Расчет и проектирование искусственной вентиляции

Воздушные оазисы – участки рабочей площадки, отгороженные от остального помещения вертикальными, обычно стеклянными щитами, между которыми оставляют необходимые проходы. Выгороженную часть, имеющую открытый верх, «затопляют» приточным воздухом необходимых параметров.

Воздушная завеса создаются струей воздуха, поступающей из узкой щели со скоростью 10…15 м/с для предотвращения прохода воздуха через открытый проем. Воздушные завесы устраивают у дверных проемов в наружных стенах для отклонения потока холодного воздуха, устремляющегося через открытые двери в помещение, а также в проемах во внутренних стенах. В этом случае воздушные завесы препятствуют перетеканию загрязненного воздуха от одного помещения в другое.

Система аспирации – это пылеотсасывающая вентиляция, удаляющая воздуха с содержанием пыли более 1 кг в 1 м3. Аспирация встречается в дробильных, литейных, химических и металлургических цехах. Отличительной особенностью аспирационной системы являются сильно наклонные воздуховоды. В менее пыльных производствах используется пылеудаляющая вентиляция (отличается отсутствием наклонных воздуховодов).

Кондиционирование – процесс создания и автоматического поддержания оптимальных параметров воздушной среды в производственных помещениях. Для обеспечения кондиционирования используются специальные установки – кондиционеры (местные и центральные).

В производственных помещениях, где возможно внезапное поступление в воздух рабочей зоны больших количеств вредных веществ при нарушении технологического режима при авариях, наряду с рабочей предусматривается устройство аварийной вентиляции.

Система аварийной вентиляции должна включаться автоматически при достижении ПДК вредных выделений или при остановке одной из систем общеобменной или местной вентиляции.

На производстве часто устанавливают комбинированные системы вентиляции: общеобменную с местной, общеобменную с аварийной.

1.2 Вредные и  взрывопожароопасные свойства транспортируемого  продукта

 

Вредное вещество – метанол (СН3OH).

Метанол – особо опасная легковоспламеняющаяся жидкость.

В свободном состоянии метиловый спирт встречается в природе лишь изредка и в очень небольших количествах (например в эфирных маслах), но производные его распространены довольно широко. Так, например, многие растительные масла содержат сложные эфиры метилового спирта: масла гаултерии – метиловый эфир салициловой кислоты С6H4(OH) COOCH3, масло жасмина – метиловый эфир антраниловой кислоты С6H4(NH2) COOCH3. Простые эфиры метилового спирта чрезвычайно часто встречаются среди природных веществ, например природных красителей, алкалоидов и т.п.

В промышленности метиловый спирт раньше получали исключительно путём сухой перегонки дерева. В жидких погонах, так называемом «древесном уксусе», наряду с уксусной кислотой (10%), ацетоном (до 0,5%), ацетальдегидом, аллиловым спиртом, метилацетатом, аммиаком и аминами содержится также 1,5–3% метилового спирта. Для отделения уксусной кислоты продукты сухой перегонки пропускают через горячий раствор известкового молока, задерживающий её в виде уксуснокислого кальция. Значительно труднее отделить метиловый спирт от ацетона, так как температуры кипения их очень близки (ацетон, т.кип. 56,5°; метиловый спирт, т.кип. 64,7°). Все же путём тщательной ректификации на соответствующих колоннах в технике удается почти полностью отделить метиловый спирт от сопутствующего ему ацетона. Неочищенный метиловый спирт называется также «древесным спиртом».

Физико-химические свойства:

Метанол – бесцветная прозрачная жидкость без нерастворимых примесей.

Молекулярная масса 32,04 г./моль

Плотность при 20°С 0,791–0,792 кг/м3

Относительная плотность при 20°С 0,123

Температура кипения (при р=101кПа) 65°С

Температура плавления: -98°C

Пожароопасные свойства:

Концентрационные пределы распространения

пламени (в смеси с воздухом)  6,98% – 35,5% (об.).

Пределы взрываемости 5,5% – 44% (об.).

По ГОСТ 12.1.005 предельно допустимые концентрации (ПДК):

ПДК в воздухе рабочей зоны 5 мг/м3

максимальная разовая концентрация в атмосферном воздухе

населенных мест 1 мг/м3

среднесуточная 0,5 мг/м3

Класс опасности 3

Электрооборудование и освещение должно быть во взрывобезопасном исполнении, оборудование и трубопроводы – заземлены. При работе с продуктом, сливно-наливных операциях должны соблюдаться требования электростатической искробезопасности по ГОСТ 12.1.018.

