Artykuly

Wentylacja oddziałów przemysłowych, zajmujących się przygotowaniem powierzchni metalowych

Przygotowanie powierzchni metalowych do ich następnego pokrywania obejmuje następujące operacje: odtłuszczanie, wytrawianie, mechaniczne oczyszczenie, dotrawianie (dekapowanie). Jakość przygotowania powierzchni zależy nie tylko od należytego oczyszczenia przedmiotów z tłuszczu i tlenków, lecz również od starannego zmycia z nich resztek różnych zanieczyszczeń. Aby usunąć zanieczyszczenia pozostałe na powierzchni przedmiotów, niezbędne jest użycie gorącej wody. W celu dokładnego usunięcia alkaidów i resztek zanieczyszczeń, przedmioty należy płukać w dwóch lub trzech wodach ogrzanych do temperatury 70 st C.

Przy chemicznym sposobie odtłuszczania używane są roztwory alkaliów, soli alkalicznych i szereg specjalnych rozpuszczalników organicznych. Podczas procesu odtłuszczania wydzielają się mgły związków alkalicznych, pary benzyny i pary węglowodorów, zależnie od składu roztworu. Metale żelazne są wytrawiane w większości przypadków kwasem siarkowym lub solnym, rzadziej kwasem azotowym. Metale kolorowe najczęściej są wytrawiane kwasem azotowym, rzadziej kwasem fluorowodorowym. Aluminium jest wytrawiane zazwyczaj w roztworach alkalicznych. W trakcie chemicznego przygotowania powierzchni metalowych wydobywają się mgły, pary i gazy, wobec czego pomieszczenia te wymagają intensywnej wentylacji.

Operacje odtłuszczania i wytrawiania metali przeprowadza się w wannach. Przy wannach używanych do płukania, w większości przypadków nie wydzielają się zanieczyszczenia lub też wydzielają się w tak małych ilościach, że nie trzeba stosować odciągów miejscowych. Wyjątek stanowią wanny do płukania gorącego po odtłuszczaniu i wytrawianiu oraz wanny do płukania po wytrawieniu w kwasie azotowym, w czasie którego wydzielają się tlenki azotu. Małe wanny do odtłuszczania i wytrawiania, przeznaczone do obróbki drobnych przedmiotów, mają obudowę z otworami roboczymi do ręcznego załadowywania i wyładowywania przedmiotów podlegających obróbce. Wysokość otworów roboczych powinna być możliwie mała, lecz wystarczająca do prący rąk i załadowania lub wylądowania wyrobów.

Powyżej otworu roboczego stosuje się ścianki oszklone, nieco pochylone dla umożliwienia obserwacji procesu. Obudowa powinna być oświetlona i zaopatrzona w wycieraczkę ręczną do usuwania kondensatu. Odciąg powietrza odbywa się po przeciwnej stronie otworu roboczego z dolnej i górnej strefy obudowy. Prędkość powietrza w otworze roboczym i nieszczelnościach obudowy powinna wynosić co najmniej 0,60 m/s przy wytrawianiu kwasem siarkowym (bez ogrzewania) i 0,8 - 1,2 m/s przy wytrawianiu kwasem solnym, azotowym lub fluorowodorowym. Obudowy do wanien o szerokości ponad 700 mm nie są zalecane. Wanny o dużych wymiarach, zwłaszcza przy mechanicznym transporcie, są zaopatrzone w odciągi szczelinowe. Dla zmniejszenia wydzielania się zanieczyszczeń ze zwierciadła roztworu stosuje się czasem pokrycie tego zwierciadła kulkami ze szkła lub innych materiałów kwasoodpornych.

Z punktu widzenia wentylacji należy rozróżniać dwa okresy procesu wytrawiania.
Podstawowy, jeżeli przedmioty podlegające wytrawianiu są zanurzane w wannie oraz stosunkowo krótki okres wyładowywania. W pierwszym okresie wydobywające się zanieczyszczenia (mgły, pary) są chwytane odciągami miejscowymi.
W drugim okresie procesu, jeżeli wsad wyłaniający się z roztworu znajduje się w powietrzu, to wydzielające się zanieczyszczenia są trudne do uchwycenia. Ponadto wsad ten przez pewien czas pozostaje nad wanną dla ocieknięcia roztworu i wtedy odciąg szczelinowy nie jest w stanie uchwycić zanieczyszczenia.

