某大型表面处理厂房暖通设计方案

邝 琳

(中国航空规划设计研究总院有限公司，北京 100120)



某大型表面处理厂房暖通设计方案

邝 琳

(中国航空规划设计研究总院有限公司，北京 100120)

以寒冷地区某大型表面处理厂房工程为例，介绍了该厂房的通风净化设计方案，对比分析了干法与湿法两种废气净化方式的优缺点，总结了通风系统及进风加热系统在设计中的注意事项，旨在提高厂房的环境质量。

厂房，通风系统，净化方式，排风罩

随着科学技术的发展，对工业金属材料的性能要求不断提高，尤其是针对某些特殊场合以及特定工艺，如航天、汽车、精密仪器、模具等，单一材料和传统工艺已难以满足要求。这些都大大地促进了金属材料的表面强化、表面改性技术的发展。故近年来表面处理厂房越来越多，对设计的要求也越来越高。在众多表面处理技术中，电化学处理技术和化学处理技术应用的最为广泛且技术也较成熟。电化学处理技术包括电镀和阳极氧化，化学处理技术包括化学转化膜和化学镀层。表面处理厂房主要散发的污染物来源于各种工艺处理槽，常见的电镀有镀锌、镀镍、镀铬、镀铜、镀银、镀镉等，所有这些电镀过程都会不可避免地产生一些污染气体，比如HCl，NaCN，H2SO4,CrO3,NaOH等。故表面处理厂房暖通设计的关键在于工艺槽的局部排风设计，好的设计可以及时排走生产中散发的污染物，改善生产人员的工作环境，避免了厂房的腐蚀现象。由于大量的排风势必要求相应的补风，故在寒冷地区进风加热设计也尤为关键。下面着重介绍某位于寒冷地区的大型表面处理厂房的局部排风净化系统及进风加热系统设计。

1 厂房简介

本厂房位于北方寒冷地区，建筑面积约2万m2，厂房高度约为20 m，是目前为止我国较为大型的表面处理厂房。其中包括：电镀生产线、电铸生产线、化铣生产线、氧化生产线、酸洗生产线、发蓝、磷化生产线。暖通设计包括各生产线的通风净化设计、进风加热设计、生产供热设计及供暖设计。

2 通风净化设计

2.1 污染物排放的限制

国家标准《工作场所有害因素职业接触限值化学有害因素》(2007年)中给出了车间空气中污染物的最高容许浓度，见表1。

表面处理厂房需设计有效的局部及全室通风系统，以便保障人员工作场所有害物低于国家标准。

2.2 通风方式的选择

根据气流作用范围的不同可将通风分为全面通风和局部通风。相比于全面通风，采用局部排风方式不仅效果好而且更加经济，通常能在较小的排风量下获得较理想的污染物控制效果，即，在满足卫生标准要求的前提下达到节能的目的。由于表面处理车间污染物发生源比较固定，一般均可采用局部排风的方式来控制污染物的扩散蔓延。

表1 工作场所空气中某些化学物质最高容许浓度 mg/m3

不同的通风形式和排风量大小会对流场以及污染物扩散造成不同的影响，不仅会影响到通风效果，而且会对通风系统运行的经济性和工作人员的舒适性造成一定的影响。从经济性的角度，一个设计良好的通风系统应该尽量利用小的风量达到使用要求。目前工艺车间常用的槽边排风罩有单侧、双侧、环形以及吹吸式四种形式。由于环形排风罩的布置对生产人员的操作会造成一定的不便，因此根据槽宽的不同采用单侧、双侧以及吹吸式排风更为普遍。根据《实用供热空调设计手册》[1]，当槽宽B<500 mm时，宜采用单侧排风；当槽宽500 mm≤B≤800 mm时，宜采用双侧排风；当槽宽900 mm≤B≤1 200 mm时，必须采用双侧排风；当槽宽B>1 200 mm时，可采用吹吸式排风罩。本厂房通过技术经济比较采用了双侧平口条缝排风罩的形式。

2.3 局部排风罩排风量计算方法

不同排风罩形式所对应的排风量计算方法有所不同，虽然国内外关于槽边排风罩排风量的计算方法多种多样，但是目前被普遍认可的两种方法是控制风速法和流量比法。局部排风罩排风量的计算方法普遍采用控制风速法。

控制风速是指在保证槽内污染物不会逸出时槽边缘控制点的吸入速度，即，当排风罩抽吸时，为保证有害物全部吸入罩内，必须在距离吸气口最远的有害物散发点(控制点)上造成适当的空气流动，该风速是能够克服污染源扩散力后再考虑适当安全系数的风速。

控制风速是影响污染物捕集效果和系统经济性的重要参数。控制风速选得过小，污染物外溢，不仅污染环境，还有可能对操作人员造成伤害；选得过大，必然增大风量，导致经济性较差。控制风速与污染源的性质以及周围气流的状况有关，一般通过实验测得。孙一坚[2]根据大量实验，给出了不同镀槽、不同溶液浓度、不同溶液温度及不同电流密度条件下，各个控制风速的推荐值。

