淺談硫化車間內(nèi)的氣流組織

徐偉春(昊華工程有限公司,北京 100143)

淺談硫化車間內(nèi)的氣流組織

徐偉春(昊華工程有限公司,北京 100143)

眾所周知，輪胎廠中的硫化工段為散熱量極大的車間，一般來說該工段的熱負(fù)荷約為50~60 W/m3之間，根據(jù)國家衛(wèi)生規(guī)范，該工段內(nèi)工作區(qū)溫度允許高于當(dāng)?shù)赝L(fēng)溫度5℃。同時(shí)，由于硫化機(jī)運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生大量的熱，在硫化機(jī)開模瞬間也會產(chǎn)生大量的熱煙氣，因此，組織好氣流是很關(guān)鍵的，本文對硫化車間內(nèi)的散熱源及氣流組織進(jìn)行了較為系統(tǒng)的分析，在原有傳統(tǒng)的通風(fēng)方案基礎(chǔ)之上，取其精華，提出相對較為合理且節(jié)能的新的通風(fēng)方案。

輻射;對流;節(jié)能;清濁分開

傳統(tǒng)硫化車間的通風(fēng)方案有以下缺點(diǎn)：

（1）通風(fēng)量巨大，輸配能量過高，經(jīng)計(jì)算，如果采用傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，同時(shí)屋頂設(shè)置排風(fēng)機(jī)，每組硫化機(jī)群大概需要100萬m3/h左右的排風(fēng)量，這樣即使選用5萬m3/h左右的風(fēng)機(jī)，也要20臺左右，同時(shí)還要設(shè)置30臺左右屋頂送風(fēng)機(jī)進(jìn)行補(bǔ)風(fēng)，初投資很大，同時(shí)運(yùn)行費(fèi)用也相對很高。

（2）風(fēng)機(jī)臺數(shù)過多、風(fēng)量過大不僅會導(dǎo)致運(yùn)行費(fèi)用增高，而且運(yùn)行噪音過大，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)绊懖僮鞴と说恼９ぷ鳌?/p>

（3）硫化機(jī)群上空大圍罩內(nèi)的熱煙氣氣流組織不理想，容易受到橫向氣流的影響而導(dǎo)致熱煙氣溢出，最終影響到人員操作區(qū)的空氣品質(zhì)。

本文針對以上傳統(tǒng)通風(fēng)方案的缺點(diǎn)，作出了一點(diǎn)改良，現(xiàn)將本方案的計(jì)算及內(nèi)容詳述如下：

1 氣象資料

氣象資料如表1所示。

2 硫化車間內(nèi)散熱量算法一

2.1 硫化機(jī)的散熱量[1][2][5]

雙模硫化機(jī)是硫化工段的主要發(fā)出熱量、產(chǎn)生煙氣的設(shè)備。

(1) 雙模硫化機(jī)的控制尺寸確定

雙模硫化機(jī)有2個(gè)帶保溫的圓柱形鋼體散熱，其他是機(jī)架和輻射引起的散熱。每個(gè)鋼的尺寸：Φ1200，高800 mm，熱氣流由下向上。當(dāng)量尺寸為：

表1 河南省焦作市當(dāng)?shù)貧庀筚Y料

(2) 雙模硫化機(jī)保溫層外表面溫度

雙模硫化機(jī)保溫層外一般為鍍鋅鋼板的殼體，保溫差的約為70℃，保溫好的約為40℃，現(xiàn)取值為50℃。

(3) 硫化工作區(qū)的溫度

夏季時(shí)一般要求硫化工作區(qū)的溫度35℃。(4) 硫化工作區(qū)的計(jì)算溫度：

(5) 確定此溫度下空氣的各種物理參數(shù)

(6) 格拉曉夫準(zhǔn)則

經(jīng)查《傳熱學(xué)》一書中的表6-5（C、n值表）得：C=0.135 n=1/3

(8) 努謝爾特準(zhǔn)則

(9) 根據(jù)準(zhǔn)則計(jì)算表面換熱系數(shù)

(10)計(jì)算硫化機(jī)外殼表面的散熱量

a.1個(gè)模的外殼表面積

則一臺硫化機(jī)的散熱面積：2×5.26=10.52 m2

b.散熱量(11) 計(jì)算上升熱氣流的速度

所以： V=0.134 4 m/s

(12)每臺硫化機(jī)上升的熱氣流量

2.2 出硫化機(jī)的輪胎散熱量[1][2][3][4][5]