Jeżeli wytrawienie odbywa się w ogrzanym roztworze (kwas siarkowy lub solny), to wydzielające się zanieczyszczenia z mokrej powierzchni wsadu dążą do góry. W tym przypadku niezłe wyniki można uzyskać przez oddzielenie przestrzeni nad wannami zasłoną podwieszoną do stropu z odciągiem powietrza Przy wytrawianiu na zimno, czy też z nieznacznym podgrzewem roztworu kwasu solnego lub azotowego, zanieczyszczenia wydobywające się ze wsadu nie mają tendencji unoszenia się do góry, a tlenki azotu mają tendencję opadania do dołu. W takim przypadku zastosowanie zasłony jest niewłaściwe, należy raczej umieścić nad wannami, nieco wyżej od miejsca zatrzymywania się wsadu, kilka (baterię) ssawek wolno zawieszonych z otworami ssącymi, położonymi możliwie najbliżej wsadu. Czasami przy szerokich wannach stosuje się dodatkowe dysze zdmuchujące zanieczyszczenia w stronę ssawek.

Przy pełnej mechanizacji procesu załadowania i wyładowania należy wanny umieścić w obszernych obudowach, z otworami na przejście wsadu i dźwigu i zaopatrzonych W wahadłowe zamknięcia. Dla umożliwienia obserwacji procesu załadowywania,należy wykonać w przedniej ścianie obudowy oszklone powierzchnie i zaopatrzyć je w ręczne wycieraczki. Odciąg powietrza w tym przypadku odbywa się z obudowy. Prędkość przepływu powietrza w otworach — jak w obudowie.

W przypadku układania przewodów wentylacyjnych pod podłogą, kanały muszą być wykonane ze spadkiem 1% ze spustowymi studzienkami umieszczonymi w najbliższej części. Zgromadzona ciecz jest odpompowywaną ręczną pompą. Przewody i wentylatory należy wykonywać z materiałów kwasoodpornych lub powlekanych środkami kwasoodpornymi. Zaleca się stosowanie wentylatorów o masywnych wirnikach i o możliwie małej liczbie łopatek (ok. 6). Wentylatory wyciągowe nie mogą być umieszczane na zewnątrz budynku ani w pomieszczeniach nieogrzewanych, gdyż występuje w nich wówczas kondensacja pary wodnej.

Przewody wyrzutu powietrza należy wyprowadzać możliwie jak najwyżej ponad dach i zaopatrywać w wyrzutnie pochodniowe. Prędkość wypływu powietrza z wyrzutni zaleca się utrzymywać w granicach 25-7-20 m/s (większa wartość dla mniejszych urządzeń, a mniejsza dla dużych). Ilość powietrza nawiewanego powinna być równa ilości powietrza wywiewanego. Nawiew powietrza do pomieszczenia, w którym przeprowadza się wytrawianie, powinien odbywać się do strefy pracy. Nawiew musi być bardzo równomiernie rozdzielany, Przy czym do właściwego pomieszczenia wytrawiania skierowujemy 80-90% całkowitej ilości powietrza, a pozostałą ilość do korytarzy lub sąsiadujących pomieszczeń. W razie niemożności doprowadzenia przewidzianej ilości powietrza wentylacyjnego do strefy pracy, można część tego powietrza nawiewać nad strefą pracy, tj. powyżej 2,0 m (należy je również jak najbardziej równomiernie rozdzielać). Najlepsze wyniki rozdziału nawiewu uzyskuje się przez stosowanie ciśnieniowych przewodów perforowanych.

