某掛鍍鎳鉻生產(chǎn)線鉻酸霧收集系統(tǒng)設(shè)計(jì)

袁世柳

（江蘇湯臣汽車零部件有限公司，江蘇 南通 226500）

某汽車零部件公司主要生產(chǎn)油氣彈簧減震系統(tǒng)，其中活塞桿為核心部件，需要進(jìn)行電鍍鉻。在電鍍鉻過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生鉻酸霧廢氣，當(dāng)環(huán)境中鉻酸霧達(dá)到一定濃度時(shí)會(huì)燒傷人的黏膜和皮膚，并引起鼻隔膜膿潰[1]。因此，必須設(shè)計(jì)布局合理、高效的廢氣收集系統(tǒng)，并添加鉻酸霧抑制劑，避免鉻酸霧的無(wú)組織排放，確保電鍍作業(yè)人員身體健康。本文介紹了該公司掛鍍鎳鉻生產(chǎn)線鉻酸霧廢氣收集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，以供同行參考。

1 掛鍍鎳鉻生產(chǎn)線的工藝流程

該汽車零部件公司購(gòu)置的掛鍍鎳鉻生產(chǎn)線按U型排列，行車運(yùn)行導(dǎo)軌采用高軌結(jié)構(gòu)形式，所有電鍍槽體均架空0.5 m，槽體材質(zhì)為304不銹鋼或聚丙烯(PP)，滿足耐酸堿要求，主要工藝流程為：上掛→陽(yáng)極電解除油→二級(jí)水洗 + 噴淋→化學(xué)除油→二級(jí)水洗 + 噴淋→陽(yáng)極電解除油→熱水洗→二級(jí)水洗 + 噴淋→酸活化→二級(jí)水洗 + 噴淋→沖擊鎳→二級(jí)水洗 + 噴淋→鍍半光鎳→鍍光亮鎳→鎳回收→二級(jí)水洗 + 噴淋→轉(zhuǎn)移→反刻→6道鍍鉻→三級(jí)鉻回收→二級(jí)高位水洗→下掛→掛具線外退鍍。

2 鉻酸霧廢氣收集系統(tǒng)與凈化系統(tǒng)

鉻酸霧廢氣主要來(lái)源于反刻和鍍鉻兩大工序。掛鍍生產(chǎn)線的鉻酸霧廢氣收集系統(tǒng)先采用槽邊排風(fēng)罩捕集鉻酸霧廢氣，再依次經(jīng)支管道、主管道進(jìn)入鉻酸霧凈化系統(tǒng)(包括網(wǎng)格式鉻酸霧回收凈化器、玻璃鋼防腐風(fēng)機(jī)和噴淋塔吸收裝置，如圖1所示)，得到凈化并達(dá)標(biāo)后排放。圖2為凈化系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)照片。該掛鍍生產(chǎn)線鉻酸霧廢氣收集系統(tǒng)不考慮頂部吸風(fēng)效果。

圖1 鉻酸霧廢氣收集系統(tǒng)示意圖 Figure 1 Schematic diagram of chromic acid mist collection system

圖2 凈化系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng) Figure 2 Site where the purification system located

2.1 排風(fēng)罩的設(shè)計(jì)

參考文獻(xiàn)[2]，結(jié)合該掛鍍鎳鉻生產(chǎn)線的反刻槽和鍍鉻槽的規(guī)格(槽長(zhǎng)A= 2 m，槽寬B= 0.78 m)，選用高截面誘導(dǎo)型槽邊排風(fēng)罩，并且為雙側(cè)抽風(fēng)。

根據(jù)文獻(xiàn)[3]的“表1.3.3”，結(jié)合鍍液組成、溫度、施鍍電流密度等因素，確定鍍槽液面風(fēng)速(Lv)為0.5 m/s，由式(1)[3]可算得單槽排風(fēng)量(QS)為1.125 m3/s。

再由式(2)[3]算得單個(gè)排風(fēng)罩壓力損失(ΔPS)為74.1 Pa。

式中ζS為壓力損失系數(shù)(無(wú)量綱，取2.34)；vS為條縫口鉻酸霧廢氣風(fēng)速(取7 m/s)；ρ為空氣密度(1.293 kg/m3)。

該掛鍍生產(chǎn)線包含1個(gè)反刻槽和6個(gè)鍍鉻槽，則其總排風(fēng)量(Qt)= 1.125 × 7 = 7.875 (m3/s) ≈ 28 350 (m3/h)，排風(fēng)罩總壓損為74.1 × 7 × 2 =1 037 (Pa)。

