Новые системы приточно-вытяжной вентиляции

М. И. Гримитлин, д.т.н., проф.

Р. Б. Знаменский, ст. науч. сотр.

В промышленности нередко встречаются производственные процессы с интенсивным выделением вредных веществ, при оснащении которых традиционными системами вентиляции не удается обеспечить в рабочей зоне требуемую санитарными нормами чистоту воздуха.

К таким процессам относятся, например: производство вискозного волокна в прядильных цехах заводов химического волокна; многие технологические операции на заводах по производству свинцово-кислотных аккумуляторов и др.

На этих производствах при устройстве местной вытяжной вентиляции в сочетании с общеобменнoй приточной вентиляцией содержание вредных веществ в воздухе рабочей зоны превышает предельно допустимые концентрации (ПДК): при получении вискозного волокна по сероуглероду и сероводороду в 4-5 раз /1/; при изготовлении свинцово-кислотных аккумуляторов по аэрозолю свинца в 15-40 (а иногда и в сотни) раз /2/.

Для повышения эффективности местной вытяжной вентиляции и возможности обеспечения на рабочих местах таких производств содержание вредных веществ в воздухе рабочей зоны в пределах ПДК предложено решение, представляющее сочетание местного вытяжного устройства с местной приточной вентиляцией, создающей малотурбулентный (безвихревой) поток очищенного воздуха, направленного сверху вниз на рабочее место.

Воздухораспределительные устройства, создающие зоны чистого воздуха на стационарных рабочих местах, были разработаны /3, 4/ применительно к "чистым" помещениям в электронной промышленности. Предлагаемый способ местной приточной вентиляции основан на использовании теплового начального участка струи, в котором, как известно /4/, сохраняются первоначальные значения метеорологических параметров и чистоты воздуха, выпускаемого в помещение. При выпуске воздуха через такие воздухораспределители обеспечивается сравнительно малая интенсивность турбулентности подаваемого воздуха (число Кармана К= U/U?5?6 %), и благодаря этому снижается эффект перемешивания его с окружающим воздухом и, как следствие, значительно увеличиваются размеры ядра постоянных (начальных) температур и концентраций примесей в потоке. Таким образом, под безвихревым воздухораспределителем (БВВ), расположенным над рабочим местом, создается зона чистого воздуха, в которой содержание вредных примесей в несколько (а иногда в десятки) раз ниже, чем в окружающем воздухе.

Некоторые возможные аэродинамические схемы местной приточно-вытяжной вентиляции с использованием БВВ представлены на рис. 1.

Рисунок  1. Аэродинамические схемы местной приточно-вытяжной вентиляции: а - БВВ без завес с вытяжным шкафом; б - БВВ с фронтальной завесой и отсосом через перфорированную столешницу стола; в - БВВ с фронтальной и боковыми завесами, боковым отсосом и отсосом через перфорированную столешницу стола 1 - основная воздухораспределительная панель; 2 - воздухораспределительная панель с фронтальной завесой; 3 - воздухораспределители боковых завес; 4 - регулирующие заслонки.

На рис. 1а приведен вариант применения БВВ без завес у открытого проема укрытия типа вытяжного шкафа, в котором осуществляется технологический процесс с выделением вредностей при отсутствии или незначительных тепловыделениях. При этом в плоскости открытого проема обеспечивается равномерное поле всасывания малотурбулентного потока воздуха, поступающего от БВВ.

Поток чистого воздуха подается через БВВ со скоростью 0,3...0,5 м/с в зону дыхания работающего. Для создания равномерного, малотурбулентного потока панель оснащается элементами, снижающими турбулентность воздуха, например, сотовой решеткой, к которой сверху вплотную примыкает перфорированный лист. Для этой цели также могут использоваться фильтры тонкой очистки (типа "НЕРА", ФТОВ и др.), а также другие фильтрующие материалы, располагаемые по всей площади воздухораспределительной панели, которые наряду с очисткой значительно снижают турбулентность приточного воздуха.

Необходимый расход вытяжки укрытия определяется величиной скорости всасывания воздуха в открытый проем, при которой гарантируется требуемое снижение концентрации вредностей в зоне дыхания работающих. Наибольший эффект работы системы местной приточно-вытяжной вентиляции достигается при превышении расхода притока над вытяжкой (-Lp/Lb>1.1), т.е. при отсутствии поступления в проем более турбулентного воздуха помещения.

На рис. 1б представлен вариант использования БВВ с фронтальной завесой, располагаемой над рабочим столом, на котором осуществляются технологические операции с интенсивными выделениями газовых или пылевых вредностей, а также тепла. Стол оснащен отсосом через перфорированную столешницу. Воздухораспределительная панель фронтальной завесы создает малотурбулентный ниспадающий поток воздуха со скоростью 0,7...0,8 м/с, который ограничивает и подавляет факел выделения газовых, пылевых вредностей и конвективные потоки от нагретых поверхностей технологического оборудования. Необходимый расход воздуха, удаляемого от рабочего стола, определяется полным улавливанием потока воздуха фронтальной завесы (с учетом инжектирования окружающего воздуха).

