抽风管路设计

某车间抽风管路系统设计前言焊接烟气是一种有毒有害的气体，内含有锰、铭、镍、硅、氟等化合物，氧化氮和臭氧等。焊接车间如不采取有效的通风措施，焊接工人的身心健康将受到严重的损害，可能引发尘肺，锰中毒，金属烟热等疾病。为了有效改善焊接车间的空气状况，使工作区达到卫生标准，减少职业病患病率，必须对其进行通风换气，排除和稀释有害物。针对某焊接车间的特点，我们特地对其进行以下通风管路系统的设计。设计的已知条件与要求］该车间长X宽X高=50X20X6，在长边一侧设置若干个抽风点。抽风点为上吸气罩，罩口离地1.5米，离墙2米，吸风总个数为（6〜12）个。每个吸风罩吸风量相等，各个吸风口由总管汇总至车间外引风机，经30米高烟囱排入周围空气中。要求确定每个吸风口吸风量及总吸风量，各段管路的尺寸，管件尺寸，全系统的压力损失并选择风机。设计方法本设计采用局部通风方式对车间进行通风换气。为防止设备在生产过程中产生的有害物对车间空气产生污染，往往通过排气罩或吸风口就地将有害物加以捕集，并用管道输送到净化设备进行处理，达到排放标准后，再回用或排入大气。这就是设备的局部排风。当生产中有多台这样的设备，且每台的局部排风量不需很大，出于经济上的考虑，往往用管道将它们联成整体，组成局部排风系统，整求的局部排风量排风。而做到这一点的关键在于管道系统设计。一个系统共用一台净化设备和风机。在局部排风系统中，为了达到对有害物的捕集效果目的，要求局部排风系统能按各设备要各设备局部排风量相等即为均匀吸风管道系统。考虑到一般情况，各设备的局部排风量不等时称为定量吸风管道系统。均匀吸风管道的设计过去采用干管的等速设计法或降速梯形设计法，对定量吸风管道则采用汇流三通的阻力平衡法，这些方法对问题的分析过于粗糙，运行后风量偏差较大，已不适应人们对环境的要求。本文的局部排风系统管道设计方法，对排风管道内气流的能量关系作了更详细的分析，并可进行更精确的计算。运行后设备的排风量与设计值偏差很小。设计原理局部排风系统的吸风支管一端是机上吸口，另一端在汇流三通处与干管相接，支管气流与干管气流在汇流三通处具有公共点称为两股气流的汇合点（如图1），两股气流在汇合点汇合，一般动压是不等的，但其静压相等。干管气流到达汇合点的静压称为剩余静压，它是汇合点的实际静压。吸口与汇合点的静压差是支管吸风的动力。对于形状和尺寸给定的支管，只要吸口状态和汇流三通汇合点处的静压一定，支管的吸风量就一定。支管吸口的状态以及支管的形状和尺寸确定之后，根据风量或风速，就可求得支管在汇流三通处的静压，称为该支管的计算静压。Vo :VI¥ITi--c 1 i-_图1 吸风管道原理图对于第I根支管，只要列出吸口断面与汇流三通汇合点断面之间的柏努利方程，就可求出它的计算静压。设计内容本设计主要考虑捕集装置和管道系统这两部分的设计。1.捕集装置的设计污染物的捕集装置通常称为集气罩。集气罩是通风系统的关键部件。⑴.集气罩的基本类型确定：根据车间气流流动的特点和烟气特性，本设计采用外部采气罩的上吸型圆形集气罩。⑵.集气罩风量的确定：根据集气罩的经验值1200〜3000m3/h，本设计采用的每个吸风口的吸风量为2800m3/h，设6个集气罩，则管道的总风量Q.=6Q=6X2800=16800m3/h⑶.罩口面积的确定：根据工艺设备及操作要求和吸风量，确定罩口的平均吸气控制速度为1m/s，则罩口面积为：A=Q/V=2800/(1X3600)=0.78m2=(4A/3.14)1/2=(4X0.78/3.14)i/2=1m⑷.扩张角确定：为保证罩口吸气速度均匀，集气罩的扩张角不宜太大，本设计中的集气罩的扩张角为60°。2.管路系统设计管路系统设计主要包括管道布置，管道内气体流速确定、管径选择、压力损失计算，压力损失平衡计算，全压损失汇总以及通风机选择等内容。下面主要给出管径选择、压力损失计算，压力损失平衡计算，全压损失汇总以及通风机等相关的计算。(1).各管道的管径和压力损失的计算:管段1〜2：据Q=2800ms/h,v=10.Om/s,查"计算表"得：d=320mm,X/d=0.0586实际流速为v二4Q/3.14d2=4X2800/3.14X（0.32）2X3600=9.7m/s动压二Pv2/2=1.3X（9.7）2/2=61.IPa则摩擦压力损失为AP=1XX/dXpv2/2=8X0.0586X61.1=28.6PaL各管件局部压损系数（查手册）为：集气罩（扩张角为60°）：^=0.10；90°弯头（R/d二1.5）2个：&=0.15；90°合流三通：^=0.9；调节阀：=0.32；E&=0.10+2X0.15+0.9+0.32=1.62则局部压损△?!!!二工Xpv2/2=1.62X61.1=99.OPa该管段的总压损 +APm=28.6+99.0=127.6PaL根据对称原理有：L=L =8.0m；TOC\o"1-5"\h\z1〜2 10〜12D=D =320mm；1〜2 10〜12AP=AP=127.6Pa；1〜2 10〜12.管段2〜3：据Q=2800ms/h,v=10.Om/s,查"计算表"得：d=320mm,X/d=0.0586实际流速:v二4Q/3.14d2=4X2800/3.14X（0.32）2X3600=9.7m/s动压二Pv2/2=1.3X（9.7）2/2=61.IPa则摩擦压力损失为AP=1XX/dXpv2/2=2X0.0586X61.1=7.2PaL各管件局部压损系数（查手册）为：集气罩（扩张角为60°）：^=0.10；90°弯头（R/d二1.5）1个：&=0.15；90°合流三通：^=0.53；调节阀：=0.3；EZ=0.10+0.15+0.53+0.3=1.08则局部压损： APm=EZXpv2/2=1.08X61.1=66.0Pa该管段的总压损：AP=APl+△Pm=7.2+66.0=73.2Pa根据对称原理有：TOC\o"1-5"\h\zL =L =L =L =L =2m；2〜3 4〜5 6〜7 8〜9 10〜11D =D =D =D =D =320mm；2〜3 4〜5 6〜7 8〜9 10〜11宜2〜3=宜4〜5=宜6〜7=宜8〜9=/0〜11=73.