安全工程工业通风课程设计.doc

课
程
设
计

课题名称 某企业车间除尘系统设计
专业名称 安全工程
所在班级 安本班
学生姓名
学生学号
指导教师

湖南工学院
课 程 设 计 任 务 书

安全与环境工程 系 安全工程 专业

学生姓名： 学号： 专业：安全工程

1. 设计题目：某企业生产车间除尘系统设计
2. 设计期限：自2010年12月12日开始至2010年12月25日完成
3. 设计原始资料：1）某企业生产车间平面布局；2）抛光间、打孔间局部排风罩风量；3）暖通空调制图标准GBT50114-2001；4）通风系统方案的确定、系统划分应注意的问题5）《简明通风设计手册》。
4. 设计完成的主要内容：1）抛光车间除尘系统设计与计算；系统划分与风管布置；风管的材料选择；2）打孔车间除尘系统设计与计算；3）抛光车间和打孔车间及通风系统轴测图与平面图。
5. 提交设计（设计说明书与图纸等）及要求：提交一份某企业生产车间除尘系统设计报告和设计图纸两张。要求语句通顺、层次清楚、推理逻辑性强，设计改进明确、可实施性强。报告要求用小四号宋体、A4纸型打印；图纸部分要求运用Auto CAD严格按照作图规范绘制，采用国际统一标准符号和单位制，并打印。
6. 发题日期： 2010 年 12 月 5 日

指导老师（签名）：
学 生（签名）：

目录
1前言 3
2车间简介 4
3抛光和打孔车间通风除尘系统设计与计算 5
3.1系统和设备的布置 5
3.2风管系统的进口 6
3.3弯头 6
3.4 除尘器的选择 6
3.5风管断面形状的选择 7
3.6 风管的材料 7
3.7抛光水力计算 7
3.7.1计算各管段的局部阻力系数 8
3.7.2计算各管段的沿程摩擦阻力和局部阻力 9
3.7.3对并联管路进行阻力平衡 10
3.7.4 计算系统的总阻力和选择风机 11
3.8 打孔车间的水力计算和风机的选取 11
4 结束语 15
参考文献 15

1前言
在工业生产过程中散发的各种有害物（粉尘、有害蒸汽和气体）以及余热和余湿，如果不加控制，会是室内外空气环境受到污染和破坏，危害人类的健康、动植物的成长，影响生产过程的正常运行。为保障广大职工和居民的身体健康，创造良好的劳动和生活环境和保护大气环境，防尘工作、通风工程已成为企业生产不可或缺的一部分。
该企业抛光生产车间产生的粉尘有：抛光粉剂、粉末、纤维质灰尘等（石棉粉尘），打孔车间产生较大颗粒的木块和刨花。此粉尘由于吸入人体后不能排出易造成矽肺、石棉肺或尘肺而车间内国家卫生标准规定石棉粉尘及含有10%的石棉粉尘最高允许浓度为2mg/m3，因此需采取有效的通风措施在有害物产生地点直接把它们收集起来，经过净化处理排至室外，使车间内有害物浓度不超过国家卫生标准规定的最高允许浓度。
2车间简介

图一 某企业的抛光车间和打孔车间的平面图

1）、该厂房设有三个抛光间，每个抛光间有一台抛光机，距离外墙3200mm。其布局如图2-1所示。抛光机有1个抛光轮，抛光轮为布轮，其直径为D=200mm，抛光轮中心标高1.2m。抛光的目的主要是为了去掉金属表面的污垢及加亮镀件。在抛光过程中会产生大量的粉尘，相关资料如下：
排风量的计算
一般按抛光轮的直径D计算： L=A·D m3/h
式中：A——与轮子材料有关的系数
布轮：A=6m3/h·mm
毡轮：A=4m3/h·mm
D——抛光轮直径 mm
其主要成分有：抛光粉剂、粉末、纤维质灰尘等（石棉粉尘），抛光机的排风罩采用接受式侧排风罩，排风罩口尺寸为300*300 mm