На рис. 1в представлен вариант использования БВВ с фронтальной и боковыми завесами для случая сильно загрязненного окружающего воздуха, наличия поперечных потоков воздуха в помещении и подаче воздуха с температурой выше температуры окружающего воздуха.

Боковые завесы предназначены для защиты основного потока от возможных сквозняков, сносящих потоков и гравитационных сил. Воздухораспределители боковых завес обеспечивают двухструйную подачу воздуха через две щели: внутреннюю с меньшей скоростью 0,8...1,0 м/с и наружную с большей скоростью 2...2,5 м/с.

Благодаря этому обеспечивается меньшая турбулентность основного потока и достаточно надежная его защита от сквозняков и сносящих потоков.

Оценку эффективности работы предлагаемых систем вентиляции рекомендуется производить по величине коэффициента гигиенической эффективности:

К^гиг_эф=(С^в_з.д.-С^вп_з.д.)/С^в_з.д.·100

Здесь С^в_з.д., С^вп_з.д., мг/м³ - соответственно средние концентрации вредностей, замеренные в зоне дыхания при работе только местной вытяжной вентиляции и при работе местной приточно-вытяжной вентиляции с БВВ.

На производстве вискозного волокна Сокольского завода химического волокна для прядильных машин ПШ-250-И2 были осуществлены системы местной приточно-вытяжной вентиляции в двух вариантах: с БВВ без завес (рис. 2а), имеющих воздухораспределительную панель размером 3,0x0,9 м; с БВВ с фронтальной завесой, имеющих панели воздухораспределителей фронтальной завесы и основного потока соответственно 3,0x0,3 м 3,0x0,6 м (рис. 2б).

Рисунок  2. Схемы местной приточно-вытяжной вентиляции прядильных машин с БВВ при открытых рабочих проемах: а) при БВВ без завес; б) при БВВ с фронтальной завесой и отключенным основным потоком; в) при БВВ с фронтальной завесой и основным потоком. 1 - укрытие рабочего пространства машины; 2, 3 - патрубки постоянной и усиленной вытяжки; 4 - подъемный щит укрытия; 5, 6 - панели воздухораспределителей фронтальной завесы и основного потока; 7, 8, 9 - регулирующие заслонки фронтальной завесы, основного и общего потока.

Приточно-вытяжные системы содержат защитные капсулы рабочего пространства машины с постоянной и усиленной вытяжкой и вертикальными рабочими проемами размером 3х1 м, перекрываемыми подъемными щитами капсуляции. Рядом с проемами защитной капсулы над рабочими местами операторов прядильной машины размещены БВВ.

Испытания приточно-вытяжных систем проводились как при открытых, так и закрытых проемах. При варианте БВВ с воздухораспределителем фронтальной завесы при открытых щитах капсуляции испытания проводились в двух режимах: 1 - при открытой заслонке фронтальной завесы и закрытой заслонке основного потока (рис. 2б); 2 - при открытой заслонке фронтальной завесы и частично открытой заслонке основного потока (рис. 2в). Полученные результаты сравнивались с данными испытаний системы вентиляции прядильной машины ПШ-250-И2 с вытяжной системой, не оборудованной БВВ и имеющей общеобменный приток через щелевые воздухораспределители, подающие приточный воздух сверху вниз в проход между машинами.

Во время испытаний температура приточного воздуха была на 0,5-1,0°С ниже температуры окружающего воздуха. Средняя концентрация сероуглерода в приточном воздухе составляла 0,7 мг/м³.

Результаты испытаний показали, что наибольшая эффективность защиты зоны дыхания работающих при открытых проемах достигается при оснащении прядильных машин местными приточно-вытяжными системами с подачей воздуха на рабочие места через воздухораспределители фронтальной завесы и основного потока. Средняя концентрация сероуглерода в зоне дыхания составила С_з.д.=1,9 мг/м³, а К^гиг_эф=94 %. По сравнению с приточно-вытяжной системой с БВВ без завес концентрация вредностей снижена более чем в 4 раза, а по сравнению с вариантом использования только вытяжной системы - в 17 раз.

При этом благодаря уменьшению расхода вытяжного воздуха при открытых проемах с 7500 до 4800 м³/ч на 1 секцию, т.е. более чем в 1,5 раза, повышаются концентрации вредностей в удаляемом воздухе и обеспечиваются условия для более эффективной работы газоочистки и предотвращения выбросов вредностей в атмосферу.

