Важную роль в обеспечении эффективной эксплуатации местной вытяжной вентиляции играет энергосберегающая автоматика. Учитывая неравномерность многих технологических процессов во времени (особенно это характерно для сварочных работ), она включает вентиляционное оборудование именно в тот момент, когда это необходимо.
Энергосберегающие автоматы, применяемые в системах с индивидуальным вентилятором, обеспечивают включение последнего только во время ведения сварочных работ. Момент их начала и окончания фиксируется с помощью индукционных датчиков-клещей, закрепляемых на нулевой провод сварочного аппарата. При газосварке или резке металла аналогичную функцию выполняет датчик с фотоэлементом, воспринимающим изменение светового потока.
Датчик может крепиться к стене на расстояние до нескольких метров от дуги или непосредственно к воронке местного вытяжного устройства. Для лучшего удаления остаточных дымов используется функция запаздывания отключения, когда вентиляция работает еще некоторое время (его продолжительность регулируется вручную и может составлять от нескольких секунд до нескольких минут) после прекращения сварки.
Если местный отсос присоединен к централизованной системе, используют автоматическую заслонку. При начале работ она принимает положение "открыто" и закроется с заранее выставленным вручную запаздыванием только после их окончания 2.
При сварке в замкнутых объемах (баках, цистернах, трюмах судов и т. д.) могут быть применены следующие способы вентиляции.
Вытяжка воздуха из емкости через гибкий шланг, присоединенный к всасывающему воздуховоду цеховой вытяжной системы (рис. 1, а): в ряде случаев вместо вытяжки осуществляется подача чистого и подогретого (в холодное время) воздуха.
Подача воздуха в емкость сбоку или, в крайнем случае, со стороны спины сварщика. При этом способе подвижность воздуха должна быть не более 1 м/с (для исключения простудных заболеваний). Подаваемый холодный воздух должен быть предварительно нагрет до 15-20°С
Подача воздуха под маску сварщика (рис. 1, б). В этом случае чистый воздух должен подаваться в количестве 110-140 л/мин.
Установка воздухоприемника ЛИОТ с пневматическим присосом-держателем (рис. 1, в) непосредственно в зоне сварки. Расход удаляемого воздуха 70--100 м3/ч. Данный способ имеет существенный недостаток -- отсутствие необходимого эффекта по улавливанию аэрозоля, если рабочий не переставляет воздухоприемник после сжигания каждого электрода.
Рис. 1. Вентиляция при сварке в замкнутых объемах [3].
а -- вытяжка воздуха из емкости; 6 -- подача воздуха под маску сварщика;
в -- вытяжная высоковакуумная система: 7 -- вентилятор высокого давления № 8--10; 2 -- всасывающий воздуховод диаметром 400 -- 600 мм; 3 -- гибкие шланги диаметром 150 мм; 4 -- емкость; 5 --циклон; 6 -- вакуумный насос; 7--коллектор из стальных труб; 8 -- штуцер с заглушкой; 9 - гибкие шланги; 10 - воздухоприемник; 11 -- присос-держатель.
2.2 Технологические расчеты проектируемого местного отсоса
Для снижения концентрации вредных веществ на рабочих местах до предельно допустимой концентрации необходимо прежде всего применять местные отсосы при ручной сварке штучными электродами с покрытием, полуавтоматической и автоматической сварке в защитных газах плавящимся электродом, порошковой проволокой и под флюсом, контактной точечной, шовной и рельефной сварке гальванопокрытых и цветных металлов, а также контактной стыковой сварке оплавлением; при ручной и машинной термической резке металла.
Расход воздуха, удаляемого отсосами, определяют по формуле:
L=3600 *F * v (1)
где F - площадь всасывающего отверстия отсоса, м2; v - скорость воздуха в этом отверстии, м/с.
Площадь отсоса F и его форму выбирают в зависимости от вида сварки или резки, используемого оборудования и т. д. Скорость v находят, исходя из условий обеспечения заданной скорости воздуха v х в зоне сварки или резки на расстоянии х (м) от центра всасывающего отверстия.