图2 接受式侧排风罩图
2打孔车间有两台打孔机，打孔机在工作时会产生较大颗粒的木块和刨花。打孔机中心标高900mm，排风罩采用上部吸气罩，排风罩口尺寸为300*300mm，风量L=1300 m3/h。

图3 密闭罩示意图
为了给操作者营造一个良好的工作环境，预防职业病，使粉尘不影响抛光质量，该抛光系统需要设计一个通风除尘系统与之相配合。
抛光和打孔车间除尘系统工艺流程应如下：

打磨抛光打孔产生粉尘→排风罩→风管→除尘器→风机→排放

3抛光和打孔车间通风除尘系统设计与计算
3.1系统和设备的布置
为便于运行管理，且该车间三个厂房的空气处理要求相同、室内参数要求也相同，因此可以设计成由一台风机与其联系在一起的管道及设备构成一个系统。
除尘风管尽可能垂直或倾斜敷设，倾斜敷设时与水平夹角最好大于45°风管上应设置必要的调节和测量装置（如阀门、压力表、温度计和采样孔等）或预留安装测量装置的接口。调节和测量装置设在便于操作和观察的地点。风管的布置还要求顺直，避免复杂的局部管件。弯头、三通等管件要安排得当，与风管的连接要合理，以减少阻力和噪声。除尘管道宜采用圆形钢制风管，其接头和接缝应严密，管道一般应明设，对有爆炸性危险的含尘气体，应在管道上安装防爆阀，且不应地下铺设。

3.2风管系统的进口
它能改善排放粉尘有害物的工艺和工风管系统的进口处是各种形式的集气吸尘罩作环境，尽量减少粉尘排放及危害。考虑到产尘特点、扩散规律、设备允许密闭程度及工人的操作方式等因素，为使罩内气流均匀，一般适宜用圆形伞形罩。集气罩尽量靠近设在有害物源附近并将其围罩起来，既不妨碍工作又有效控制粉尘。在保证对尘源的控制效果的前提下，应尽可能考虑减少排风罩的阻力消耗。

3.3弯头
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。在设计中一般采用R=1～2d.
3.4 除尘器的选择
选择除尘器时必须全面考虑各种因素的影响，如处理风量、除尘效率、阻力、一次投资、维护管理等。还应特别考虑以下因素：
1）、选用的除尘器必须满足排放标准规定的排空浓度。
2）、粉尘的性质和粒径分布。粉尘的性质对除尘器的性能具有较大的影响，不同的除尘器对不同粒径的粉尘效率是完全不同的。
3）、气体的含尘浓度。气体的含尘浓度较高时，在电除尘器或袋式除尘器前应设置低阻力的初净化设备，去除粗大尘粒，有利于它们更好地发挥作用。
4）、气体的温度和性质。对于高温、高湿的气体不宜采用袋式除尘器。
5）、选择除尘器时，必须同时考虑除尘器除下的处理问题。
石棉粉尘的粒径为0.5～1μm，为达到较高的除尘效率，参考下表各种除尘器的性能和费用，由于袋式除尘器的阻力较小，在粒径0.5～1μm 之间的除尘效率较高.为了达到高效率和经济实惠的目的。在这里选择旋风除尘器。旋风除尘器是利用气流旋转过程中作用在尘粒上的惯性离心力，使尘粒从气流中分离的设备。经查资料（表1）
表1 各种常用除尘器的综合性能表
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
冲激式除尘器
≥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
经查表：抛光车间选了XZZ-III-D750型号的旋风除尘器，打孔车间选了XZZ-III-D560
3.5风管断面形状的选择
风管断面形状有圆形和矩形两种。两种相比，在相同断面积时圆形风管的阻力小、材料省、强度也大；圆形风管直径较小时比较容易制造，保温亦方便。 当风管中流速较高，风管直径较小时，宜采用圆形风管。
3.6 风管的材料
风管的材料应根据使用要求和就地取材的原则选用。
薄钢管是最常用的材料，有普通薄钢板和镀锌薄钢板两种。他们的优点是易于工业化加工制作、安装方便、能承受较高温度。镀锌钢板具有一定的防腐性能，适用于空气湿度较高或室内潮湿的通风、空调系统，有净化要求的空调系统。硬聚氯乙烯塑料板适用于有腐蚀作用的通风、空调系

