热处理车间采暖通风设计

引言

热处理工艺是将材料经过加热、保温、冷却等过程，改变材料表面或内部的晶相结构，从而达到控制其各种物理性能的方法。热处理工艺是机械加工行业的重要基础性技术。热处理车间的作业环境相对于机械行业的冷加工来说是比较恶劣的。除了高温、噪声、电磁辐射，还有粉尘和有害气体。其生产过程中产生的主要有害物有：

1）由油槽和水槽发散出来的油烟和水蒸汽。

2）由加热炉炉口、炉门、壁炉和加热工件表面散发出来的对流热和辐射热。

3）当燃烧不完全时，由炉子缝隙、炉口等处逸出的一氧化碳。

4）在工件淬火和回火时，从炉子散发出来的有害气体（氰化物、氧化铅、铅、氨、氧化氮及硝盐蒸汽等）。

5）喷砂、纱枪机等操作时散发出来的金属尘及其细尘埃。

6）清洗坑散发出的蒸汽。

随着现代厂房卫生标准和劳动条件的提高，热处理车间的采暖通风方案，必须要充分考虑改善车间劳动条件的需要，并和工艺紧密结合。并且作为基础投资建设项目，在满足技术条件的同时注重经济成本，因此在设计时应对整个厂房的，通风包括自然通风系统、排风系统、补风系统、气流组织等进行详细的测算及比较，设计最合理的方案。下面结合工程实例对热处理车间采暖通风设计方法做简要探讨。

1.概述

石家庄煤矿机矿山工程机械研发制造中心项目为石家庄煤矿机械有限责任公司投资兴建的，项目位于河北省石家庄市栾城装备制造基地。其热处理车间厂房面积约为5500m2，车间高度为15.7m，为单层钢结构厂房。

2.热处理车间的采暖方案

由于热处理车间设备发热量大，因此在采暖方案的处理上必须计算设备发热量。

热处理车间散热量计算可参考如下表格：

该热处理工序中炉子均设排风罩，因此散入室内的热量中不考虑金属散热量。经过测算加热炉散热量为820kW，与车间冬季采暖热负荷基本持平，因此采暖方案仅需考虑冬季值班采暖的情况。热媒为95℃～70℃的热水，采用钢制柱式散热器，车间内均布。

3.热处理车间的通风方案

3.1全面通风量的计算

全面通风是指整个区域的通风换气，即采用通风的方法，排出建筑物内有害物、余热和余湿，使室内空气环境达到规定。

1）排风系统。石家庄冬季通风计算温度为：-4.3℃；夏季通风计算温度为：31.3℃；设计时由于热处理车间发热量较大，设计时应按照冬季、夏季通风要求分别计算通风量。

夏季全室通风的主要作用是消除余热，因此按照消除余热所需通风量计算。

全面通风量L=Q/[cρj（tp-tj）]×3600=820/[1.01*1.29*5]×3600=453142m3/h

扣除工艺排风量99000m3/h，则排风机排风量为443242m3/h。

冬季由于利用厂房生产余热作为采暖的补充，因此按照换气次数的原则进行考虑。根据工艺的要求，考虑在热处理的生产过程中会散发烟气等有害气体，因此车间换气次数为3次。

全面通风量L＝nVf＝5500×15.7×3＝259050m3/h

扣除工艺排风量99000m3/h，则排风机排风量为160050m3/h。

目前，厂房的结构形式多为钢结构厂房，为了施工安装便利，侧墙及屋面很多都为新型保温材料的彩钢板或太空板，其承受荷载的能力有限。为满足通风设备的承重要求，往往会增加很多结构辅梁，增加了初期投资。而且由于钢结构厂房强度较高，目前单个厂房的面积及跨度越来越大，而侧墙的开窗面积有限，因此自然通风方式很难满足现代厂房的通风要求。而解决此类厂房通风的最主要方式就是采用屋顶风机的排风方式。由于风机置于屋面，因此有效的减小了对结构的吊挂荷载，而且由于没有下接风管，因此施工安装方便。但屋顶风机通风也有很多不足：通风量有限，单台风机负担的通风面积在100至200平米左右。由于风机数量较多，因此初投资较高，并且增加了屋面的漏水点，对屋面的防水要求很高。并且运行费用较高，维护困难，噪声大。