При ручной сварке v х должна быть (м/с) не более 0,5; в углекислом газе - не более 0,5; в инертных газах - не более 0,3; при газовой и плазменной резке титановых сплавов и низколегированных сталей -- соответственно не менее 1 и 1,4; при плазменной резке алюминиево-магниевых сплавов и высоколегированных сталей - не менее 1,8, при плазменном напылении - не менее 1,3; при заточке торированных вольфрамовых электродов - не менее 1,3 [3].
Для точечного стока, за который приближенно можно принять всасывающее отверстие малого диаметра по сравнению с расстоянием до него: для сферического стока vx = L/4nx2; для полусферического стока
vx = L/2nx2.
Воздухоприемники должны быть максимально приближены к источнику вредных выделений, поскольку скорость движения воздуха при удалении от всасывающего отверстия падает обратно пропорционально квадрату расстояний (примерно, так как реальные конструкции воздухоприемников не являются точечными стоками).
Для отсосов простейшей формы скорость v определяют следующим образом: для круглых квадратных отверстий без экрана
v= 16 vx (x/d)2; (6.1)
с экраном
v =8 vx (x/d)2; (6.2)
где d - диаметр круглого отверстия или гидравлический диаметр для квадратного отверстия, м.
Данные формулы применимы при х > 0,5d.
Исходные данные (см. Приложение 5, 6):
Количество выделяющихся вредностей mвр.= 1,17*10-3 кг/час марганца, Qяизб.= 26 кВт. Объем помещения: V= 206015 = 18000 м3. Температура воздуха: tп.= 21 С, tу.= 24 С. Допустимая концентрация марганца
Сд.= 6 мг/м3. Число работающих: 40 человек в смену. Подобрать необходимый местный отсос с соответствующей мощностью электродвигателя и указать основные конструктивные решения.
LП - потребное количество воздуха для помещения, м3/ч;
LСГ - потребное количество воздуха исходя из обеспечения в данном помещение санитарно-гигиенических норм, м3/ч;
LБ - тоже исходя из норм взрывопожарной безопасности, м3/ч.
Расчет значения LСГ ведут по избыткам явной или полной теплоты, массе выделяющихся вредных веществ, избыткам влаги (водяного пара), нормируемой кратности воздухообмена и нормируемому удельному расходу приточного воздуха. При этом значения LСГ определяют отдельно для теплого и холодного периода года при плотности приточного и удаляемого воздуха = 1,2 кг/м3 (температура 21 С).
При наличии в помещении явной теплоты в помещении потребный расход определяют по формуле:
где ty и tп - температуры удалённого и поступающего в помещение воздуха
При наличии выделяющихся вредных веществ твр (мг/ч) в помещении, потребный расход определяют по формуле:
где: Сд -концентрация вредного вещества (Mn), удаляемого из помещения, мг/м3
Сп -концентрация вредного вещества в приточном воздухе, мг/м3
в рабочей зоне
Расход воздуха для обеспечения норм взрывопожарной безопасности ведут по массе выделяющихся вредных веществ в данном помещении, способных к взрыву:
где Снк = 60 г/м3 - нижний концентрационный предел распространения пламени по пылевоздушным смесям.
Найденное значение уточняют по минимальному расходу наружного воздуха:
Lmin=n m z
Lmin=n m z = 40 25 3,25 = 3 250 м3/ч
где m = 25 м3/ч-норма воздуха на одного работника,
z = 3,25 -коэффициент запаса.
n = 40 - число работников
Окончательно LМ = 58500 м3/ч
Объемный расход воздуха L, удаляемый из места сварки внутри рамы экскаватора, (м3/ч) ПМСФ-3/SP по техническим характеристикам = 1200 м3/ч:
L = 3600* F* V
где: F - площадь открытого проема, м2
V - средняя скорость всасывания в сечениях открытого проема, м/с
R = D/2 = 74/2 = 37 мм = 0,037 м
F = R2 = 3,14 *0,0372 = 0,004 м2
V = L/ 3600* F = 1200/ 3600*0,004 = 83,3 м/ч = 83,3/3600 = 0,02 м/с
1. Объем марганца, выделяемый при сварке электродами УОНИ 13/85
2. Определим количество выделений марганца
Удельные выделения вредных веществ на 1 кг электродов Zв = 0,78 г/кг
Удельное количество приточного воздуха Lпр.уд= 15 600 м3/кг
Концентрация марганца в цехе № 44 (согласно Эксперт. Заключ.) = 6,02 мг/м3, при норме ПДК 6 мг/м3.
