«Мир климата» продолжает знакомить читателей с материалами, публиковавшимися на страницах ноябрьского выпуска журнала «Отопление и вентиляция» за 1938 год. Статья, которую мы предлагаем вашему вниманию в этом выпуске рубрики, посвящена вентиляции одного из участков машиностроительного производства — отделения цианистой закалки.
Вентиляция отделений цианистой закалки
Опыт проектирования вентиляции в отделениях цианистой закалки мало освещен как в нашей, так и в иностранной литературе. При проектировании вытяжки от цианистых ванн обычно исходят из условия создания скорости в рабочем отверстии укрытия ванны в пределах 1–1,5 м/с, но твердых правил о пределах применения этих скоростей не имеется.
Выпущенный проект норм взамен ОСТ 4514 рекомендует те же скорости, однако опять-таки не вносит ясности в этот вопрос. Между тем указанные выше практически применяемые скорости оправдываются лишь при определенном тепловом режиме цианистых ванн и могут значительно колебаться в зависимости от изменения этого режима.
По этим соображениям определение объема вытяжки от ванн следовало бы производить не на основе чисто эмпирических данных, к тому же недостаточно проверенных, а исходя из теоретического расчета, подтвержденного результатами испытания.
В настоящей статье приведены результаты испытания вентиляции отделений цианистой закалки на заводах Ф и Г. На основе сопоставления этих результатов с данными теоретического расчета намечено дальнейшее уточнение проектирования вентиляции в отделениях цианистой закалки.
На заводе Ф отделение цианистой закалки расположено в термическом цехе и отделено металлической перегородкой, не доходящей до перекрытия. Площадь помещения равна 58 м2 (10,8×5,35).
В отделении производится закалка инструментов в цианистых солях для придания их поверхности необходимой твердости. Цианистые ванны состоят из стальных тиглей, вставленных в железный кожух, обмурованный огнеупорным кирпичом (см. рисунок). Ванны загружаются солями NaCN, NaCl и Nа2СО3, которые находятся в ваннах в расплавленном состоянии при температуре 560–570 °C.
Помимо ванн, в помещении находятся нагревательные печи, охладительные баки и бак для промывки деталей горячей водой. В качестве топлива применяется нефтяной газ с теплотворной способностью
11 000 кал/м3.
Продукты горения удаляются от ванн через два дымовых отверстия в боковой поверхности кожуха, для отсоса их к отверстиям подведены патрубки вытяжной системы.
Инструменты, поступающие со склада, — фрезеры, резцы и прочие — загружаются в цианистую ванну, где происходит вкрапливание частиц азота и науглероживание внешнего слоя инструмента. После выгрузки из ванн инструменты охлаждаются в воздушном и водяном баках, промываются в кипящей воде и погружаются в масло для защиты от коррозии.
Процесс сопровождается выделением паров цианистых солей, вредных для организма, их следует считать основной вредностью цеха. Помимо паров цианистых солей, в помещении выделяется также окись углерода, поступающая с продуктами горения через дымовые отверстия, не связанные с вытяжной системой.
Вытяжка из помещения осуществляется посредством вытяжной системы с местными отсосами от печей и ванн. Отсасываемый объем восполняется притоком из термического цеха через открытые проемы.
Обследование было произведено с целью выявления санитарно-гигиенического состояния отделения и эффективности действующей вентиляции. Результаты обследования приведены в табл. 1 и 2.