3.7抛光水力计算
1）、对轴测图中的各管段进行编号，标出管段长度和各排风点的排风量。
2）、选定最不利环路，本系统选择1-4-除尘器-5-风机-6为最不利环路。
3）、根据各管段的风量及选定的流速，确定最不利环路上各管段的断面尺寸单位长度摩擦阻力。
根据工业通风（第三版 孙一坚主编）书中表6-4，输送含有石棉粉尘的空气时，风管内最小风速为，垂直风管12m/s、水平风管18m/s。
旋风除尘器不考虑漏风管段4和5及6的计算风量为1200×3=3600 m3/h。

根据工业通风（第三版 孙一坚主编）书中表6-4。
表1 除尘风管的最小风速（m/s）
粉尘类别
粉尘名称
垂直风管
水平风管
纤维粉尘
干锯末、小刨屑、纺织尘
10
12
木屑、刨花
12
14
干燥粗刨花、大块干木屑
14
16
潮湿粗刨花、大块湿木屑
18
20
棉絮
8
10
麻
11
13
石棉粉尘
12
18

输送含有石棉粉尘的空气时，风管内最小风速为，垂直风管12m/s、水平风管18m/s。
管段1
根据L1=1200 m3/h（0.33/s），V1=18 m/s 由工业通风（第三版 孙一坚主编）书中附录6可查出管径和单位长度摩擦阻力所选管径应尽量符合附录8的通风管道统一规格。
D1=160㎜ =28 Pa/m
同理可查的管径4、5、6的管径及比摩阻，具体结果见表3.
4. 确定管段2、4的管径及比摩阻，具体结果见表3.
5.根据附录7确定各管段的局部阻力系数
（1）管段1
矩形伞形罩 α=60° ξ1=0.16
90°弯头（R/D=1.5） 2个 ξ=0.17×2=0.34
45°弯头（R/D=1.5） 1个 ξ=0.12
合流四通（1-4）见图3

图3 合流四通图
根据 V2/V1=1,
表2 合流吸入四通局部阻力系数表
V2/V1
0.6
0.8
1.0
1.2
1.4
1.6
ξ1
0
0
0
0
0
0
ξ2
1
0.4
0.2
0.1
0.05
0.16

查得 ξ14=0.2

Σξ=0.16+0.34+0+0.12+0.2=0.82
（2）管段2
矩形伞形罩 α= 90°， ξ1=0.16
90。弯头（R/D=1.5）2个 ξ2=0.17×2=0.34
合流四通（2-4）见图3
查得 ξ24=0

（3）管段3
矩形伞形罩 α= 60°， ξ1=0.16
90。弯头（R/D=1.5）2个 ξ2=0.17×2=0.34
45。弯头（R/D=1.5） 1个 ξ3=0.12
合流四通（3-4）如图3
查得 ξ35=0.2,

(4) 管段4
除尘器进口变径管（渐扩管）
除尘器进口尺寸347×448mm，变径管长度400mm，

α=12° ξ=0.38
90。弯头（R/D=1.5） 2个 ξ=0.17×2=0.34
=0.38+0.34=0.72
（5）管段5
除尘器出口变径管（渐缩管）
除尘器进口尺寸347×347mm，变径管长度L=400mm,

α=3.36°
因为°时，ξ=0.10
90。弯头（R/D=1.5） 2个 , ξ=0.17×2=0.34
风机进口渐扩管
近视选出一台风机，风机进口直径D=400mm, 变径管长度l=400mm