Температура вспышки   6°С

Температура воспламенения 13°С

Температура самовоспламенения   440°С

Верхний концентрационный предел

распространения пламени (ВКПРП) 6,98%(об.)

Нижний концентрационный предел

распространения пламени (НКПРП) 35,5% (об.)

Группа взрывоопасности смеси по ГОСТ Р 51330.5   T2

Категория взрывоопасности смеси по ГОСТ Р 51330.11 IIA

Вредное действие на организм человека:

Метанол обладает политропным действием с преимущественным воздействием на нервную систему, печень и почки. Обладает выраженным кумулятивным эффектом. Метанол представляет собой опасность, вплоть до смертельного исхода, при поступлении через желудочно-кишечный тракт. Острые отравления при вдыхании паров встречаются редко. Метанол обладает слабовыраженным местным действием на кожу, может проникать через неповрежденные кожные покровы (ПДУ загрязнения кожных покровов составляет 0,02 мг/см2).

Симптомы отравления – головная боль, головокружение, тошнота, рвота, боль в желудке, общая слабость, раздражение слизистых оболочек, мелькание в глазах, а в тяжелых случаях – потеря зрения и смерть.

 

1.3 Класс взрывоопасной зоны в помещении

 

В соответствии с ПУЭ зона в помещении насосной относится к взрывобезопасной зоне класса 2, так как при нормальной эксплуатации взрывобезопасная смесь метанола с воздухом не образуется, а возможна только в результате аварий

 

1.4 Вид взрывозащищенного  электрооборудования

 

Для класса 2 характерно электрооборудование повышенной надежности против взрыва. Согласно ПУЭ по ГОСТ 12.2.020 – 76* устанавливаем вид взрывозащищенного электрооборудования:

Уровень взрывозащиты электрооборудования – 2 (электрооборудование повышенной надежности против взрыва – взрывозащищенное электрооборудование, в котором взрывозащита обеспечивается только в признанном нормальном режиме работы);

Вид взрывозащиты – d (взрывонепроницаемая оболочка);

Группа взрывозащищенного электрооборудования – II (для внутренней и наружной установки);

Подгруппа взрывозащищенного электрооборудования – IIА;

Температурный класс электрооборудования – Т2;

Маркировка взрывозащищенного электрооборудования – 1ExsdIIAT6.

 

 

2. Расчетная часть

 

2.1 Расчет массы  выделяющегося в помещение газа (пара) через неплотности оборудования

 

Определяем количество вредных выделений в помещении через неплотности оборудования по формуле [Справочник проектировщика, стр. 65]:

 

, кг/ч

 

где η – коэффициент запаса, равный 1,5 … 2, примем η =1,75;

Р1 – давление в оборудовании, кгс/см2;

m – коэффициент негерметичности. При периодических испытаниях m=0,005 1/ч;

V – объем парогазовой фазы, находящейся внутри оборудования, м3;

М – относительная молекулярная масса газа, М(СН4) = 16,04;

Т – абсолютная температура газа, К.

кг/ч = 922643 мг/ч

вентиляция взрывопожароопасный газ оборудование

2.2 Расчет количества  приточного воздуха по массе  выделяющихся вредных веществ  и взрывоопасных веществ

 

Определяем количество приточного воздуха по массе выделяющихся вредных веществ по формуле [СНиП 41–01–2003 Отопление, вентиляция и кондиционирование]:

 

 

, м3/ч,

 

где Lw,z – расход воздуха, удаляемого из обслуживаемой или рабочей зоны помещения системами местных отсосов, и на технологические нужды, м3/ч;

mpo – количество каждого из вредных или взрывоопасных веществ, поступающих в воздух помещения, мг/ч, mpo =G

qw.z., qе – концентрация вредного или взрывоопасного вещества в воздухе, удаляемом соответственно из обслуживаемой или рабочей зоны помещения и за ее пределами, мг/м3,

qi.n. – концентрация вредного или взрывоопасного вещества в воздухе, подаваемом в помещение, мг/м3.

При расчете можно принять qw.z., qе ≤ ПДК, qi.n. ≤ 0,3ПДК.

ПДК метанола [ГН 2.2.5.1313–03 Предельно допустимые концентрации вредных веществ в воздухе рабочей зоны] равна 5 мг/м3.

 м3/ч

Количество подаваемого воздуха принимаем равным 263612,3 м3/ч.