(1)每條出硫化機(jī)的輪胎尺寸

輪胎圓環(huán)形：外Φ910，內(nèi)Φ650，高300，所以當(dāng)量尺寸為：

共2塊：=0.19×2=0.38 m

(2)每條出硫化機(jī)的輪胎表面溫度及存留時(shí)間

一般為160~120℃，現(xiàn)取值為140℃。

每條胎在硫化車間內(nèi)的時(shí)間：

皮帶速度20 m/min；最遠(yuǎn)的硫化機(jī)到硫化工段出口的長度：約55 m；最近的硫化機(jī)到硫化工段出口的長度：約5 m；

現(xiàn)取值： 30 m；因?yàn)槊織l胎需放置一段時(shí)間后再進(jìn)入皮帶，所以，估算每條胎在車間內(nèi)的存留時(shí)間10 min。

a.夏季硫化工段工作區(qū)的溫度：t=35℃。

b.確定當(dāng)量溫度：tm=(140+35)/2=87.5℃

c.查表得出該溫度下的各項(xiàng)物理參數(shù)：

d.格拉曉夫準(zhǔn)則

經(jīng)查《傳熱學(xué)》一書中的表6-5（C、n值表）

得：C=0.135 n=1/3

努謝爾特準(zhǔn)則：

f.根據(jù)準(zhǔn)則計(jì)算表面換熱系數(shù)

g.計(jì)算每組胎外表面的散熱量

每條胎外表面積:

每條胎散熱量:

年產(chǎn)為1 300萬條、共228臺硫化機(jī)，所以每臺硫化機(jī)每小時(shí)產(chǎn)5.7個(gè)輪胎。

即：每臺硫化機(jī)每小時(shí)有5.7個(gè)輪胎在硫化車間內(nèi)。

亦即：每組（每臺硫化機(jī)每小時(shí)）由于產(chǎn)輪胎而散的熱為：

h.計(jì)算輪胎上升熱氣流的速度：

所以： V=0.566 m/s

i.每組胎上升的熱氣流量：

每條胎斷面面積：

每條胎上升的熱氣流量：

每組輪胎每小時(shí)的熱氣流量：

2.3 每臺硫化機(jī)每小時(shí)的散熱量[5]

Q硫化機(jī)= Q殼體+Q每組輪胎

2.4 每臺硫化機(jī)每小時(shí)的熱氣流量[5]

L硫化機(jī)= L殼體+L每組=1 094+7 433 =8 527 m3/h

3 硫化車間內(nèi)散熱量算法二

每臺硫化機(jī)最大散熱量：【1】

按工藝提供每臺硫化機(jī)平均蒸汽量70 kg/h，按全部轉(zhuǎn)化為熱量估算：

Q硫化機(jī)＝70×500≈35 000 kcal/h

4 氣流組織分析

（1）按照算法二設(shè)計(jì)熱負(fù)荷，按照每半條硫化機(jī)群考慮，則有：半條硫化地溝內(nèi)共19臺硫化機(jī)，共需除熱： Q硫化機(jī)群＝35 000×19≈315 000 kcal/h，

（2）每立方米熱量計(jì)算[2]

根據(jù)國家衛(wèi)生規(guī)范，此處的環(huán)境溫度可以按照溫升7℃考慮。因此此區(qū)域內(nèi)所需通風(fēng)量：

（3）按照算法一計(jì)算的熱流量分析[3][4]

（4）通過以上分析及計(jì)算，如果將罩內(nèi)的環(huán)境按照封閉的環(huán)境來設(shè)計(jì)計(jì)算，那么理論上只需提供162 013 m3/h的風(fēng)量即可[3][4]。

5 人員操作通道處通風(fēng)量估算

5.1 人員操作通道處總的得熱量[2][5]

（1）屋面的傳熱量

Q屋面約為24 060 kcal/h

（2）外墻傳熱量

Q屋面約為3 000 kcal/h

（3）大圍罩鋼板處的傳熱量：

鋼板的傳熱系數(shù)：

鋼板的傳熱量：

（4）大圍罩軟簾處的傳熱量

軟簾的傳熱系數(shù)：

鋼板的傳熱量：

（5）硫化機(jī)本身的輻射熱

a.開模時(shí)的輻射放熱量

b.殼體的輻射放熱量

c.每臺硫化機(jī)總的輻射放熱量

d.假設(shè)輻射熱中有50%會傳到通道內(nèi)，則散熱量約為：

e.共19臺硫化機(jī)，則總的輻射熱:

Q總輻射＝1 241×19＝23 579 kcal/h

f.總的得熱量

5.2 每立方米熱量計(jì)算[2]

根據(jù)國家衛(wèi)生規(guī)范，此處的環(huán)境溫度可以按照溫升3℃考慮。

5.3 罩外風(fēng)量估算[2]

