Проектирование систем вентиляции в металлургии

Металлургия — одна из отраслей промышленности со сложными и тяжелыми условиями работы персонала. Выделяемые в процессе функционирования металлургических производств избыточная теплота и загрязняющие вещества, которые образуются во время литья, сварки, термической резки и шлифовки металлов, лучше всего контролировать при помощи организации соответственной системы вентиляции в литейных и сварочных цехах.

Согласно результатам многочисленных исследований, воздействие дыма, сопровождающего расплавленный металл в процессе его литья и сварки, может вызвать раздражение глаз, носа и горла, головокружение и тошноту. Последствиями для здоровья от некоторых паров металлов могут быть лихорадка, язва желудка, повреждение почек и нервной системы. А длительное воздействие паров марганца может вызвать симптомы, подобные болезни Паркинсона.

Особую опасность представляет собой дым, выделяемый в процессе электросварки металлов. Его состав зависит от свойств свариваемых металлов и сварочных электродов. Например, сварочный электроды для черных металлов, могут выделять дым, содержащий оксид железа, марганец, медь и даже кремнезем. При сварке нержавеющей стали могут образовываться пары, содержащие хром и никель. В литейных цехах помимо защиты производственного персонала от вредных веществ необходимо также предотвращать чрезмерный физиологический тепловой стресс.

Тепловой баланс между телом человека и окружающей средой определяются четырьмя независимыми переменными окружающей среды:
• Температура воздуха
• Лучистая температура
• Влажность воздуха
• Скорость движения воздуха

Вместе со скоростью обмена веществ в организме и термоизоляцией одежды, эти факторы могут по-разному сочетаться, создавая различные степени теплового стресса. Индекс теплового стресса HSI определяется как процент поверхности тела человека, смачиваемой потом:

HSI = Esk / Emax *100, где:
Esk = потеря теплоты с поверхности тела за счет испарения, Вт/м2
Emax = максимально возможные потери теплоты с поверхности тела за счет испарения, Вт/м2

и включает связанные друг с другом процессы в организме человека, такие как: обмен веществ, приток лучистой и конвективной теплоты, и накопление теплоты за счет потоотделения. Оценка и контроль теплового стресса производится с использованием таких методов, как уменьшение инфракрасного излучения от источников, изменение режима работы / отдыха, точечное охлаждение, а также применение различных теплозащитных или охлаждающих жилетов, костюмов, и т.п.

Системы вентиляции металлургических производств должны выдерживать одновременное воздействие экстремально высоких температур и опасных загрязняющих веществ. В этих случаях необходимая система вентиляции может быть обеспечена путем комбинации местной вытяжной вентиляции, механической и естественной приточной вентиляции, и общей вытяжной системы. При проектировании такой комбинированной системы необходимо тщательно проанализировать требования к приточному и вытяжному воздуху, а также учитывать сезонные климатические воздействия особенно на производительность системы естественной вентиляции. Также важно учитывать материал воздуховодов для отработанного воздуха и его совместимость с опасными, абразивными или коррозионными веществами. 

Системы для сбора пыли и дыма.

Разрабатываемые специально для металлургических предприятий различные пылеуловители, являются проверенным техническим средством поддержания чистоты воздуха, которое может извлекать из него опасные загрязнители. Пылеуловители с сухой средой, содержащие высокоэффективные картриджные фильтры вместе со вторичными фильтрами, являются лучшим средством контроля количества взвешенных твердых частиц. Хорошо спроектированная картриджная система будет эффективно фильтровать дым и другие опасные загрязнители от литья или сварки, а отфильтрованный воздух можно либо выбрасывать наружу, либо, в некоторых случаях для значительной экономии энергии, направлять обратно в помещение. В этих системах используются механизмы импульсной очистки, позволяющие агрегатам функционировать в течение продолжительных периодов времени между заменами фильтров.

Существует три основных типа систем сбора металлической пыли и дыма, используемых в процессах литья и сварки металлов:
1. Системы изолирования источников загрязнений, которые широко используются для сварки мелких деталей. Они обычно используют гибкий воздуховод с вытяжным колпаком с прорезями или с боковыми экранами для работы на верстаке.
2. Если необходимо обезопасить площадку размером не более 4*6 м, часто используется вытяжка навесного типа. Чтобы создать более надежное ограждение с боков такой зоны могут быть добавлены шторы или жесткие стены. В случае роботизированных сварочных ячеек часто можно использовать колпак, полностью замкнутый вокруг места сварки.
3. Мостовые краны в литейном цехе создают ограничения, делающие систему с вытяжкой на гибком воздуховоде непрактичной. В этом случае можно выбрать систему вентиляции, которая фильтрует весь воздух в цехе, используя центральный вытяжной зонт или несколько меньших локальных колпаков. Важно отметить, что, хотя вентиляционные системы помогают уменьшить количество загрязнителей, они полностью не удаляют их из зоны, где находится производящий работу оператор, поэтому необходимо всегда использовать СИЗ.

Независимо от типа используемой картриджной системы пылеулавливания, также для контроля безопасности следует оборудовать систему фильтром HEPA, который иногда называют фильтром тонкой очистки.

Мониторинг системы.

Если система для удаления дыма от расплавленного металла и сварки, не работает так, как должна, то можно определить это на основании какого-либо из следующих условий:

Если работники замечают ухудшение здоровья или физический дискомфорт, вероятно, они подвергаются чрезмерному воздействию паров.

Видимое облако дыма внутри: при правильно функционирующей вытяжной системе можно видеть во время рабочей смены только случайные легкие пары. Облако дыма, которое становится более плотным в течение дня, скорее всего, указывает на проблему.

Если фильтры в системе удаления дыма выходят из строя преждевременно и требуют частой замены, вытяжное устройство может быть слишком мало для работы или происходят сбои в работе системе импульсной регенерации фильтра.

Правильно спроектированная система улавливания пыли и дыма от расплавленного металла, а также оптимизированная система вентиляции обеспечат безопасность работников и обеспечат соответствие металлургического предприятия требованиям к качеству воздуха и охране труда.