α=7.13° ξ=0.09
Σ=0.1+0.34+0.09=0.53
(6) 管段6
风机出口渐扩管
风机出口尺寸D=400mm,D7=300mm

α=7.13° ξ≈0
带扩散管的伞形风帽（h/D0=0.5）
ξ=0.60
Σξ=0.60+0=0.60
6）、计算各管段的沿程摩擦阻力和局部阻力，计算结果见表1.
7）、对并联管路进行阻力平衡
为了保证各送、排风点达到预期的风量，两并联支管的阻力必须保持平衡。对一般的通风系统，两支管的阻力差应不超过20%；除尘系统应不超过10%。若超过上述规定，可采用调整支管管径、增大风速和阀门调节这三种方法使其阻力平衡。该系统为除尘系统，故两支管的阻力差应不超过10%。

（1）汇合点A
△P1=402.41 Pa, △P2=227.20Pa,

为使管段1、2达到阻力平衡，改变管段2的管径，增大其阻力
根据公式有

根据通风管道统一规格，取=150mm

此时仍处不平衡状态，如继续减小管径，取D2=140mm，仍处不平衡状态。因因此决定取，在运行时再辅以阀门调节，消除不平衡。
由于我所选的是合流四通，管1和管3是完全对称的，管段2作相应调整达到平衡后，相应管段1和管段3也会平衡，故不需再做重复考虑
表3 管道水力计算表
管段

编号
流量
m3/h
m3/s
长度
l
m
管径
D
㎜
流 速
v
m/s
动 压
Pd
Pa
局部阻力系数
Σξ
局部阻力Z
Pa
单位长度比摩阻Rm
Pa/m
摩擦阻力
Rm.l
Pa
管道阻力
Rml+z
Pa
备注
1
1200（0.33）
9.00
160
18
194.4
0.82
159.41
27
243
402.41

2
1200（0.33）
4.80
160
18
194.4
0.50
97.20
27
130
227.20
阻力不平衡
3
1200（0.33）
9.00
160
18
194.4
0.82
159.41
27
243
402.41

4
3600（0.99）
4.65
260
16
153.6
0.72
110.6
11
51.2
161.80

5
3780（0.99）
4.05
340
14
117.6
0.53
62.3
8
32.4
94.70

6
3780（0.99）
7.40
340
14
117.6
0.60
70.6
8
59.2
129.80

2
1200(0.33)

150
19
216.6

108.3

238.3

除尘器

1200.0

3.7.4 计算系统的总阻力和选择风机
8.通风除尘系统总阻为
△P=Σ（Rml+Z）=402.41+161.80+94.70+129.80+1200=1988.71Pa
9.选择风机
1、根据输送气体性质、系统的风量和阻力确定风机的类型。例如输送清洁空气，选用一般的风机；输送有爆炸危险的气体或粉尘，选用防爆风机。
2、考虑到风管、设备的漏风及阻力的计算不精确，应按下式的风量、风压选择风机：

风机风量 Lf =1.15L=1.15×3600=4140 m3/h
风机风压 Pf =1.15 =1.15×2571.09=2287.01 Pa
选用C4-73—11NO.3.6排尘类离心通风机,可用于输送含尘埃、木屑、纤维的气体。
风机风量 ；风机风压 ，
风机转速n=3150r/min皮带传动；
配用Y112M—24kw型电动机。

3.8 打孔车间的水力计算和风机的选取
1）、对附录图xx中的各管段进行编号，标出管段长度和各排风点的排风量。
2）、选定最不利环路，本系统选择1-3-除尘器-4-风机-5为最不利环路。
3）、根据各管段的风量及选定的流速，确定最不利环路上各管段的断面尺寸和单位长度摩擦阻力。
根据工业通风（第三版 孙一坚主编）书中表6-4，输送含有石棉粉尘的空气时，风管内最小风速为，垂直风管12m/s、水平风管18m/s。
管段1
根据L1=1300 m3/h（0.36/s），V1=16 m/s 由工业通风（第三版 孙一坚主编）书中附录6可查出管径和单位长度摩擦阻力所选管径应尽量符合附录8的通风管道统一规格。