如本區(qū)域按照溫升3℃考慮，則需要風(fēng)量：

6 結(jié)論

綜上所述，如果將硫化車間內(nèi)的硫化地溝及機(jī)群完全罩在一個(gè)封閉的空間內(nèi)，那么所需的通風(fēng)量則會大大下降，因此我們可以設(shè)計(jì)這樣一個(gè)通風(fēng)方案：在每組硫化機(jī)群的上空四周懸吊輕型壓型鋼板且圍成一圈，從屋面內(nèi)側(cè)起懸吊至離地6.0 m處，下部用軟簾懸吊至地面處，硫化機(jī)操作區(qū)處可以開口，尺寸約為3.5 m×3.5 m，在硫化機(jī)群四周形成一個(gè)封閉空間，這樣能很好的將熱煙氣控制在封閉空間內(nèi)。封閉空間斷面尺寸約100.5 m×12 m，借用屋頂?shù)膬?nèi)側(cè)鋼板為封閉空間頂，空間內(nèi)屋頂上設(shè)置了喉口為4.5 m、長度為24 m、帶調(diào)節(jié)閥的流線型的3組屋頂通風(fēng)器，作為此封閉空間排風(fēng)用，同時(shí)在這個(gè)封閉空間內(nèi)的側(cè)壁處，設(shè)置若干臺屋頂送風(fēng)機(jī)，將屋頂處的室外空氣通過風(fēng)管引至離地面3.5 m處，并在3.5 m處設(shè)置橫向送風(fēng)管，在風(fēng)管上設(shè)置噴口，即：在封閉空間的硬質(zhì)隔板下邊緣側(cè)形成一個(gè)空氣幕，這樣，封閉空間內(nèi)的送風(fēng)系統(tǒng)既通風(fēng)換氣，同時(shí)又起到了隔斷封閉空間與車間內(nèi)通道的作用。同時(shí)由硫化機(jī)產(chǎn)生熱煙氣完全被收集在封閉空間內(nèi)，使工段內(nèi)的空氣清濁完全分開，罩內(nèi)是污染的硫化熱煙氣，但被屋頂風(fēng)機(jī)通過屋頂通風(fēng)器完全帶走。而罩外是工人操作區(qū)，同時(shí)也是空氣相當(dāng)清潔的送風(fēng)區(qū)域，方案剖面見圖1。

系統(tǒng)具體運(yùn)行時(shí)，封閉空間內(nèi)的屋頂風(fēng)機(jī)、屋頂通風(fēng)器以及通道操作區(qū)處的送風(fēng)機(jī)組一年四季均開啟，冬季時(shí)，送風(fēng)機(jī)組開啟加熱段；夏季時(shí)，送風(fēng)機(jī)組開啟噴淋段，理論上還能將室外的空氣降低4~5℃；過渡季時(shí)送風(fēng)機(jī)組的加熱段及噴淋段均可停開，只將室外風(fēng)送進(jìn)車間操作區(qū)處即可。

圖1 硫化車間通風(fēng)系統(tǒng)方案剖面圖

每組硫化機(jī)群我們選用10臺屋頂送風(fēng)機(jī)，具體型號：DWT-I型 34 500 m3/h×202 Pa×76 dB×3 kW×250 kg，選用2臺60 000 m3/h帶加熱段和噴淋段的送風(fēng)機(jī)組。

在這種方案中，我們可以看到，屋頂風(fēng)機(jī)的臺數(shù)比我們傳統(tǒng)做法少了一半之多，換氣次數(shù)僅為18次/h左右，同時(shí)操作區(qū)的空氣品質(zhì)也明顯的得到了提高，硫化機(jī)群內(nèi)的封閉空間即使是在人員操作處有開口（約3.5 m×3.5 m），但由于操作區(qū)為正壓送風(fēng)區(qū)，因此機(jī)群內(nèi)的熱煙氣不會溢到操作區(qū)內(nèi)，在節(jié)能約50%的情況下，使操作區(qū)與硫化區(qū)實(shí)現(xiàn)了真正意義上的清濁分開。

[1] 涂毓賢，林寶善.朱馨鏞橡膠工業(yè)手冊.化學(xué)工業(yè)出版社，2003.

[3] 孫一堅(jiān)簡明通風(fēng)設(shè)計(jì)手冊.中國建筑工業(yè)出版社，2005.

[4] 孫一堅(jiān)主編.工業(yè)通風(fēng). 中國建筑工業(yè)出版社，2010.

[5] 章熙民.傳熱學(xué).中國建筑工業(yè)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)

徐偉春(1975-)，男，畢業(yè)于哈爾濱工業(yè)大學(xué)，高級工程師，項(xiàng)目經(jīng)理。

通訊郵箱：tthaiou@126.com

2016-06-03