W zakładach odtłuszczania i wytrawiania należy przewidzieć dodatkowy wywiew pod stropem. Przy stosowaniu zasłon podwieszonych, ilość powietrza wywiewanego powinna wynosić jednokrotną wymianę na godzinę. Jeżeli zasłony nie są stosowane — trzykrotną wymianę na godzinę.Ogólna wymiana powietrza w pomieszczeniach oddziału przygotowywania powierzchni metalowych jest zazwyczaj bardzo duża. Za normalną można uważać przy wysokości pomieszczenia ok. 5 m 40 - 60 wymian/h , a często zdarza się, że osiąga ona 100 wymian/h. Przy tak dużych krotnościach wymiany powietrza w celu zmniejszenia do minimum przeciągów, które zresztą w tego rodzaju zakładach są prawie nie do uniknięcia, należy przeprowadzić rozdział powietrza bardzo prawidłowo. Stosowanie skupionych nawiewów przez kratki jest rozwiązaniem niewłaściwym.

Wentylacja w pomieszczeniach przemysłowych zajmujących się chemicznym pokryciem powierzchni metalowych

Elektrolityczne pokrywanie powierzchni metalowych dla ich ochrony lub ozdoby jest nazywane galwanizacją. Najczęściej w pomieszczeniach galwanizacji umieszczane są również wanny do odtłuszczania, wytrawiania itp., czasem w tych pomieszczeniach dokonuje się również szlifowania i polerowania. Oddziały galwanizacji wymagają intensywnej wentylacji, gdyż podczas tych procesów wydzielają się: ciepło, wilgoć, gazy, pary, mgły i aerozole.

Galwanizacją odbywa się w wannach. Małe wanny przy ręcznej obsłudze mogą być umieszczane w obudowach, natomiast większe, zwłaszcza przy zmechanizowanym transporcie, są z reguły zaopatrywane w odciągi szczelinowe. W zależności od zestawu chemicznego roztworu, procesy galwanizacji mogą być podzielone na trzy grupy: kwaśne, alkaliczne i cyjanowe. Do procesów kwaśnych należy: cynkowanie, niklowanie, miedziowanie, chromowanie i ołowiowanie. Do procesów alkalicznych zaliczamy: odtłuszczanie, ługowanie, oksydowanie. Do procesów cyjanowych zaliczamy: cynkowanie, miedziowanie, kadmowanie, srebrzenie i inne.

Przy procesach cyjanowych wydziela się cyjanowodór, silnie trująca i niebezpieczna substancja. Procesy cyjanowe przebiegają w ośrodku alkalicznym. Dostanie się kwasu do tego ośrodka wywołuje gwałtowne wydzielanie się cyjanowodoru. W związku z powyższym wanny z tym roztworem są umieszczane w oddzielnych odizolowanych pomieszczeniach. Ponadto kategorycznie jest zabronione przyłączanie tych wanien do wspólnego odciągu z wannami, w których przeprowadza się procesy w roztworach kwasów. Urządzenie odciągu miejscowego od procesów cyjanowych należy wykonywać bardzo starannie, zwłaszcza przewody po stronie tłocznej muszą być bardzo szczelne. Pomieszczenia, w których instaluje się wentylatory, muszą być dodatkowo wentylowane. Czyszczenie wentylatorów i przewodów należy przeprowadzać z wielką ostrożnością. Wanny z roztworem cyjanowym mogą być dołączone do odciągu z wanien z roztworem alkalicznym. Wanny do chromowania można przyłączyć do odciągu miejscowego od wanien z roztworem kwasów lub alkaliów tylko wyjątkowo i to nie w większej ilości niż dwie. Jeżeli w po mieszczeniu jest kilka wanien zaopatrzonych w odciągi szczelinowe, a liczba wanien, przy których nie trzeba stosować odciągów miejscowych jest znaczna, może się okazać, że ilość powietrza nawiewanego nie będzie wystarczająca do pochłonięcia nadmiaru wilgoci. W takich przypadkach należy obliczać ilość powietrza wentylacyjnego ze względu na zyski wilgoci.

Ogólnie biorąc, gdy krotność wymiany powietrza, wynikająca z ilości powietrza usuwanego przez urządzenie odciągu miejscowego, jest mała, należy tę wymianę sztucznie zwiększyć dla zabezpieczenia się przed nadmierną wilgocią i koncentracją zanieczyszczeń. Lepszym rozwiązaniem jest zaopatrywanie wszystkich wanien z roztworami lub wodą gorącą w odciągi szczelinowe. Jeżeli krotność wymiany powietrza w pomieszczeniu jest większa niż 25/h to zazwyczaj ilość powietrza nawiewanego jest wystarczająca dla pochłonięcia nadmiaru wilgoci i rozcieńczenia zanieczyszczeń do dopuszczalnej koncentracji. Zazwyczaj jednak w dużych oddziałach galwanizacji krotność wymiany wynosi 30-50 /h, a czasem więcej. Ponadto należy dbać o to, aby wysokość tego rodzaju pomieszczeń nie była mniejsza niż 5,0 m.

