Вентиляция химического производства: нормы проектирования

Вентиляция химического производства - это комплекс высокотехнологичного оборудования, обеспечивающий штатную и безопасную работу сотрудников с летучими химическими соединениями. Отвечаем на следующие вопросы:

• какие требования содержатся в нормативных документах;
• с какими вызовами сталкиваются инженеры-проектировщики;
• какие задачи решают при разработке решений.

Нормативная документация (СНиП)

Регламентные требования к проектированию и монтажу вентиляции на химических предприятиях изложены в следующих документах: СНиП II-33-75, СН 245-71, МУ 2.6.5.033-2017. В вентиляционных центрах чаще всего применяют покрытия, защищающие от вредного воздействия веществ. Эти препараты даже в малой концентрации могут привести к коррозии. С этой целью пластинчатые теплообменники в вентустановках покрываются эпоксидными покрытиями.

Ниже подробно о требованиях к оборудованию и нормы вентиляция химических производств.

В вентсистемах используются центробежные вентиляторы из-за высоких скоростей воздуха и возникающих потерь давления. Данный фактор влечет за собой большее потребление электроэнергии. Рекомендовано применение электрического оборудования класса EC (электронно-коммутируемые). Преимущество - низкий уровень шума, высокий КПД и меньшее энергопотребление по сравнению с электродвигателями переменного тока.

Стандарты требуют применения вентиляторов с коэффициентом удельной мощности в диапазоне 0,8–1,6 кВт/(м3/с). При использовании дополнительных элементов допускается увеличение удельной мощности вентиляторов на 0,3-0,6 кВт/(м3/с) в зависимости от типа применяемого устройства. Химически стойкие вентиляторы изготавливаются из кислотостойкой или нержавеющей стали с диапазоном рабочих температур до 150°C.

При сборке применяются химически стойкие материалы и взрывозащищенные агрегаты. Чаще всего используется армированный пропилен. Востребованы герметичные, монолитные корпусы ротора из стального листа с примесью графита. Это имеет большое значение при перекачивании различных соединений, способных образовывать с воздухом взрывоопасные смеси.

Описание вентиляции химических производств

Помещения оборудуются двумя видами вентиляции: общеобменной и вытяжной. Ключевой вопрос проектирования - корректная конфигурация обоих типов систем, подбор устройств и элементов, обеспечивающих экономичную, безопасную и эффективную работу. Общеобменную вентиляцию химической лаборатории проектируют как механическую приточно-вытяжную систему. Естественный воздухообмен не обеспечивает требуемого притока воздушной массы в любых погодных условиях и не имеет возможностей регулировки. Ранее рассказывали о том, как правильно рассчитать возможные варианты кратностей воздухообмена.

Важно: большие потоки вентиляционных воздушных масс в химических цехах могут вызывать ощущение сквозняка. Крайне важно организовать равномерное распределение воздушной массы. При выборе воздухозаборников и вытяжных решеток обращайте внимание на пропускную способность, дальность потока, скорость подачи и забора воздуха, уровень шума и регулирование положения заслонки.

Наиболее часто применяемые схемами воздухораспределения представлены ниже:

• а) «вверх-вниз»;
• б) «вверх-вверх-вниз»;
• в) «вверх-стенка вниз»;
• г) «вниз-вверх (вытесняющий поток)»;
• д) «вверх-вверх».

Пример реализации: система распределения воздуха «вверх-вниз» используется при работе с химическими соединениями тяжелее кислорода. Удаляет загрязнения в месте их скопления. В роли диффузоров выступают перфорированные перекрытия. Отвод загрязненных воздушных масс осуществляется через вытяжные решетки, расположенные в нижней части помещения.

Аварийная вентиляция

Ключевой этап разработки системы вентиляции химических производств - наличие механизмов аварийного запуска. В химлабораториях, в рабочую зону, устанавливается автономное оборудование, работа которого не зависит от общеобменной и вытяжной сети. Комплектуется датчиками дыма и системой сенсоров, сигнализирующих о превышении ПДК (предельно-допустимой концентрации) загрязнителей. Запускается в аварийном режиме при резком повышении объема выбросов, возникновении задымления, неисправности основной вентсистемы. Работа сопровождается звуковым сигналом.

Типы вентиляции для химической промышленности

Общеобменная - отвечает за поступление свежего кислорода и разбавление (удаление) загрязняющих веществ. Регулирует температуру и влажность. Вытяжная система предотвращает распространение загрязняющих веществ за пределы источника выброса. При разработке создают оптимальную конфигурацию систем для обеспечения надлежащих параметров.

Ключевые аспекты: безопасная и эффективная работа, энергосберегающий эффект. Для достижения этой цели особое внимание следует уделить выбору элементов технического оснащения (трубы, арматура, приборы). В следующих разделах статьи представлен обзор наиболее популярных технических решений.

Вытяжная

Рабочее место лаборанта оснащается вытяжным шкафом - закрытой камерой с системой удаления летучих соединений. При размещении оборудования рекомендуется монтировать вытяжные отверстия общеобменной системы возле лабораторных шкафов. Приточный воздух подается с противоположной стороны помещения. В радиусе 1,5 м от вытяжного шкафа не должно быть диффузоров.