镀槽边缘控制点的吸入速度见表2。

表2 镀槽边缘控制点的吸入速度vx(节选)

该表面处理厂房规模较大，共分为三个生产区，20余套生产线。根据不同使用情况及产生的废气种类分别设置了26套局部排风系统，分别处理含酸、碱、铬及氢氰酸废气。经计算单台排风量30 000 m3/h～100 000 m3/h不等,总风量为1 100 000 m3/h。

工艺生产中产生的废气由槽边排风罩收集，相同污染物的废气就近自成系统，经管道接至净化塔进化，净化后的空气由风机抽出，高空排放至大气中。

3 废气种类及净化方式的选择

目前废气处理主要分为两大类：干法净化法及湿法净化法。

3.1 湿式净化法

湿式净化主要是指通过含碱溶液吸收中和废气中的有害物，以便达到净化空气的目的。含酸废气由净化塔底部进入，经滤料层与由上而下的中和液充分接触，发生中和反应，最后净化后的空气经风机排入大气中。

酸洗废气净化流程见图1。

3.2 干式净化法

干式净化主要是指通过DBS吸附剂吸附废气中的硫酸、硝酸、盐酸、氢氟酸等有害物的处理废气的方式。废气由进风口进入干式净化箱，通过吸附段的吸附剂吸附净化，净化后达标的空气经风机排入大气。

SDG装置工作流程见图2。

3.3 干、湿式净化方式的比较

以处理废气风量10 000 m3/h为例，通过经济比较湿式净化系统年运行费用约为2.5万元(包括水消耗、碱液消耗、污水处理费用、备件更换及人工费用)。干式净化系统年运行费用约为2.0万元(包括吸附剂费用、吸附剂更换费用)。干式净化系统运行费用较低。

干式净化器可同时净化多种酸气，对间歇性低浓度废气净化效率高，满足最严格环保规范要求；运行稳定，维护量小；可适应不同场地需求改变设备形状；使用安全，吸附剂无二次污染；无水循环系统，在北方冬季无需做防冻处理，免维护，运行成本低。由于干式净化方式具有以上诸多优越性，且本项目位于寒冷地区，防冻问题尤为关键，故本项目采用了干式净化系统的设计。

虽然干式净化法具有很多优越性，但干式净化塔初投资设备费用较高，对于南方地区的表面处理厂房，可根据具体情况，通过综合经济比较后确定方案。

4 通风系统中应注意的问题

1)应按镀种及生产线划分排风系统。酸碱可以合为一个系统，严禁氰液槽与酸槽共用一个排风系统，铬酸应独立自成系统排放。

2)排风系统采用变频风机。因工艺槽在生产时和待产时段散发的有害物浓度有很大差距，从节能考虑，排风机应考虑变频设计或设置三挡或两挡手动开关。

3)排风机应与送风机连锁，以保证室内为负压，有害气体不外泄。

4)局部排风净化系统应防腐蚀。

5)净化后的达标的废气还应高空排放，排放高度应符合国家相应标准，风帽应采用锥形风帽。

5 进风加热系统

该厂房共分为三个生产区，根据不同区域排风系统的使用情况，分别在各个区域对应不同的生产线设置了进风加热系统。分别处理含酸、碱、铬及氢氰酸废气。经计算单台排风量20 000 m3/～90 000 m3/h不等,总风量为900 000 m3/h。

机组热媒为蒸汽，冬季送热风，其他季节送风为经过过滤的室外自然风。机组热盘管的配置应通过房间热平衡计算确定，风量一般为排风量的70%～85%。机组设置冬季防冻保护措施。送风机组根据排风系统开启的情况确定开启的数量，以保证室内为负压。送风风口尽量布置在远工作槽区，避免对排风气流造成影响。

6 结语

对于表面处理厂房的暖通设计，局部通风设计决定了最终的排风效果，而排风系统的划分、排风罩形式的选择、排风量计算对于排风设计至关重要的。废气净化在表面处理厂房设计中非常关键，合理的选择净化设备不仅直接影响了最终排放的效果，也直接关系到整体项目的投资及运行费用。对于寒冷及严寒地区，表面处理厂房进风加热系统的设计是必不可少的，应通过热平衡及风平衡计算确定。

[1] 陆耀庆.实用供热空调设计手册[M].北京：中国建筑工业出版社，2007.

[2] 孙一坚，沈恒根.工业通风[M].第4版.北京：中国建筑工业出版社，2010.

On heat-supply and ventilation design scheme of some large-scale surface treatment of workshops

Kuang Lin

(ChinaAviationPlanningandDesignInstituteCo.,Ltd,Beijing100120,China)

Taking the surface treatment of workshops as the example in cold region, the paper introduces the ventilation and purification design scheme of the workshop, compares and analyzes the advantages and disadvantages of the two wasted gas including the drying and wetting methods, and sums up the precautions of the ventilation system and heat system, so as to improve the environmental quality of the workshops.

workshop, ventilation system, purification approach, exhaust hood

1009-6825(2016)18-0112-03

2016-04-18

邝 琳(1965- )，女，高级工程师

TU834.53

A