某挂镀镍铬生产线铬酸雾收集系统设计

袁世柳

（江苏汤臣汽车零部件有限公司，江苏 南通 226500）

某汽车零部件公司主要生产油气弹簧减震系统，其中活塞杆为核心部件，需要进行电镀铬。在电镀铬过程中会产生铬酸雾废气，当环境中铬酸雾达到一定浓度时会烧伤人的黏膜和皮肤，并引起鼻隔膜脓溃[1]。因此，必须设计布局合理、高效的废气收集系统，并添加铬酸雾抑制剂，避免铬酸雾的无组织排放，确保电镀作业人员身体健康。本文介绍了该公司挂镀镍铬生产线铬酸雾废气收集系统的设计，以供同行参考。

1 挂镀镍铬生产线的工艺流程

该汽车零部件公司购置的挂镀镍铬生产线按U型排列，行车运行导轨采用高轨结构形式，所有电镀槽体均架空0.5 m，槽体材质为304不锈钢或聚丙烯(PP)，满足耐酸碱要求，主要工艺流程为：上挂→阳极电解除油→二级水洗 + 喷淋→化学除油→二级水洗 + 喷淋→阳极电解除油→热水洗→二级水洗 + 喷淋→酸活化→二级水洗 + 喷淋→冲击镍→二级水洗 + 喷淋→镀半光镍→镀光亮镍→镍回收→二级水洗 + 喷淋→转移→反刻→6道镀铬→三级铬回收→二级高位水洗→下挂→挂具线外退镀。

2 铬酸雾废气收集系统与净化系统

铬酸雾废气主要来源于反刻和镀铬两大工序。挂镀生产线的铬酸雾废气收集系统先采用槽边排风罩捕集铬酸雾废气，再依次经支管道、主管道进入铬酸雾净化系统(包括网格式铬酸雾回收净化器、玻璃钢防腐风机和喷淋塔吸收装置，如图1所示)，得到净化并达标后排放。图2为净化系统的现场照片。该挂镀生产线铬酸雾废气收集系统不考虑顶部吸风效果。

图1 铬酸雾废气收集系统示意图 Figure 1 Schematic diagram of chromic acid mist collection system

图2 净化系统现场 Figure 2 Site where the purification system located

2.1 排风罩的设计

参考文献[2]，结合该挂镀镍铬生产线的反刻槽和镀铬槽的规格(槽长A= 2 m，槽宽B= 0.78 m)，选用高截面诱导型槽边排风罩，并且为双侧抽风。

根据文献[3]的“表1.3.3”，结合镀液组成、温度、施镀电流密度等因素，确定镀槽液面风速(Lv)为0.5 m/s，由式(1)[3]可算得单槽排风量(QS)为1.125 m3/s。

再由式(2)[3]算得单个排风罩压力损失(ΔPS)为74.1 Pa。

式中ζS为压力损失系数(无量纲，取2.34)；vS为条缝口铬酸雾废气风速(取7 m/s)；ρ为空气密度(1.293 kg/m3)。

该挂镀生产线包含1个反刻槽和6个镀铬槽，则其总排风量(Qt)= 1.125 × 7 = 7.875 (m3/s) ≈ 28 350 (m3/h)，排风罩总压损为74.1 × 7 × 2 =1 037 (Pa)。

2.2 管道的设计

该挂镀生产线铬酸雾废气收集系统中的主管道和支管道均使用耐酸性腐蚀的PP圆形管道，与矩形管道相比，具有压力损失小、易加工制作、风道强度大、耗材少的优点[3]。首先要计算管径(D)、管道内铬酸雾废气的平均流速(v)、管段阻力(ΔPt)等参数，以便根据系统的总排风量和总阻力来选择合适的电机与风机[3]。

2.2.1 管径的选择

管径按式(3)[3]计算。

其中Qt= 7.875 m3/s。主管和支管的平均流速分别为14 m/s和9 m/s，则它们的管径分别为0.84 m和0.40 m。按文献[2]的“表17-13”对计算出的管径按统一规格进行圆整：主管直径取800 mm，壁厚取5.0 mm，则主管风速为15.7 m/s；支管直径取400 mm，壁厚取4.0 mm，则支管风速为8.96 m/s。

2.2.2 管段阻力计算

管段阻力包含摩擦阻力(即沿程阻力ΔPm)和局部阻力(ΔPL)[3]两部分。该挂镀生产线铬酸雾废气收集系统中设计的30°三通管路，阻力相对较小。

分别按式(4)[2]和式(5)[3]计算沿程阻力和局部阻力，结果见表1。

式中，Rm为圆形风管单位长度的摩擦阻力(单位：Pa/m)，可根据各管段的风量从文献[2]中查得；l为管段的长度(单位：m)；Lζ为管段的局部损失系数，从文献[2]的“表17-23”中取值；Pv为一定风速下的动压，依据文献[2]的“图17-16”取值。

表1 管段阻力计算结果汇总 Table 1 Summary of pipe resistance calculation results

由表1可知，管段阻力ΔPt= 67 + 35 + 39 + 26 + 32 + 28 + 52 = 279 (Pa)。

2.3 风机的选型

风量和风压是风机的主要参数。

挂镀生产线铬酸雾废气收集系统(排风系统)的排风量为28 350 m3/h，取排风系统漏风附加系数为15%，净化系统的漏风附加系数按10%计，则风机的风量Qf= 28 350 × 1.15 × 1.10 = 35 863 (m3/h)。

挂镀生产线铬酸雾废气收集系统的阻力为1 037 + 279 = 1 316 (Pa)，取排风系统阻力附加系数为5%，净化系统阻力取600 Pa；风机全压负差系数取1.05，则风机的全压Pf= (1 316 × 1.05 + 600) × 1.05 = 2 081 Pa。

根据风机的风量和全压，查F4-72型玻璃钢离心风机参数表，选择型号为F4-72-10C的风机，其工作参数为：风量34 863～48 797 m3/h，风压1 877～2 373 Pa，功率37 kW。

3 结语

本文所设计的铬酸雾废气收集系统与净化系统相结合，验收检测到铬酸雾排放浓度在0.008～0.011 mg/m3范围内，远低于GB 21900-2008《电镀污染物排放标准》对新建企业铬酸雾排放限值(0.05 mg/m3)的要求。