При закрытых проемах концентрация сероуглерода в зоне дыхания по сравнению с вытяжной системой снизилась более чем в 7 раз и составила С_з.д.=2,5 мг/м³, К^гиг_эф=6,9 %.

Системы местной приточно-вытяжной вентиляции с БВВ были осуществлены на производстве свинцово-кислотных аккумуляторов, характеризующимся интенсивным выделением высокотоксичных аэрозолей свинца 1 класса опасности (рис. 3).

Рисунок 3. 1 - БВВ; 2 - узел подвода воздуха; 3, 4, 5 - воздухораспределители основного потока фронтальной и боковых завес; 6 - фильтр тонкой очистки; 7, 8, 9 - регулирующие заслонки; 10 - пресс для разрубки пластин; 11 - стол с отсосом от перфорированной столешницы; 12 - отсос боковой; 13 - шторка прозрачная; 14 - чистая зона.

Особенно высокие концентрации аэрозолей свинца наблюдаются на постоянных рабочих местах разрубщиков отформированных пластин, где концентрации вредностей в зоне дыхания и в окружающем воздухе превышают ПДК в десятки раз.

БВВ, установленный над рабочим местом на высоте 2,1 м от пола, имеет воздухораспределитель основного потока, выполненный в виде сотовой панели размером 1,5x1,5 м в плане, соединенный с фильтром тонкой очистки из ультратонкого стекловолокна типа ФТОВ АО "ОПТИКА".

Под действием подпора воздуха в чистой зоне происходит отклонение струй боковых завес в сторону помещения, некоторое инжектирование завесами основного потока и уменьшение его скорости. Благодаря этому происходит расширение основного потока, что исключает уменьшение первоначальных размеров чистой зоны.

Результаты испытаний показывают высокую эффективность защиты зоны дыхания работающих как от технологических вредных выделений аэрозолей, так и от сильно загрязненного окружающего воздуха цеха. По сравнению с местной вытяжной системой данная приточно-вытяжная система с БВВ обеспечивает снижение вредностей в зоне дыхания до 40 раз при К^гиг_эф=97,3 %.

Выводы

1. Для повышения эффективности местной вытяжной вентиляции и возможности обеспечения требуемой чистоты воздуха разработано и осуществлено новое техническое решение, представляющее сочетание местного вытяжного устройства с местной приточной вентиляцией, использующей воздухораспределительные панели, создающие чистые зоны на постоянных рабочих местах ниспадающими малотурбулентными (безвихревыми) потоками очищенного воздуха, направленными свеpху вниз.

2. Предлагаемое решение целесообразно применять в тех случаях, когда при оснащении традиционными системами вентиляции не удается обеспечить в рабочей зоне требуемую санитарными и технологическими нормами чистоту воздуха, например, в производственных процессах с интенсивными выделениями вредных веществ; в особо токсичных производствах; в чистых производственных помещениях.

3. Испытания, проведенные на производствах с интенсивным выделением вредных веществ, подтвердили высокую гигиеническую эффективность использования местных приточно-вытяжных систем:

• при производстве вискозного волокна концентрация сероуглерода снижена в 17 раз по сравнению с вариантом использования только вытяжных систем при К_эф.=94 %;
• при производстве аккумуляторов концентрации аэрозоля свинца в зоне дыхания снижены до 40 раз при К_эф.= 97,3 %.

4. В настоящее время в НПП "Экоюрус-Венто" налажен выпуск безвихревых воздухораспределителей в 2-х модификациях:

• БВВ без фронтальных и боковых завес;
• БВВ с фронтальной и с боковыми завесами.

Литература

1. Знаменский Р.Б., Александров В.А., Гутина В.П. Воздушно-струйная защита работающих от выделений токсичных веществ при производстве вискозного волокна. "Охрана труда и научно-технический прогресс". Материалы научно-технического краткосрочного семинара от 26-27 сентября. Ленинград, 1989, с. 45-47.
2. Гримитлин М.И., Остапенко Е.И., Попов Б.А. Состояние и перспективы улучшения условий труда и повышение экологической безопасности производства свинцово-кислотных аккумуляторов. Тезисы докладов Международной конференции "Воздух-98". СПб, 1998, с. 95-98.
3. Знаменский Р.Б. Методические рекомендации по расчету безвихревых воздухораспределителей, ЛИОТ. Ленинград, 1989, с. 20.
4. Гримитлин М.И. Распределение воздуха в помещениях. СПб, 1994, с. 316.
5. Эльтерман В.М. Вентиляция химических производств. "Машиностроение", Москва, 1980, с. 288.

Дополнительная информация о применении воздухораспределителей БВВ может быть получена по: тел. (812) 224-6988; факсу (812) 224-6998.