2.2 管道的設(shè)計(jì)

該掛鍍生產(chǎn)線鉻酸霧廢氣收集系統(tǒng)中的主管道和支管道均使用耐酸性腐蝕的PP圓形管道，與矩形管道相比，具有壓力損失小、易加工制作、風(fēng)道強(qiáng)度大、耗材少的優(yōu)點(diǎn)[3]。首先要計(jì)算管徑(D)、管道內(nèi)鉻酸霧廢氣的平均流速(v)、管段阻力(ΔPt)等參數(shù)，以便根據(jù)系統(tǒng)的總排風(fēng)量和總阻力來(lái)選擇合適的電機(jī)與風(fēng)機(jī)[3]。

2.2.1 管徑的選擇

管徑按式(3)[3]計(jì)算。

其中Qt= 7.875 m3/s。主管和支管的平均流速分別為14 m/s和9 m/s，則它們的管徑分別為0.84 m和0.40 m。按文獻(xiàn)[2]的“表17-13”對(duì)計(jì)算出的管徑按統(tǒng)一規(guī)格進(jìn)行圓整：主管直徑取800 mm，壁厚取5.0 mm，則主管風(fēng)速為15.7 m/s；支管直徑取400 mm，壁厚取4.0 mm，則支管風(fēng)速為8.96 m/s。

2.2.2 管段阻力計(jì)算

管段阻力包含摩擦阻力(即沿程阻力ΔPm)和局部阻力(ΔPL)[3]兩部分。該掛鍍生產(chǎn)線鉻酸霧廢氣收集系統(tǒng)中設(shè)計(jì)的30°三通管路，阻力相對(duì)較小。

分別按式(4)[2]和式(5)[3]計(jì)算沿程阻力和局部阻力，結(jié)果見(jiàn)表1。

式中，Rm為圓形風(fēng)管單位長(zhǎng)度的摩擦阻力(單位：Pa/m)，可根據(jù)各管段的風(fēng)量從文獻(xiàn)[2]中查得；l為管段的長(zhǎng)度(單位：m)；Lζ為管段的局部損失系數(shù)，從文獻(xiàn)[2]的“表17-23”中取值；Pv為一定風(fēng)速下的動(dòng)壓，依據(jù)文獻(xiàn)[2]的“圖17-16”取值。

表1 管段阻力計(jì)算結(jié)果匯總 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 風(fēng)機(jī)的選型

風(fēng)量和風(fēng)壓是風(fēng)機(jī)的主要參數(shù)。

掛鍍生產(chǎn)線鉻酸霧廢氣收集系統(tǒng)(排風(fēng)系統(tǒng))的排風(fēng)量為28 350 m3/h，取排風(fēng)系統(tǒng)漏風(fēng)附加系數(shù)為15%，凈化系統(tǒng)的漏風(fēng)附加系數(shù)按10%計(jì)，則風(fēng)機(jī)的風(fēng)量Qf= 28 350 × 1.15 × 1.10 = 35 863 (m3/h)。

掛鍍生產(chǎn)線鉻酸霧廢氣收集系統(tǒng)的阻力為1 037 + 279 = 1 316 (Pa)，取排風(fēng)系統(tǒng)阻力附加系數(shù)為5%，凈化系統(tǒng)阻力取600 Pa；風(fēng)機(jī)全壓負(fù)差系數(shù)取1.05，則風(fēng)機(jī)的全壓Pf= (1 316 × 1.05 + 600) × 1.05 = 2 081 Pa。

根據(jù)風(fēng)機(jī)的風(fēng)量和全壓，查F4-72型玻璃鋼離心風(fēng)機(jī)參數(shù)表，選擇型號(hào)為F4-72-10C的風(fēng)機(jī)，其工作參數(shù)為：風(fēng)量34 863～48 797 m3/h，風(fēng)壓1 877～2 373 Pa，功率37 kW。

3 結(jié)語(yǔ)

本文所設(shè)計(jì)的鉻酸霧廢氣收集系統(tǒng)與凈化系統(tǒng)相結(jié)合，驗(yàn)收檢測(cè)到鉻酸霧排放濃度在0.008～0.011 mg/m3范圍內(nèi)，遠(yuǎn)低于GB 21900-2008《電鍍污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》對(duì)新建企業(yè)鉻酸霧排放限值(0.05 mg/m3)的要求。