Таблица 1
| Оборудование | Площадь, м2 | Скорость, м/с | Объем отсасываемого воздуха, м3/ч |
|---|---|---|---|
| Промывной бак (с холодной водой) | 0,12000 | 0,70 | 300 |
| Печь для цианирования №1 (рабочее отверстие) | 0,27600 | 1,02 | 980 |
| Патрубок для отвода продуктов горения | 0,00078 | 11,40 | 320 |
| Бак для охлаждения (сухой) | 0,11300 | 0,80 | 330 |
| Печь для цианирования №2 (рабочее отверстие) | 0,17600 | 0,70 | 440 |
| Верхний патрубок для отвода продуктов горения | 0,00780 | 1,05 | 30 |
| Нижний патрубок для той же цели | 0,00780 | 9,05 | 250 |
| Промывной бак (с горячей водой) | 0,22700 | 0,60 | 490 |
Примечание. Температура отсасываемого воздуха находится в пределах 53-65 °С
Таблица 2
| Место отбора проб воздуха | № точки | Концентрация, мг/л |
|---|---|---|
| Анализы на HCN | ||
| В рабочей зоне цианистой печи № 1 | 1 | 0,00023 |
| В рабочей зоне промывной ванны | 2 | 0,00022 |
| Нейтральная точка между цианистым отделением и термическим цехом | 3 | 0,00012 |
| Анализы на СО | ||
| В рабочей зоне у цианистой печи | 1 | 0,01200 |
| С противоположной стороны | 2 | 0,00600 |
| У промывной ванны с горячей водой | 3 | 0,00600 |
| Средняя проба по помещению | 4 | 0,00500 |
Из табл. 1 видно, что объем воздуха, отсасываемого от установленного оборудования, колеблется в пределах от 300 до 1300 м3/час, а скорости в рабочих отверстиях находятся в пределах от 0,60 до 1 м/с. В частности, от цианистой ванны № 1, работавшей во время испытания, отсасывается 1300 м3/час, из которых 980 м3/час удаляются через рабочее отверстие зонта, а 320 м3/час — вместе с продуктами горения от нижнего дымового отверстия печи.
Скорость воздуха в рабочем отверстии укрытия, потребную для предотвращения прорыва паров солей в помещение, можно определить теоретически, исходя из условия прохождения нейтральной зоны через верхнюю кромку рабочего отверстия. В этом случае рабочее отверстие укрытия будет находиться под разрежением по всей высоте, что устранит возможность прорыва газов в помещение.
Для расчета были приняты следующие экспериментально полученные данные: температура воздуха под зонтом 65 °C, температура помещения 25 °C, высота рабочего отверстия 0,520 м.
При отсутствии искусственной вытяжки от ванны естественный приток через рабочее отверстие укрытия равен вытяжке, т. е. нейтральная зона располагается посередине рабочего отверстия по высоте. В этом случае естественный напор у верхней кромки отверстия равен
Под влиянием этого напора происходит выбивание паров цианистых солей из-под укрытия. Для предупреждения этого необходимо создать под укрытием искусственное разрежение в размере найденного выше напора. При этом нейтральная зона передвинется вверх и расположится у верхней кромки рабочего отверстия. Напор у верхней кромки будет равен:
ΔHB = 0,035 – 0,035 = 0
а у нижней кромки:
ΔHH = 0,035 + 0,035 = 0,07 м возд. столба;
скорости, соответственно, будут равны: vв = 0 и
Средняя скорость в отверстии определяется из эпюры скоростей и равна 2/3vмакс, т.е 2/3 x 1,17 = 0,78 м/с.
Сопоставление расчетной скорости (0,78 м/с) с фактической, полученной при испытании (1,02 м/сек), показывает, что объем вытяжки от цианистой ванны взят с запасом 20% против теоретически потребного, что создает достаточную гарантию от прорыва паров из-под укрытия.
Результаты химического анализа воздуха, приведенные в табл. 2, подтверждают сделанный выше вывод. Как видно, содержание цианистого водорода колеблется в пределах 0,00012–0,00023 мг/л, что значительно меньше допустимых норм (0,005 мг/л). Максимальные концентрации наблюдаются непосредственно у цианистой ванны, а наименьшие — в нейтральной точке, на границе с термическим цехом.
Содержание окиси углерода у цианистой печи равно 0,012 мг/л. В проходах и нейтральной точке концентрация СО снижается до 0,005–0,003 мг/л. Таким образом, содержание СО в воздухе помещения также менее допускаемого нормами.