该工程采用以轻型电动天窗自然排风为主的通风方式。轻型屋顶天窗重量轻，适合安装于钢结构屋顶；并且可以电动关闭，避免冬季热损失过大；同时轻型屋顶天窗结合屋脊设置，可以有效避免漏水现象；并且可以做成避风天窗的形式。由于天窗通风量受许多条件制约，为保证通风效果，同时解决冬季风量失控的隐患，本工程选用了通风天窗与屋顶风机相结合的通风方式。

选取0.5m高，234m的通风天窗，分四部分布置于屋面屋脊处，经计算通风天窗的通风量为280000m3/h，则夏季需要机械通风，通风量为163242m3/h；由于通风天窗在冬季通风量难以控制，且考虑室内负荷的需要也不会经常开启，因此设计冬季状态时全部采用机械通风，其通风量为160050m3/h；两相比较，以夏季所需机械通风量为屋顶风机选择依据。

选用18台屋顶风机，每台风量为9330m3/h。

2）补风系统。一般情况下，对于换气次数大于2次/h的全面通风系统或每班运行超过2h的局部排风系统，应设置机械送风系统。结合该厂房情况，该厂房换气次数大于2次/h，因此需设补风系统。原则上由于门窗渗透和排风系统不同时工作，因此机械工厂送风系统补偿排风量的比例一般宜在50%～80%之间选择。由于该地区燃气丰富，选择燃气热风机组四台，补风量为150000m3/h。机组平时补风，冬季时由燃气加热补风时的新风耗热量。补风机组设温度传感器及电动调节阀来调节燃气量，控制冬季室内温度在18℃。

3.2全面通风的气流组织

全面通风的效果不但涉及到送排风量的大小，而且与送排风系统的布置，送排风口的形式、位置，及送排风的风量分配有关。由于该车间为同时发散热、蒸汽和有害气体，根据该车间的具体情况考虑如下气流组织形式：

1）散发的热和蒸汽密度比空气轻，在车间内会形成稳定的上升气流，采用自然通风与机械通风相结合的方式，在车间上部设屋顶风机和通风天窗，可以有效的排出车间内的热空气。

2）在主要污染物及热量放散点，包括箱式淬火炉、淬火油槽、箱式清洗机、高频设备及机床、井式回火炉等位置设置局部排风系统，以便迅速排出有害物。

3）由于车间散发有害物，为防止污染相邻车间，应保持车间负压，送风量较排风量减少20%左右。送风管道设于车间4.5m的位置，采用旋流风口进行深度送风，将室外新风送至人员工作界面。

因此该车间气流组织可归纳为下进顶出形式，由旋流风口将新风送入人员操作区，再经污染区经车间上部排出室外，并且柱上设轴流壁扇有效的减少涡流，避免有害物在局部区域聚集。

4.热处理车间的工艺排风净化方案

热处理车间工艺设备众多，并且排放的烟尘、油雾、温度等条件不同。因此工艺排风系统应根据生产特性、布置位置、同时工作情况加以组合。并且有些排风设备不能合为一个系统如：氰盐炉与排酸气的槽、硝石槽与水槽、喷砂机与盐炉或其他槽子等。根据上述原则该车间划分为四个工艺排风系统。由于该车间工艺管线众多，经过与工艺专业及甲方沟通，排风管道地沟排风的方式。各需要工艺排风的点位及各设备的局部工艺排风，通过在地面上设置钢制闸阀联接各个工艺排风点，通过地沟排风的方式，排入室外的油雾净化处理设备，经三级净化后室外高空排放。虽然采用地沟排风，会和设备基础，柱基及平车轨道发生矛盾，但地沟排风的应用可以减少梁柱的荷载，减少与其他管线的冲突，有效的降低层高，虽然初期投资费用会有所增加，但整体车间的投资并没有明显增加，并且由于管道预先设置于地下，可以有效的缩短设备安装联调联试的时间。

5.结束语

热处理车间采暖通风设计，在方案阶段就应该多与建设方接触，与工艺专业协调，取得统一意见。排风宜采用自然与机械系统相结合的原则以降低初始投资和运行费用；进风采用门窗渗透与补风系统相结合的原则，以改善生产环境；合理的设置送排风口，采用有效的气流组织。并且采暖负荷计算必须要在全面核算设备发热量的前提下进行。总之，热处理车间工艺设备众多，采暖通风方案必须通盘考虑，才能制定出行之有效的解决方案。