Приточная

Основная задача приточки - подача в помещение свежего, предварительно очищенного CO2. Не допускается подмес воздушных масс из смежных помещений. В лабораториях функцию притока выполняет общеобменная конструкция. Поддерживает микроклимат в боксе на оптимальном уровне, разбавляет или вытесняет загрязненный воздух.

Приточно-вытяжная

Приточно-вытяжная система позволяет эффективно организовать воздухообмен в лаборатории, содержит гибкие возможности и контроля параметров. Основное преимущество: оснащение установки рекуператором. Данная технология энергосбережения (передача тепла вытяжного воздуха приточному) позволяет сократить эксплуатационные расходы. Однако есть несколько ограничивающих факторов. Применение рекуперации тепла может вызвать смешении различных потоков токсичных загрязнителей, различных выделяющихся паров, их неконтролируемую химическую реакцию, загрязнение рекуператора и вентканалов вредными веществами, коррозию. 

При проектировании уделяется особое внимание материалам, из которых изготавливают вентиляционную систему, разделению потоков и системам многоступенчатой фильтрации.

Расчет вентиляции для химического производства

Расход вытяжного воздуха рассчитывается по формуле:

• q_{vexh =} q_{vexhreq *} С_{cont *} C_{indoorleak *}  С_rec/ε_v

где:

• q_vexhreq - расчетное значение расхода воздуха, удаляемого из помещений, находящихся в пределах одной зоны;
• ε_v - эффективность;
• C_indoorleak - коэффициент возможной утечки;
• С_rec - коэффициент рециркуляции;
• С_cont - коэффициент, зависящий от параметров регулирования расхода CO2.

Эффективность вентиляции выражается как отношение концентрации загрязняющих веществ в вытяжном воздухе к приточному. Измеряется следующей формулой:

• ε_v = C_eta - C_SUP/C_IDA * C_SUP

где: C_eta - концентрация загрязняющих веществ в вытяжном воздухе, C_SUP - концентрация загрязняющих веществ в приточном воздухе, C_IDA - концентрация в зоне пребывания людей. Этот показатель отражает эффективность расположения приточных и вытяжных элементов в помещении.

Проектирование вентиляции химических производств

Использование высококлассного лабораторного технического оборудования не гарантирует желаемого эффекта и не защищает от неконтролируемого распространения загрязняющих веществ. Эти установки могут быть эффективны только в сочетании с соответствующими системами автоматизации. Их задача - управление работой отдельных устройств с учетом ограничивающих условий.

Задача проектировщика:

• определить требования к автоматизации;
• разработать алгоритмы управления работой отдельных устройств;
• обеспечить их надлежащее взаимодействие.

При разработке решения важно корректно спроектировать общеобменную и вытяжную системы с учетом пространственного расположения элементов относительно друг друга.

На основании норм проектирования вентиляция химических производств можно сформулировать следующие рекомендации:

1. Следует использовать только механическую систему.
2. В помещения должен подаваться 100% свежий воздух.
3. Необходимо предусмотреть дежурный режим в периоды меньшей интенсивности использования лабораторных помещений.
4. В целях обеспечения энергосбережения использовать датчики движения и алгоритм, активирующий режим «присутствия».
5. Расположение воздухозаборников и вытяжных отверстий должно обеспечивать поступление воздуха из наименее загрязненной зоны в наиболее опасную.
6. Из-за помех, создаваемых диффузорами, высота помещения должна быть не менее 2,7 м. Рекомендованное значение: 3 м.
7. Скорость воздушных масс на расстоянии 40 см от вытяжного шкафа не должна превышать 0,2 м/с.
8. Уровень шума от общеобменной системы не должен превышать 55 дБ(А).

Пакет проектной документации включает пояснительную записку, перечень оборудования и комплектующих, рекомендации по выбору материалов, технические характеристики агрегатов, чертежные документы, аксонометрическую схему, 3D-визуализацию.

Монтаж вентиляции на химическом производстве

Специальные материалы, применяемые для инсталляции систем вентиляции в химических цехах, должны быть устойчивы к воздействию химикатов, пыли, температуры, высокой влажности и УФ-излучению. Чаще всего используются ПВХ, ПП, ПЭ. Их основные свойства: хорошая стойкость, долгий срок службы, простота выполнения, малый вес. ПВХ характеризуется низкой горючестью, ПП - высокой жесткостью при повышенных температурах, ПЭ - высокой ударной вязкостью даже при низких температурах.

Основные этапы монтажных работ:

1. Подготовка помещения (освобождение площади для проведения строительных работ, транспортировка оборудование).
2. Графические перенос схемы на стены и потолочные покрытия.
3. Штробление перекрытий под коммуникации.
4. Установка узловых агрегатов.
5. Прокладка кабелей.
6. Подключение к силовой линии.
7. Отладка, тестирование и сдача объекта.

При инсталляции, специалисты инженерной компании Qwent, учитывают возможность образования конденсата и необходимость очистки установки. Воздуховоды монтируются с уклоном и с большим количеством технологических отверстий, позволяющих производить очистку. Важный аспект работ: полная герметичность стыковых соединений. Утечки загрязненного воздуха недопустимы!