浅谈硫化车间内的气流组织

徐伟春(昊华工程有限公司,北京 100143)

浅谈硫化车间内的气流组织

徐伟春(昊华工程有限公司,北京 100143)

众所周知，轮胎厂中的硫化工段为散热量极大的车间，一般来说该工段的热负荷约为50~60 W/m3之间，根据国家卫生规范，该工段内工作区温度允许高于当地通风温度5℃。同时，由于硫化机运行时产生大量的热，在硫化机开模瞬间也会产生大量的热烟气，因此，组织好气流是很关键的，本文对硫化车间内的散热源及气流组织进行了较为系统的分析，在原有传统的通风方案基础之上，取其精华，提出相对较为合理且节能的新的通风方案。

辐射;对流;节能;清浊分开

传统硫化车间的通风方案有以下缺点：

（1）通风量巨大，输配能量过高，经计算，如果采用传统设计方案，同时屋顶设置排风机，每组硫化机群大概需要100万m3/h左右的排风量，这样即使选用5万m3/h左右的风机，也要20台左右，同时还要设置30台左右屋顶送风机进行补风，初投资很大，同时运行费用也相对很高。

（2）风机台数过多、风量过大不仅会导致运行费用增高，而且运行噪音过大，严重时甚至会影响操作工人的正常工作。

（3）硫化机群上空大围罩内的热烟气气流组织不理想，容易受到横向气流的影响而导致热烟气溢出，最终影响到人员操作区的空气品质。

本文针对以上传统通风方案的缺点，作出了一点改良，现将本方案的计算及内容详述如下：

1 气象资料

气象资料如表1所示。

2 硫化车间内散热量算法一

2.1 硫化机的散热量[1][2][5]

双模硫化机是硫化工段的主要发出热量、产生烟气的设备。

(1) 双模硫化机的控制尺寸确定

双模硫化机有2个带保温的圆柱形钢体散热，其他是机架和辐射引起的散热。每个钢的尺寸：Φ1200，高800 mm，热气流由下向上。当量尺寸为：

表1 河南省焦作市当地气象资料

(2) 双模硫化机保温层外表面温度

双模硫化机保温层外一般为镀锌钢板的壳体，保温差的约为70℃，保温好的约为40℃，现取值为50℃。

(3) 硫化工作区的温度

夏季时一般要求硫化工作区的温度35℃。(4) 硫化工作区的计算温度：

(5) 确定此温度下空气的各种物理参数

(6) 格拉晓夫准则

经查《传热学》一书中的表6-5（C、n值表）得：C=0.135 n=1/3

(8) 努谢尔特准则

(9) 根据准则计算表面换热系数

(10)计算硫化机外壳表面的散热量

a.1个模的外壳表面积

则一台硫化机的散热面积：2×5.26=10.52 m2

b.散热量(11) 计算上升热气流的速度

所以： V=0.134 4 m/s

(12)每台硫化机上升的热气流量

2.2 出硫化机的轮胎散热量[1][2][3][4][5]

(1)每条出硫化机的轮胎尺寸

轮胎圆环形：外Φ910，内Φ650，高300，所以当量尺寸为：

共2块：=0.19×2=0.38 m

(2)每条出硫化机的轮胎表面温度及存留时间

一般为160~120℃，现取值为140℃。

每条胎在硫化车间内的时间：

皮带速度20 m/min；最远的硫化机到硫化工段出口的长度：约55 m；最近的硫化机到硫化工段出口的长度：约5 m；

现取值： 30 m；因为每条胎需放置一段时间后再进入皮带，所以，估算每条胎在车间内的存留时间10 min。

a.夏季硫化工段工作区的温度：t=35℃。

b.确定当量温度：tm=(140+35)/2=87.5℃

c.查表得出该温度下的各项物理参数：

d.格拉晓夫准则

经查《传热学》一书中的表6-5（C、n值表）

得：C=0.135 n=1/3

努谢尔特准则：

f.根据准则计算表面换热系数

g.计算每组胎外表面的散热量

每条胎外表面积:

每条胎散热量:

年产为1 300万条、共228台硫化机，所以每台硫化机每小时产5.7个轮胎。

即：每台硫化机每小时有5.7个轮胎在硫化车间内。

亦即：每组（每台硫化机每小时）由于产轮胎而散的热为：

h.计算轮胎上升热气流的速度：

所以： V=0.566 m/s

i.每组胎上升的热气流量：

每条胎断面面积：

每条胎上升的热气流量：

每组轮胎每小时的热气流量：

2.3 每台硫化机每小时的散热量[5]

Q硫化机= Q壳体+Q每组轮胎

2.4 每台硫化机每小时的热气流量[5]

L硫化机= L壳体+L每组=1 094+7 433 =8 527 m3/h

3 硫化车间内散热量算法二

每台硫化机最大散热量：【1】

按工艺提供每台硫化机平均蒸汽量70 kg/h，按全部转化为热量估算：

Q硫化机＝70×500≈35 000 kcal/h

4 气流组织分析

（1）按照算法二设计热负荷，按照每半条硫化机群考虑，则有：半条硫化地沟内共19台硫化机，共需除热： Q硫化机群＝35 000×19≈315 000 kcal/h，

（2）每立方米热量计算[2]