同理可查的管径3、4、5的管径及比摩阻，具体结果见表3.
4）、 确定管段2、4的管径及比摩阻，具体结果见表3.
5）、根据附录7确定各管段的局部阻力系数 打孔车间风量L,速度V,管径D和单位长度摩擦阻力系数R的确定和前面抛光车间各数据确定的步骤都是一样的。
6）、查附录10，确定各管段的局部阻力系数。
管段1
①设备接收式侧排气罩: 它的尺寸是300*300 ，α=60°，查得 ξ=0.16
②90°弯头（R/D=1.5)1个 ξ=0.17
③圆形三通（1→3）（见图5）

图5 圆形三通
取R/D=2; L/L=1300/2600=0.5 查表得 ξ=0.03。
Σξ=0.16+0.17+0.03=0.36
管段2
由于管段1和管段2完全对称，并且流量和流速都相等，计算步骤都一致
所以：
①设备接收式侧排气罩: 它的尺寸是300*300 ，α=60°，查得 ξ1=0.16
②90°弯头（R/D=1.5)1个 ξ2=0.17
③圆形三通（1→3），（见图5）
取R0/D=2; L2/L3=1300/2600=0.5 查表得 ξ3=0.03
Σξ=0.16+0.17+0.03=0.36
管段3
①90°弯头（R/D=1.5)2个 ξ1=0.17×2=0.34
②除尘器进口变径管（渐扩管），除尘器进口尺寸368×368mm，变径管长度500 mm，,，α=7.29°，查得 ξ=0.08
Σξ=0.34+0.08=0.42
管段4
①除尘器出口变径管（渐缩管），除尘器出口尺寸285mm（圆管），变径管长度 l=500 mm，<1=tan45°，查得 ξ1=0.10
②90°弯头（R/D=1.5)2个 ξ2=2×0.17=0.34
③风机进口渐扩管，先近似选出一台风机，风机进口直径D1=400mm，变径管长度l=500 mm，，
,α=8°，查得 ξ=0.08
Σξ=0.10+0.34+0.08=0.52
管段5
①风机出口渐缩管，风机出口尺寸400×300 mm，D5=260mm,

=8°，<45°
查得 ξ1=0.1

②带扩散管的伞形风帽() 查得 ξ=0.6
Σξ=0.1+0.6=0.7
7）、计算各管段的沿程摩擦阻力和局部阻力。计算结果见表4：

表4 打孔车间管道水力计算表
管段编号
流量
（m³/h
(m³/s)
长度l(m)
管径D(mm)
流速v
(m/s)
动压Pd
(Pa)
局部阻力系数Σξ
局部
阻力
Z（Pa)
单位长度摩擦阻力
摩擦阻力 Rml
(Pa)
管段阻力Rml+Z
(Pa)
备注
1
1300
(0.361)
6.0
170
16
153
0.36
55
20
120
175

2
1300
(0.361)
6.0
170
16
153
0.36
55
20
120
175

3
2600
（0.72）
6.5
240
16
153
0.42
64
13
84.5
148.5

4
2600
（0.72）
5.5
260
14
117
0.69
81
9.5
31
112

5
2600（0.72）
7.4
260
14
117
0.7
82
9.5
70.3
152.3

除尘器

870

8）、对并联管路进行阻力平衡
为了保证各送、排风点达到预期的风量，两并联支管的阻力必须保持平衡。对一般的通风系统，两支管的阻力差应不超过20%；除尘系统应不超过10%。若超过上述规定，可采用调整支管管径、增大风速和阀门调节这三种方法使其阻力平衡。该系统为除尘系统，故两支管的阻力差应不超过10%。
汇合点所用的是圆形三通，管段1和管段2是完全对称的，并且它们的总阻力也是一样的，故它们的阻力永远都是平衡的。
9）、 计算系统的总阻力和选择风机
系统的总阻力：
10）、选择风机：
（1）、根据输送气体性质、系统的风量和阻力确定风机的类型。例如输送清洁空气，选用一般的风机；输送有爆炸危险的气体或粉尘，选用防爆风机。
（2）、考虑到风管、设备的漏风及阻力的计算不精确，应按下式的风量、风压选择风机：
风机风量
风机风压
选用C4-73—11NO.3.6排尘类离心通风机,可用于输送含尘埃、木屑、纤维的气体。
风机风量 ；风机风压
风机转速n=3150r/min皮带传动；
配用Y112M—24kw型电动机。

