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厂房降温负压风机高大工业厂房控制焊烟的通风方案比较风机专用智
Comparing the Ventilation Methods of Controlling Welding Fume in Large Workshop
Abstract The traditional ventilation method of controlling welding fume in large workshop is the combination of partial ventilation and general ventilation . Because the space is very large ,the traditional ventilation method has some demerits , such as the large ventilation volume and high running cost . In this article , taking an welding workshop as an example , the author use two ventilation methods of general ventilation and push-pull ventilation to control welding fume , and study the merits of push-pull ventilation in controlling welding fume of large workshop .
Keywords large workshop welding fume general ventilation push-pull ventilation
0 引言
焊接技术是近代先进制造方法之一，在国民经济建设中占有举足轻重的地位。焊接过程中，电弧区的最高温度可达5000℃左右，任何金属及其氧化物均可被熔化、蒸发，该过程将产生大量的粉尘、气体和蒸汽。粉尘主要来源于焊条的药皮，小量来自焊芯和母材，其化学成分多达二十余种，常见的有Fe、Ca、Mn、Si、Ni、Cu、Cr等。焊接过程产生的有害气体主要为：CO、CO2、NOX、O3等。焊接过程中产生的污染物种类多、危害大，能导致多种职业病（如焊工硅肺、锰中毒、电光性眼炎等）的发生，已成为一大环境公害。目前，国内外对焊接烟尘的处理，主要采用全面通风和局部通风两种传统的通风方式。本文以某一焊接车间为例，比较控制焊烟的传统通风方式和吹吸式通风两种方案，分析其初投资及年运行费用，探讨在高大工业厂房应用吹吸式通风方式控制焊烟的可行性。
1 传统通风方式
控制焊接烟尘的传统方法主要有局部通风和全面通风两种。局部通风可以有效阻止无组织气流在空间内带动污染物扩散，并且消耗的空气量较少。对于焊接车间，有固定工作台的手工焊接，局部通风罩能将焊接烟尘基本上抽走，采用局部通风方式能够取得较好的治理效果，是比较经济的治理措施。但是在很多情况下，由于生产过程、工艺布置及操作等条件限制，不能设置局部通风，或者采用了局部通风，仍然有部分有害物质扩散在室内，在有害物质的浓度有可能超过国家标准时，则应辅以自然的或机械的全面通风，或仅采用自然的或机械的全面通风。
《采暖通风与空气调节设计规范（GB50019-2003）》中规定：同时放排热、蒸汽和有害气体或仅放散密度比空气小的有害气体的生产厂房，除设局部通风外，宜在上部地带进行自然或机械的全面通风，其通风量不宜小于每小时1次换气，房间高度大于6米时，通风量可按每平方米地面面积6m3/h计算[1]。在焊接车间内，当工作地点不固定时，则电焊烟尘难以用局部方法排除。因此，必须辅以或另行设置全面通风来排除这部分烟尘。
一般焊接车间的特点是厂房比较高大、焊接件大小不定、焊接地点不固定、焊接方式较多。为了不影响焊接加工,通风工程设计时,往往考虑的是全面通风方式。通常，全面通风以厂房的换气量或换气次数为基础。因此，对于高大工业厂房，全面通风势必存在通风量大、消耗电能多、运行费用高的缺点，冬季运行因需要供暖，耗电量更大。
2 吹吸式通风
吹吸式通风是利用射流作为动力，把有害物输送到通风口再由其排除，或者利用射流来阻挡、控制有害物的扩散。从通风工程空气流动理论中我们知道，吹出气流的速度衰减较为缓慢，例如，在其轴线上2倍口径处仍是100%，在20倍口径处还保持22%左右，可见它的捕捉能力，特别是输送能力是优越的[2]。吸入气流的速度衰减较快，因此把吹出气流和吸入气流组合在一起协同作业，就可以弥补吸入气流控制能力弱的缺点，从而有效地控制污染物的扩散。吹吸式通风原理图如图1所示。
图1 吹吸式通风原理图
吹吸气流不但可以控制单个设备散发的有害物，而且可以对整个车间的有害物进行有效的控制。在厂房某一高度并排布置多个喷口，将具有一定能量的空气射入大空间，形成前进方向一致的多股平行射流。到一定距离后，每股射流将受到相邻射流的影响，出现流线重合现象，如图2所示。汇合以后，射流只能在纵向发展，当P/d0=5～15时，射流在10d0～25d0处汇合，射流到达30d0～50d0以后各点的运动方向平行与x-y平面，沿垂直于该平面的直线上的速度分布趋向均一，因此射流在这个区域内的运动近似于平面运动，形成水平的空气屏障[3]。由于厂房空间大，并排布置的风口个数多，射流汇合一段距离后，在大空间中形成宽度比变化中的厚度大得多的扁平气流。