Для сопоставления приводим результаты испытания вентиляции цианистых ванн в термическом цехе завода Г (табл. 3).
Таблица 3
| Наименование печей | Печь для цианирования | |
| Кол-во | 23 | |
| Боков. поверхн. огражден., м2 | 6,60 | |
| Температура, °С | ванны | 81 |
| отсасыв. воздуха | 130 | |
| поверхн. ванны | 140 | |
| Теплоотдача, кал/час | всего на 1 печь кал/час | 12 000 |
| луч. % | 48 | |
| конвекц. % | 52 | |
| Объем вытяжки от зонта, м3/час | 1 500 | |
| Скорость воздуха в рабоч. отверстии, м/сек | 1,5 | |
Здесь продукты горения, в отличие от ранее указанных ванн, отводятся через укрытие вместе с продуктами распада солей, причем топливом служит мазут с теплотворной способностью 9800 кал/кг, расход его составляет 15 кг/час на ванну.
Из таблицы 3 видно, что объем вытяжки от ванны равен в среднем 1500 м3/час, а скорость воздуха в рабочем отверстии ванны составляет 1,5 м/с.
Теоретический расчет скорости в рабочем отверстии укрытия ванны дает следующие результаты: температура воздуха под укрытием 130 °C, в помещении 35 °C, высота рабочего отверстия 0,6 м.
Напоры у верхней и нижней кромок равны Hв = 0 и Нн = 0,184 м возд. ст., а скорости соответственно:
vв= 0
и
Средняя скорость vcp = 2/3 x 1,9 = 1,27 м/с, что на 20% меньше скорости, полученной при испытании вентиляции этой ванны.
Анализ воздуха показал, что цианистый водород в воздухе помещения содержится лишь в виде «следов»; это говорит о достаточном объеме вытяжки от цианистых ванн.
Расчетная проверка температуры отсасываемого воздуха дает следующие результаты:
что совпадает с экспериментальными данными.
Как видно из приведенных выше результатов анализа воздуха, содержание цианистого водорода в рабочей зоне было в пределах вполне допустимых или же в виде «следов». Отсюда, однако, не следует делать вывод, что выделение цианистого водорода от ванн вообще незначительно.
Анализ воздуха, отсасываемого от цианистых ванн, по данным лаборатории завода Г, показал концентрацию цианистого водорода в пределах от 0,098 до 0,0116 мг/л, что примерно в 20 раз превышает допустимую норму (0,005 мг/л).
Приведенные цифры диктуют необходимость бесперебойного отсоса от цианистых ванн. Поэтому вытяжка от этих ванн должна быть самостоятельной и во всяком случае не включаться в вытяжную систему от масляных закалочных баков, где возгорание масел влечет за собой временную остановку вытяжной системы.
Приведенные выше результаты испытания дают основание для следующих выводов.
1. Объем вытяжки от цианистых ванн следует определять исходя из скорости в рабочем отверстии, зависящей от температуры отсасываемого воздуха и от высоты рабочего отверстия.
2. Скорость в рабочем отверстии зонта нужно определять исходя из расположения нейтральной зоны у верхней кромки отверстия, что обеспечит необходимое разрежение у рабочего отверстия ванны. Практически скорость в рабочем отверстии ванны следует принимать на 10–20% больше расчетной.
3. Вытяжная система от цианистых ванн должна проектироваться как самостоятельная. Во всяком случае в нее не следует включать оборудование, могущее вызвать возгорание отсасываемых продуктов и остановку системы.
4. Выброс воздуха, отсасываемого от цианистых ванн, должен быть отнесен как можно далее от места забора приточного воздуха. В случае невозможности необходимо обеспечить очистку выбрасываемого воздуха.
Инженер М. С. Альтмарк, лаборатория отопления и вентиляции Московского отделения Промстройпроекта