4.除尘系统安全防护与维护
4.1 除尘系统安全防护
4.1.1 平台、梯子及照明
1）、 对经常检查、维修和人员通过的地点设计平台、栏杆。
2）、 平台一切敞开的边缘均应设置安全防护护栏，防护栏的高度应高于1050mm
3）、除尘设备的内部应设置36V检修照明灯，照明灯的最低光度密度10，适用光源为汞灯或钠灯。
4.1.2 抗振加固
1）、 除尘管道的支、吊架应紧固可靠，锈蚀严重应及时更换。
2）、 除尘管道不得浮放于支架上，应设有固定管箍。
3）、 除尘器不得浮放于地坪上，应有固定措施
4）、 管道穿过楼或墙板时，管道外径应与墙或楼板有一定间隙。
5）、通风机进、出口管要有固定装置（托架或支承架）。
4.1.3 防雷及防静电
1)、 户外大中型除尘器在非雷保护范围时应设防雷装置。其防雷装置应与电控接地设计。
2）、 除尘设备和金属结构接地
3）、 将袋式除尘器本体接地
4.2 除尘系统安全维护
4.2.1 风管的维护
1）、经常检查风口、发兰连接处、清扫孔、罩子等的气密性和完好程度。如发现漏风和破损应及时检修。
2）、定期检查并清扫风管外表面的积尘，检查风管支、吊架的牢固程度。
4.2.2通风机的维护
1）、 检查通风机各连接、紧固部位螺栓的紧固程度、润滑状况、风管连接等。并清除其中障碍物。
2）、 检查电源连线是否符合要求，安全保护装置是否可靠。
3）、除尘系统与工艺设备如无连锁装置时，风机应在工艺设备启动之前启动，在工艺设备停止操作后5～10min再关闭风机，以防风馆内积尘。
4）、 经常注意振动和声响。
5)、 随时注意各种仪表的读数是否符合规定的运行参数。
4.2.3 袋式除尘器的维护
1）、 始终保持灰斗下的螺旋输送器的运转。
2）、定期检查阻力损失是否符合设计要求。
3）、 收集于灰斗内的粉尘应及时排出去，避免粉尘大量积累可能发生的故障。

5结束语
本课程设计的目的就是将用课堂上学到的东西解决生产过程中的实际问题，通过利用工业通风的一些知识设计排风管道以及设计机械通风排余热，其中涉及到通风量的计算，水力计算，包括查表确定相关参数，除尘器、风机、通风机的选择，画不同要求的设计，这都考察了同学的综合应用能力，同时使同学们更加理解了课堂上的知识。而在课程设计过程中由于没有详细核对或者修正数据导致出现了许多问题，这就要求我们做工作的时候要更细心，更认真，更周到，这样才能避免一些不必要的错误。
其次通过这次课程设计让我更加知道了工业通风这门学科是如此的重要，不光可以解决环境这方面的环保问题，更是了解到它还起着改善我们的学习环境，提高了我们的学习效率的作用。通过通风可以控制室内粉尘、有害气体、高温、高湿，创造良好的学习环境和工作环境甚至生存环境。
最后本系统的设计还存在许多的不足，有设计技术上的一些问题，也有一些问题在现有的科技水平的条件下，还不能够有效的解决，但是我们相信随着工业通风这门课程的完善和发展，问题将会得到最终的解决。
参考文献
[1] 孙一坚. 《工业通风》. 中国建筑工业出版社（第四版）, 2010
[2] 中国有色工程设计研究总院. 《采暖通风与空气调节设计规范》(GB50019-2003). 中国计划出版社, 2004
[3] 中华人民共和国建设部. 《暖通空调制图标准(GB50114-2001)》. 中国计划出版社, 2002
[4]《机械设计手册》同济大学出版，2010
[5]《实用通风设计手册》
附录
附录1
通风除尘系统轴测图
附录2
通风除尘系统平面图