Niezależnie od zaprojektowania odciągów miejscowych w pomieszczeniach galwanizerni należy zaprojektować dodatkową wentylację wywiewną z górnej strefy pomieszczenia; przy czym ilość powietrza wywiewanego z górnej strefy pomieszczenia powinna wynosić co najmniej jednokrotną wymianę na godzinę. Lepszym rozwiązaniem jest każdorazowe sprawdzenie ilości powietrza wentylacyjnego ze względu na rozcieńczenie zanieczyszczeń do dopuszczalnej koncentracji lub ze względu na zyski wilgoci, gdyż w pewnych przypadkach może wystąpić również niebezpieczeństwo powstawania mgły. Wywiew powietrza z górnej strefy pomieszczenia zaleca się wykonywać nad wannami, tj. w najbardziej zanieczyszczonym miejscu. Do wentylowania pomieszczenia galwanizerni, w okresie gdy wanny i wentylacja mechaniczna są nieczynne, zaleca się wentylację samoczynną z zastosowaniem wywietrzników. Zabezpiecza to przed gromadzeniem się pod sufitem wodoru, który stwarza niebezpieczeństwo wybuchu.

Tak jak w oddziałach przygotowania metali, tak również w galwanizerniach należy układać przewody ze spadkiem do miejsc umożliwiających odwodnienie. Materiał użyty na przewody musi być kwasoodporny lub o dpowiednio zabezpieczony przed agresywnym działaniem środowiska. Należy również mieć na uwadze, że w przewodach i wentylatorze mogą powstać osady, w związku z czym należy przewidywać urządzenia umożliwiające okresowe czyszczenie przewodów.

Wentylatory muszą być kwasoodporne, z wirnikiem ciężkiej budowy o niewielkiej liczbie prostych łopatek. Ponadto obudowa wentylatora powinna być zaopatrzona w urządzenie do spuszczania nagromadzonego kondensatu. Przewody wywiewne należy wyprowadzać ponad dach, przy czym wyrzutnia powinna znajdować się o 5-6 m nad kalenicą dachu. Zaleca się stosować wyrzutnię typu pochodniowego. Prędkość wylotu powietrza z wyrzutni powinna wynosić 20—25 m/s.

Rozdział powietrza nawiewanego do pomieszczeń galwanizerni powinien być możliwie jak najbardziej równomierny. Najlepsze rozwiązanie można uzyskać przez zastosowanie ciśnieniowych przewodów perforowanych. Powietrze należy nawiewać do strefy, gdzie najdłużej przebywają ludzie, na wysokości 2,5 - 3,0 m nad podłogą, z dala od wanien. Nawiewanie powietrza za pomocą kratek jest jak najbardziej niewłaściwe.

Urządzenie wentylacji nawiewnej do galwanizerni powinno być zaopatrzone w filtry do oczyszczania powietrza od pyłu.

Rozwiązania odciągu od wanien w przemyśle

Małe wanny stosowane do chemicznego pokrywania metalowych elementów powinny mieć obudowę, jednak ze względu na coraz częstsze stosowanie transportu mechanicznego nie zawsze jest to możliwe. Najczęściej stosowanym typem odciągu miejscowego dla wanien jest odciąg szczelinowy. Ssawka szczelinowa chwytająca zanieczyszczenia może mieć szczelinę ciągłą lub składającą się z kilku oddzielnych szczelin usytuowanych wzdłuż jednej lub dwóch przeciwległych krawędzi wanny. Odciągi szczelinowe boczne na ogół pracują dobrze. Jeżeli powierzchnia źródła zanieczyszczenia ma dużą szerokość, wtedy nawet dwustronne szczeliny nie są w stanie zapewnić należytego działania, gdyż zasięg strumienia jest ograniczony nawet przy dużych prędkościach powietrza w otworze szczeliny. Graniczną szerokością powierzchni źródła zanieczyszczenia dla dwustronnych ssawek szczelinowych, jak to wykazały doświadczenia, jest szerokość 1,6 m. Dla jednostronnej ssawki szczelinowej ta graniczna szerokość wynosi ok. 80 cm.