根据国家卫生规范，此处的环境温度可以按照温升7℃考虑。因此此区域内所需通风量：

（3）按照算法一计算的热流量分析[3][4]

（4）通过以上分析及计算，如果将罩内的环境按照封闭的环境来设计计算，那么理论上只需提供162 013 m3/h的风量即可[3][4]。

5 人员操作通道处通风量估算

5.1 人员操作通道处总的得热量[2][5]

（1）屋面的传热量

Q屋面约为24 060 kcal/h

（2）外墙传热量

Q屋面约为3 000 kcal/h

（3）大围罩钢板处的传热量：

钢板的传热系数：

钢板的传热量：

（4）大围罩软帘处的传热量

软帘的传热系数：

钢板的传热量：

（5）硫化机本身的辐射热

a.开模时的辐射放热量

b.壳体的辐射放热量

c.每台硫化机总的辐射放热量

d.假设辐射热中有50%会传到通道内，则散热量约为：

e.共19台硫化机，则总的辐射热:

Q总辐射＝1 241×19＝23 579 kcal/h

f.总的得热量

5.2 每立方米热量计算[2]

根据国家卫生规范，此处的环境温度可以按照温升3℃考虑。

5.3 罩外风量估算[2]

如本区域按照温升3℃考虑，则需要风量：

6 结论

综上所述，如果将硫化车间内的硫化地沟及机群完全罩在一个封闭的空间内，那么所需的通风量则会大大下降，因此我们可以设计这样一个通风方案：在每组硫化机群的上空四周悬吊轻型压型钢板且围成一圈，从屋面内侧起悬吊至离地6.0 m处，下部用软帘悬吊至地面处，硫化机操作区处可以开口，尺寸约为3.5 m×3.5 m，在硫化机群四周形成一个封闭空间，这样能很好的将热烟气控制在封闭空间内。封闭空间断面尺寸约100.5 m×12 m，借用屋顶的内侧钢板为封闭空间顶，空间内屋顶上设置了喉口为4.5 m、长度为24 m、带调节阀的流线型的3组屋顶通风器，作为此封闭空间排风用，同时在这个封闭空间内的侧壁处，设置若干台屋顶送风机，将屋顶处的室外空气通过风管引至离地面3.5 m处，并在3.5 m处设置横向送风管，在风管上设置喷口，即：在封闭空间的硬质隔板下边缘侧形成一个空气幕，这样，封闭空间内的送风系统既通风换气，同时又起到了隔断封闭空间与车间内通道的作用。同时由硫化机产生热烟气完全被收集在封闭空间内，使工段内的空气清浊完全分开，罩内是污染的硫化热烟气，但被屋顶风机通过屋顶通风器完全带走。而罩外是工人操作区，同时也是空气相当清洁的送风区域，方案剖面见图1。

系统具体运行时，封闭空间内的屋顶风机、屋顶通风器以及通道操作区处的送风机组一年四季均开启，冬季时，送风机组开启加热段；夏季时，送风机组开启喷淋段，理论上还能将室外的空气降低4~5℃；过渡季时送风机组的加热段及喷淋段均可停开，只将室外风送进车间操作区处即可。

图1 硫化车间通风系统方案剖面图

每组硫化机群我们选用10台屋顶送风机，具体型号：DWT-I型 34 500 m3/h×202 Pa×76 dB×3 kW×250 kg，选用2台60 000 m3/h带加热段和喷淋段的送风机组。

在这种方案中，我们可以看到，屋顶风机的台数比我们传统做法少了一半之多，换气次数仅为18次/h左右，同时操作区的空气品质也明显的得到了提高，硫化机群内的封闭空间即使是在人员操作处有开口（约3.5 m×3.5 m），但由于操作区为正压送风区，因此机群内的热烟气不会溢到操作区内，在节能约50%的情况下，使操作区与硫化区实现了真正意义上的清浊分开。

[1] 涂毓贤，林宝善.朱馨镛橡胶工业手册.化学工业出版社，2003.

[3] 孙一坚简明通风设计手册.中国建筑工业出版社，2005.

[4] 孙一坚主编.工业通风. 中国建筑工业出版社，2010.

[5] 章熙民.传热学.中国建筑工业出版社，2014.

Analysis of airfl ow organization in curing workshop

Analysis of airfl ow organization in curing workshop

Xu Weichun
(Haohua Engineering Co., LTD., Beijing 100143)

It is well known that, the curing section of tire plant has a great amount of heat dissipation. In general, the heat load of the section is about 50 ~ 60 W/m3, and the temperature of working area in this section is allowed 5 ℃ higher than the local ventilation temperature according to national health standards. Meanwhile, a lot of heat is generated during the operation of the curing press, and a large number of hot fl ue gas is generated at mold opening moment, therefore, good airfl ow organization is quite critical. This paper systematically analyzes the heat source and airfl ow organization in the curing workshop, takes essence of traditional ventilation scheme, and puts forward a relatively reasonable and energy-saving new ventilation scheme.

radiation; convection; energy saving; fresh and dirty separation.

TU834.31

：1009-797X(2016)15-0069-05

BDOI:10.13520/j.cnki.rpte.2016.15.016

(R-01)

徐伟春(1975-)，男，毕业于哈尔滨工业大学，高级工程师，项目经理。

通讯邮箱：tthaiou@126.com

2016-06-03