 

2.3 Расчетная схема  воздуховодов приточной вентиляции  и расчет потерь давления в  воздуховодах, подбор вентилятора  и определение его КПД

 

Составляем аксонометрическую схему воздуховодов. Схему делим на участки и на них наносим порядковый номер, количество проходящего воздуха и длину каждого участка воздуховода.

Устанавливаем допустимые скорости воздуха в воздуховодах:

 

Элемент системы	Допустимая скорость, м/с
При механическом побуждении
Воздуховоды в производственных зданиях: магистральные ответвления	До 12 До 6

 

По заданному количеству проходящего воздуха и скорости его движения определяем диаметры воздуховодов на каждом участке и удельные потери давления на трение Rтр, кгс/м2 [Справочник проектировщика, стр. 250..265, табл. 12.17].

Для удобства расчетов все данные помещаем в таблицу:

 

№ участка	L, м³/ч	ℓ, м	V, м/с	d, мм	Rтр, кгс/м²	Pd =	Rтр*ℓ	∑ξ	Z = Pd*∑ξ	Rтр*ℓ + Z
1	658	7,6	9,1	160	0,664	5,07	5,98	4,1	20,79	26,77
2	164,5	7	4,8	110	0,325	1,41	2,6	4,5	6,35	8,95
3	164,5	7	4,8	110	0,325	1,41	2,6	4,5	6,35	8,95
4	329	6,8	7,4	125	0,616	3,35	4,62	0,1	0,34	4,96
5	164,5	7	4,8	110	0,325	1,41	2,6	4,5	6,35	8,95
6	164,5	7	4,8	110	0,325	1,41	2,6	4,5	6,35	8,95

 

∑ = 67,53 кгс/м2

Удельные потери давления на трение и значения скоростного (динамического) давления Pd = v2*γ/2g для круглых стальных воздуховодов при транспортировании чистого воздуха с температурой 20˚С и γ=1,2 кгс/м3 приводятся в справочной литературе [Справочник проектировщика, стр. 250..265, табл. 12.17].

Определяем ∑ξ – сумму коэффициентов местных сопротивлений на каждом расчетном участке воздуховода. Значения коэффициентов местных сопротивлений приводятся в справочной литературе для воздуховодов из унифицированных деталей.

1-й участок:

– диффузор пирамидальный: при и α=20˚ ξ1=3;

– цилиндрическая труба с отводом: при и ξ2=1,1;

Итого для участка ∑ξ = ξ1 + ξ2 = 3+1,1 =4,1.

2,3,5,6-й участки:

– тройник приточный: при d0 < dc на 4k и Q0/Qc=0,4 ξ1=0,6;

– цилиндрическая труба с отводом: при и ξ2=1,1;

– воздухораспределитель двухструйный с перфорированным диском типа ВДП: при ξ3=2,8;

Итого для участка ∑ξ = ξ1 + ξ2 + ξ3 = 0,6+1,1+2,8 = 4,5.

4-й участок:

– тройник приточный: при d0 < dс на 2k и Q0/Qc=0,4 ξ1=0,1;

∑ξ = ξ1 = 0,1.

Потери давления Z на местные сопротивления на каждом участке определяют по формуле [Справочник проектировщика, стр249, форм. 12.5]:

 

, кгс/м2,

 

где ∑ξ – сумма коэффициентов местных сопротивлений на расчетном участке воздуховода.

Общие потери давления в сети воздуховодов для стандартного воздуха (t=20°С и = 1,2 кг/м3) определяется по формуле:

 

, кгс/м2,

 

где Rтр – потери давления на трение на расчетном участке сети, кгс/м2;

l – длина участка воздуховода, м;

Z – потери давления на местные сопротивления на расчетном участке сети, кгс/м2.

Р = 26,77 + 8,95 + 8,95 + 4,96 + 8,95 + 8,95 = 67,53 кгс/м2.

В зависимости от расчетного количества воздуха L = 658 м3/ч и суммарной потери давления в воздуховодах Р = 67,53 кгс/м2 выбираем радиальный (центробежный) вентилятор Ц4–70 №2,5 с колесом 0,95 Dном. По этому же рисунку определяем:

– КПД вентилятора ηв= 0,6

– установочную мощность Nу=0,37 кВт.

Определяем установочную мощность электродвигателя вентилятора расчетным путем. Для перемещения чистого воздуха в стандартных условиях мощность на валу электродвигателя N находим по формуле [Справочник проектировщика, стр. 290, формула 13.2]:

 

 

где L – количество подаваемого вентилятором воздуха, м3/ч;