па˖с, плотность при 18 °С 0,862 кг/м³.
Как видно из таблицы 2, наибольший расход требуется для удаления ксилола и составляет 6464 м³/ч. Для данного расхода воздуха рассчитан вытяжной зонт с размерами 3700×2600×800(h), присоединительный диаметр зонта ø560 мм. Скорость потока воздуха в сечении составляет 0,2 м/с.
Согласно технологии, перемещение окрашиваемых металлоконструкций в покрасочном цехе осуществляется с помощью крана. Поэтому вытяжной зонт целесообразно сместить от источника вредных выделений к стене помещения. Для подтверждения рационального расположения вытяжного зонта, максимально улавливающего вредные выделения, произведена модель движения воздуха и распределения вредностей, выделяемых постом окраски и улавливаемых вытяжным зонтом.
Как видно на рис. 2, практически все вредные выделения с поста окраски, вовлекаются в поток воздуха, удаляемого вытяжным зонтом, и не поступают в помещение. Таким образом, спроектированный местный отсос полностью справляется с поставленной задачей.
На рис. 3 показано распределение скоростей воздушного потока, создаваемого вытяжным зонтом. Вокруг поста окраски видно движение воздуха, улавливающего вредности, выделяемые от данного источника, которые поступают в вытяжной зонт и затем в систему очистки.
Производительность приточно-вытяжной вентиляционной системы в помещении цеха определяется согласно требованиям обеспечения дисбаланса [7].
Очистка удаляемого воздуха от аэрозолей является сложной задачей, изучению которой посвящено много работ [8–12]. Для постов окраски наиболее эффективно использование модульной окрасочной вентилируемой камеры [13]. Однако по технологии расположения оборудования в цехе это не всегда возможно.
В настоящей работе для обработки удаляемого вентиляционного воздуха был подобран центробежно-барботажный аппарат (ЦБА) в программе производителя оборудования. Эффективность очистки удаляемого воздуха составляет 99 %. Высокая степень улавливания вредных аэрозолей позволяет использование систем утилизации тепла в удаляемом воздухе [14, 15] для уменьшения требуемой мощности электронагревателей для холодного периода года.
При высокой степени очистки вытяжного воздуха расчет концентрации паров растворителей в приземном слое атмосферы выполнять нецелесообразно.
Выводы. Таким образом, разработанная вытяжная система вентиляции, рассчитанная на удаление из рабочей зоны вредных веществ в местных отсосах с последующей очисткой удаляемого воздуха, обеспечивает нормируемые параметры воздуха в помещении покрасочного цеха. Для расчета и подбора оборудования аспирационной системы использованы специализированные программы.
1. Сериков С.В., Сазонова Ю.А. Вентиляция окрасочного цеха с применением метода эжекции // Современная техника и технологии. 2012. № 5 [Электронный ресурс]. URL: http://technology.snauka.ru/2012/05/832
2. Фиалковская Т.А. Вентиляция при окраске изделий. М. «Машиностроение», 1978- 180с.
3. Ильина Т.Н., Жилина С.С. Системы вентиляции и очистки воздуха в покрасочных цехах машиностроительных предприятий // Инновационные пути решения актуальных проблем природопользования и защиты окружающей среды: сб. докл. Междунар. Науч.-техн. конф., Алушта, 4-8 июня, 2018г. Часть 2, С.103-107.
4. Ильина Т.Н., Жилина С.С. Способы очистки удаляемого воздуха покрасочных цехов машиностроительных предприятий / Инновационные подходы в решении современных проблем использования природных ресурсов и охраны окружающей среды : сб. докл. Междунар. науч.-техн. конф Алушта, 3-7 июня, 2019г. Белгород: Изд-во БГТУ. 2019.Ч.1. С. 37-42.
5. Гримитлин М. И. Закономерности развития вентиляционных струй. В кн.: Теория и расчет вентиляционных струй. JI., ВНИИОТ ВЦСПС, 1965.
6. Шепелев И. А. Приточные вентиляционные струи и воздушные фонтаны // Изв. АСиА СССР. 1961. № 4.
7. Эльтерман В. М. Вентиляция химических производств М., Стройиздат, 1972.
8. Вальдберг А.Ю., Кущев Л.А. Расчет пыле- и каплелавливающих установок: учебное пособие. Белгород: Изд-во БГТУ. 2010, 172с.
9. Штокман Е.А. Очистка воздуха. М: Изд-во АСВ. 2007.
10. Белевитский А.М. Проектирование газоочистных сооружений.-Л: Химия. 1990.-288с.
11. Кущев Л.А. Энергосберегающие аппараты для улавливания твердой и жидкой фазы аэрозолей. Белгород: Изд.центр «Логия», 2002. 187 с.
12. Романюк Е.В., Пигловский Н.В., Красовицкий Ю.В., Каргашилов Д.В. Разработка и совершенствование систем аспирации с использованием комбинированных фильтровальных структур: монография. Воронеж, 2015. 201с.
13. Патент 2189534, Российская Федерация, F24F3/16 . Модульная окрасочная вентилируемая камера А.В. Гончаров, Б.А.Тихонов. дата подачи 09.11.2000, № заявки 2000128704/06, опубл.20.09.2002.
14. Ильина Т.Н., Бельмаз Д.Н. Анализ и способы утилизации вторичных энергоресурсов нефтеперерабатывающего предприятия // Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова. 2014. №3. С. 170-173.
15. Сериков С.В., Ильина Т.Н. Утилизация тепла уходящих газов котельной установки в системе воздушного отопления // Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова. 2013. №4. С. 53-55.