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图2 股平行气流射流结构图
P——喷口间距 (m) d0——喷口直径 (m) x——射流射程 (m)
采用吹吸式通风方式控制高大工业厂房中的焊烟，就是利用在建筑物侧墙一定高度吹出的喷射气流形成空间隔断，以送风口中心为分层面，将高大工业厂房在高度上分为上下两个区域，把工作区散发的焊烟最大程度的控制在一定的高度范围内，即厂房的下部区域为控制区，并借助于射流引起的气流流动将污染物带到通风口将其排除。分层面以上的区域为非控制区。从理论和各种现场状况分析，吹吸式通风利用射流形成空气隔断，能对焊接车间有害物进行有效的控制，而且工程投资和运行费用相对较少并且不会影响现场工人操作和设备维修。
3 通风方案比较
本文以某一焊接车间为例，厂房的建筑尺寸为长120m，宽36m，高12m。
3．1 全面通风方案
该焊接车间的特点是厂房高大、焊接地点不固定、焊接方式较多。为了不影响焊接加工,进行传统的通风工程设计时,采用的是全面通风方式。由于焊接设备产尘量未知，全面通风以厂房的换气量或换气次数为基础，据经验值一般大型焊接车间应每小时通风10～15次[4]。本工程采用每小时通风10次，通风量为518400 m3/h，为保持室内负压送风量小于通风量为516000 m3/h。本工程采用全面通风方案时，送通风管道采用1mm厚的镀锌钢板，共计2640 m2；通风口(800mm×800mm)48个；送风口(1000mm×800mm)40个；送风机8台（风量66541 m3/h，功率22kw）；排烟风机4台（风量145020 m3/h，功率160kw）。
3．2 吹吸式通风方案
3．2．1 送风射程
据《采暖通风与空气调节设计规范（GB50019-2003）》，侧送多股平行射流，采用单侧送风时，射流末端上边界与对方墙面在工作区以上相交；双侧对送时，射流末端上边界应该在工作区以上搭接，以避免污染气流逃逸。示意图如图3所示。
图3 在高大厂房应用吹吸式通风示意图
射流的射程等于射流的作用距离减去末端扩散范围[5]：
X=S-R
X—射流的射程(m)；
S—射流的作用距离(m)；
R—射流末端扩散范围(m)，根据实验结果一般
一．概 述： 随着高瓦斯矿井的安全生产需要，急需开发一种局扇组合开关以代替目前4台BQD-80或BQD-120拖动两台2×55KW风机的现状，这将大大简化供电线路，接线、调试时间缩短，最重要的是提高了设备的自动化程序和产品的可靠性。
二. 控制原理： 煤矿安全生产要求必须保证掘进巷道的供风是连续的，以避免瓦斯集聚，发生恶性多人死亡事故，尤其在高瓦斯矿井中局扇风机在煤矿安全规程中要求一用一备而且是双回路专用线路供电。
根据局扇风机工作的特点，局扇风机的控制的可靠性显得尤为重要，所以在设计局扇风机控制开关时，主控制器选用S7-200系列可编程控制器，完成开关动作的逻辑控制，负载回路的漏电闭锁，供电电源的过压保护以及电机过载、短路保护等功能。而且主风机控制回路和备用风机控制回路采用两套完全独立的PLC工程，两套工程之间用通讯的方式互相监视，互为备用。两套PLC都具有数据远传的功能，以便将风机运行参数传于上位机。
三．功能介绍
1. 模式设定
A. 手动―单机（试转功能），不具备自动切换功能。
B. 自动―单机（逐个增加级数，随着巷道的延伸长度变化）。
C. 自动―双机
2. 电动机的保护
A. 过载
B. 短路
C. 漏电闭锁
D. 过、欠压
E. 断相
3. 自动切换功能
A. 对切换的延时要求
1) 双电源间的延时要求0-9s可调。
2) 级与级间的起动延时0-9s可调。
B. 切换条件的可靠实现（通讯、不间断vsp、传统办法）
C. 风机的工作时间累加或倒计时，并有声光提示报警和数码显示功能，如：“该倒机了”。
D. 主副风机的选先问题。分主、副优先。
4. 两闭锁功能
A. 风电闭锁功能：风机在切换延时间隔内，要闭锁动力总馈电开关，且要手动复位，不能自动复电。
B. 瓦斯电闭锁：要可用，也可不用。
C. 两闭锁的节点有选择性，即可用常开，又可用常闭。
5. 远程功能：通过接口与煤矿安全监测工程联系，能在地面调度室知道风机或开关工程已切换了，或需要立即检修某个部位。
1． 控制部分能显示工作电压、电流、瓦斯浓度并能记忆故障参数。
四．发展前景
该项目的实施，能可靠的控制采掘工作面的通风设施，在任何一路电源或任何一台风机出现故障时，都能迅速切换至备用电源或备用风机。而且可以在不影响正常工作的情况下，排除故障，进行检修，大大减少了重大事故的发生，减少了人员伤亡和财产损失，同时，也大大提高了生产效率。
综上所述，该项目的实施，可取得良好的经济效益，而且可使用户享受科技发展带来的无限风光，社会效益明显。
五．结构简图（附下）
壳体采用对称式结构，一体式两个独立隔爆腔，进出线引入咀和控制线咀都有足够备用数量，两个快开门方便开关检修，本体采用小车碰撞方式，可实现不停机检修。
附实物图：
五 应用情况：
从2004年4月17日开始使用至今，样机在晋煤集团成庄矿井下综掘五队掘进巷道施工中使用，未出现过风机主回路停电，副风机回路不切换的情况，连续使用掘进巷道近3000米，受到综掘机电工人的良好评价，提高了局扇风机的控制可靠性和管理的简化。
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