洒；.管段2〜4：据Q=5600m3/h,v=10.0m/s，查“计算表”得：d=450mm,入/d=0.0385实际流速：v=4Q/3.14d2=4X5600/3.14X（0.45）2X3600=9.8m/s动压二pv2/2=1.3X（9.8）2/2=62.4Pa则摩擦压力损失为AP=lXX/dXpv2/2=6X0.0385X62.4=14.4PaL各管件局部压损系数（查手册）为：90°合流三通：Z=0.96,Z=0.78；渐扩变径管：Z=0.27；右EZ=0.96+0.78+0.27=2.01则局部压损APm=EZXpv2/2=2.01X62.4=125.4Pa该管段的总压损AP=APl+APm=14.4+125.4=139.8Pa根据对称原理有：L2〜4=L8〜10=6m；D=D=450mm；A〜424=〜*七10=139.8Pa；.管段4〜6：据Q=8400m3/h,v=10.0m/s，查“计算表”得：d=560mm,入/d=0.0296实际流速：v=4Q/3.14d2=4X8400/3.14X（0.56）2X3600=9.5m/s动压二pv2/2=1.3X（9.5）2/2=58.7Pa则摩擦压力损失为AP=lXX/dXpv2/2=6X0.0296X58.7=10.4PaL各管件局部压损系数（查手册）为：90°合流三通：Z=1.10,Z=0.79；渐扩变径管：Z=0.27；右EZ=1.10+0.79+0.27=2.16则局部压损APm=:EZXpv2/2=2.16X58.7=126.8Pa该管段的总压损AP=APl+APm=10.4+126.8=137.2Pa根据对称原理有：L=L=6m；D=D=560mm；站46土七8=137.2Pa；.管段6〜7：据Q=16800m3/h,v=10.0m/s，查“计算表”得：d=750mm,入/d=0.0207实际流速：v=4Q/3.14d2=4X16800/3.14X（0.75）2X3600=10.6m/s动压二PV2/2=1.3X（10.6）2/2=73.0Pa则摩擦压力损失为AP=lX入/dXpv2/2=6X0.0207X73.0=9.1PaL各管件局部压损系数（查手册）为：90°合流三通：Z=0.53;渐扩变径管：Z=0.27；90°弯头（R/d=1.5）2个：Z=0.15；调节阀：Z=0.3；EZ=0.53+0.27+0.15X2+0.3=1.4则局部压损APm=:EZXpv2/2=1.4X73.0=102.2Pa该管段的总压损AP=APL+APm=9.1+102.2=111.3Pa⑵.压力平衡计算①.对于节点2：AP=127.6Pa△P：〜2=73.2Pa(AP-AP)/AP=(127.6-73.2)/127.6=42.6%>10%可见：节点T2的压力不平彳衡：采用调整管径方法，进行压力平衡调节D'=D(AP/AP)o.225=282mm.一2=3,,2—3 2〜3 1〜2圆整管径取：D'23=280mm根据对称原理有：D'23=D'1o;280mm②.对于节点4：AP=AP+AP=127.6+139.8=267.4PaaP〜H.bPa2〜4(AP-AP)/AP=(267.4-73.2)/267.4=72.6%>10%可见：节点44的压力不平衡，采用调整管径方法，进行压力平衡调节D'=D(AP/AP)o.225=239.1mm. 4〜5»,4〜5一 4〜5 1〜4圆整管径取：D'2〜3=240mm根据对称原理有：D'45=D'89=240mm⑶全系统压力损失的计算系统的总压力损失=(AP+AP+AP)X2+AP1〜2 2〜4 4〜6 6-7=(127.6+139.8+137.2)X2+111.5=921Pa⑷.选择风机和电机选择通风机的计算风量：Q0=Q(1+K])=16800X1.1=18480m3/h选择通风机的计算风压：AP=AP(1+K)=921X1.2=1105Pa根据上述风量和风压，在通风机样本上选择C6-48,N010C型离心引风机，当转数N=1000r/min时，Q=18356m3/h，P=1996Pa，配套电机为Y180M-4,18.5KW，功率为15.79KW，基本满足要求。复核电动机功率：N=QApK(3600X1000nn)=18480X1105X1.3/(3600X1000X0.5X0.95)二15.05KW0 12配套风机满足管道计算汇总如下表:管段编号流量Q/m3/h管长L/m管径D/mm流速v/m/s入/d/m-1动压pv2/2/Pa摩擦压损AP/PLa局部压损系数EZ局部压损APm/Pa管段总压损AP/Pa管段压损累计EAP/Pa备注L1〜2L10-1228008.03209.70.058661.128.61.6299.0127.6921Pa^2-3^10-11L4-5L8-928002.03209.70.058661.17.21.0866.073.2压力不平衡L2-4L56006.04509.80.038562.414.42.01125,4139.8L4-6L84006.05609.50.02965