Dla wanien o szerokości do 50 cm można stosować jednostronne odciągi szczelinowe. Przy większych szerokościach wanien konieczne jest stosowanie dwustronnych odciągów szczelinowych. Przy wannach o szerokości ponad 1,60 m należy stosować po jednej stronie wanny ssawkę odbierającą, a z przeciwnej strony nawiew osłaniający. Otwory nawiewne mogą być wykonane w postaci szczeliny lub w postaci dysz.

Nawiew wentylacji osłaniający jest efektywny tylko w tym przypadku, gdy nad zwierciadłem cieczy nie ma wystających części. Jeżeli warunki eksploatacyjne są tego rodzaju, że przedmioty muszą być często zanurzane i wyjmowane z roztworu, wtedy stosowanie nawiewów osłaniających wanny nie jest wskazane i należy poszukiwać innych rozwiązań. Należy jednak zaznaczyć, że nawet dwustronne odciągi szczelinowe dają małe efekty, jeżeli części wyrobów wystają ponad zwierciadło cieczy. W takich przypadkach zalecane jest dwukrotne zwiększenie ilości powietrza odciąganego w stosunku do ilości obliczonej, natomiast jeżeli górna krawędź szczeliny znajduje się na tej samej wysokości co wystające części wyrobów, wówczas obliczoną ilość powietrza zaleca się zwiększać o 70%.

Przy projektowaniu odciągów szczelinowych, jak również nawiewów osłaniających, niezmiernie ważne jest zapewnienie równomiernego zasysania i nawiewania powietrza na długości wanny. W związku z tym nie należy wykonywać zbyt długich szczelin. Zazwyczaj przestrzega się, aby stosunek wysokości szczeliny do jej długości nie był większy niż 1 :10 lub 1 :15. Z zasady długość szczeliny nie powinna być większa niż 1,0 m.

W celu uzyskania równomiernej prędkości powietrza na całej długości szczeliny odciągu wskazane jest wykonanie przewężenia między szczeliną a przewodem rozprowadź powietrze. Szerokość przewężenia powinna wynosić ok. 0,5 wysokości szczeliny odciągu

Poniżej przytoczono trzy rozwiązania odciągów szczelinowych przy wannach. Podano wskazówki umożliwiające uzyskanie równomiernego zasysania powietrza na całej długości szczeliny.

1) Rozwiązanie odciągu szczelinowego dwustronnego w kształcie litery U. Tego rodzaju rozwiązania są zalecane dla wanien, których długość nie przekracza 1,2 m, przy czym przewód odprowadzający zanieczyszczone powietrze może być skierowany zarówno do góry jak i do dołu.

2) Rozwiązanie odciągu szczelinowego jedno- lub dwustronnego dla wanien dłuższych.

O sprawności działania ssawki decyduje nie prędkość powietrza w szczelinie, lecz ilość powietrza obliczona na podstawie odpowiedniej prędkości porywania. Po ustaleniu ilości powietrza, jaką należy odciągnąć znad powierzchni cieczy, obliczamy wysokość szczeliny, przyjmując prędkość powietrza w szczelinie ok. 10 m/s. Wysokość szczeliny przyjmuje się w granicach 40-l00 mm. Poziom cieczy w wannie powinien znajdować się o 150 mm poniżej górnej krawędzi wanny W wielu procesach chemicznego pokrywania powierzchni metalowych, jak cynkowanie, niklowanie itp., występuje wytrącanie się osadu w ssawkach i przewodach, prowadzące w konsekwencji do ich zarastania. Podczas projektowania należy dużą uwagę zwracać na rozwiązania umożliwiające ich czyszczenie. Wydaje się, że dla umożliwienia okresowego czyszczenia zwłaszcza ssawki szczelinowe powinny być rozbieralne. Minimalna prędkość powietrza w przewodzie odprowadzającym zanieczyszczenia od wanien powinna wynosić ok 10 m/s.