Средне часовой расход электродов = до 1,5 кг.
Количество выделений марганца за 1 час = 1,5 * 0,78 = 1,17 г/час = 1170 мг/ч
Определим расход вентиляционного воздуха L из условий разбавления марганца до дополнительной концентрации.
Определим количество подаваемого воздуха L для снижения содержания марганца в воздухе до ПДК по формуле:
L = Х/(С-С0)
где: L - расход воздуха, м3/ч
X - количество выделяемого марганца при сварке, мг/ч
C - ПДК марганца (С = 6 мг/м3)
С0 - концентрация марганца в воздух рабочей зоны
L = 1170/ (6 - 6,02) = 1170/0,02 = 58 500 м3/ч
При объеме помещения W= 18 000 м3 , кратный воздухообмен составит по формуле:
n =L/W
n =L/W = 58500/18000 = 3,25
Исходя из произведенных расчетов и анализа рынка местных отсосов предлагаю внедрить для сварки внутри рам экскаваторов на «ИЗ-КАРТЭКС» фильтровентиляционный агрегат «ПМСФ-3/SP» производства фирмы «СовПлим» - Россия.
Кроме того, для обеспечения максимальной защищенности сварщиков от воздействия вредных производственных веществ предлагаю использовать сварочные маски Speedglas 9002V, отличительной их особенностью является автономный блок подачи очищенного воздуха и автоматически затемняющиеся светофильтры, с регулируемым от 9 до 13 DIN номером затемнения.
2.3 Краткое описание выбранного местного отсоса и сварочной маски
Фильтровентиляционный агрегат «ПМСФ-3/SP»
Назначение:
Кассетный фильтровентиляционный агрегат предназначен для обслуживания до трех рабочих мест и очистки воздуха от мелко- среднедисперсной сухой, легко очищаемой, пыли и дыма, выделяющихся во время сварки, металлообработки и прочих процессов, сопровождаемых выделением взвешенных вредных частиц размером до 0,1 микрона.
Применение агрегата идеально при выполнении сварочных работ в труднодоступных местах и замкнутых объемах, на временных рабочих участках или больших площадях - в случаях, когда применение традиционных систем местной вытяжной вентиляции малоэффективно.
Фильтровентиляционный агрегат может также применяться для удаления пыли от режущего, заточного, шлифовального и т.п. инструмента.
Агрегат эксплуатируется в помещении как конечное устройство по рециркуляционной схеме. Температура перемещаемого воздушного потока не должна превышать +70 град С. Очищаемый воздушный поток не должен содержать взрывоопасных смесей.
Функционирование
Улавливание и удаление сварочного дыма производится вытяжным рукавом с воздухоприемной насадкой (базовая конфигурация).
Поступающий поток загрязненного воздуха пропускается сквозь поверхность кассеты, которая задерживает частицы загрязненного воздуха размером до 0,1 микрона. В результате очищенный воздух выбрасывается наружу.
Очистка фильтрующей кассеты происходит путем подачи короткого импульса сжатого воздуха через клапан в её внутреннюю полость, где поток сжатого воздуха равномерно распределяется при помощи стабилизатора. В результате такого импульса происходит встряска фильтрующей кассеты, при которой осевшие на её поверхность частицы падают в пылесборник. Очистка кассеты может производиться автоматически при работающем или неработающем вентиляторе, а также вручную при выключенном агрегате.
Управление работой агрегата происходит через встроенный пульт управления.
Конструкция
Корпус агрегата изготавливается из листовой стали и окрашивается высококачественной порошковой краской, которая обеспечивает высокую защиту корпуса от воздействий окружающей среды.
Сверху корпуса агрегата расположен воздухоприемник с тремя патрубками (D=74мм каждый) для подключения вытяжных рукавов. Снизу корпуса фильтра располагается пылесборник.
Конструкция агрегата позволяет трансформировать его в однопостовой мобильный фильтр - для чего воздухоприемник заменяется на узел подключения вытяжного рукава диаметром 160 мм.