Ogólnie o klimatyzacji

Zmiany okresowe wielkości klimatycznych powodują, że dane urządzenie klimatyzacyjne musi pracować z różną wydajnością i mocą zależnie od przyjętych do obliczeń chwilowych wartości parametrów powietrza zewnętrznego. Dostosowywanie urządzenia klimatyzacyjnego do zmiennych wpływów zewnętrznych jest podyktowane bądź to warunkami komfortu cieplnego, bądź też wymaganiami technologicznymi dla utrzymania wewnątrz pomieszczenia określonych parametrów powietrza.

Wobec tego, że parametry powietrza są zmienne, konieczne jest ustalenie wartości, które byłyby podstawą obliczeń i w ostatecznym rezultacie dawały urządzenie klimatyzacyjne najbardziej ekonomiczne z punktu widzenia kosztów inwestycyjnych, jak i eksploatacyjnych.

Jeżeli od urządzenia klimatyzacyjnego wymaga się zapewnienia wewnątrz pomieszczenia rygorystycznie stałych parametrów powietrza przy najniekorzystniejszych parametrach powietrza na zewnątrz, wówczas podstawą obliczeń muszą być maksymalne wartości klimatyczne dla danej miejscowości niezależnie od czasu ich występowania. Klimatyzacja w tym przypadku będzie kosztowna.

Jeżeli natomiast warunki technologiczne nie są przesadnie rygorystyczne, przyjęto w praktyce dopuszczać pewne odstępstwa od wymaganych parametrów wewnątrz pomieszczenia. Wobec tego z góry jest już wiadomo, że w pewne dni w godzinach szczytu zysków ciepła będą występowały przekroczenia wartości optymalnych w pomieszczeniu.

Zazwyczaj przypadki rygorystycznych wymagań są bardzo rzadkie. Najczęściej obliczenia urządzeń klimatyzacyjnych wykonuje się w oparciu o średnie wartości klimatyczne, przy czym ocenia się, że na tej drodze można realizować optymalne warunki wewnętrzne w 70 - 90% przypadków. Urządzenia klimatyzacyjne na tej podstawie zrealizowane często są przewymiarowane dla dość długich okresów eksploatacji, lecz jest to nie do uniknięcia.

Obliczeniowe parametry powietrza zewnętrznego w lecie dla projektowania urządzeń klimatyzacyjnych podaje norma PN-64/03420. W normie tej obliczeniowe parametry powietrza zewnętrznego dzieli się na trzy grupy. Parametry grupy I, II, względnie III przyjmuje się przy projektowaniu klimatyzacji pomieszczeń, w których parametry powietrza wewnętrznego w lecie mogą być nie dotrzymane wskutek przekroczenia o bliczeniowych wartości parametrów powietrza zewnętrznego odpowiednio w ciągu 0,25%, 0,5%, względnie 1% godzin z ogólnej sumy godzin dla miesięcy: maj, czerwiec, lipiec, sierpień i wrzesień w okresie 10 lat. Dla pomieszczeń klimatyzowanych, w których wymaga się bardziej rygorystycznego zapewnienia stałych parametrów powietrza, znaleźdź można tablicę z dodatkową grupą, w której temperatura obliczeniowa wynosi 32°C.

Bardzo często podczas projektowania klimatyzacji niezbędne są parametry obliczeniowe dla innych okresów dnia i roku. Opracowania obliczeniowe temperatury powietrza zewnętrznego dla miesięcy od kwietnia do września w oparciu o dane P1HM, podano w odpowiednich tabelach.
Przytoczone w tych wartości temperatur są przydatne do obliczeń zysków ciepła przez przegrody od nasłonecznienia. Dla warunków zimowych należy przyjmować dla wszystkich grup zewnętrzną temperaturę obliczeniową jak dla ogrzewania wg normy PN-57/B-02403 i wilgotność względną = 100% z uwagi na to, że wilgotność względna w zimie zawsze jest duża, a w zakresie niskich temperatur zmianom wilgotności względnej odpowiadają minimalne zmiany zawartości wody i entalpii powietrza.

Dla okresu przejściowego przy temperaturze +10°C wilgotność względną powietrza można przyjmować w granicach 70 - 80%.