Промишлени вентилационни системи - специфики на оптималното проектиране

ОВКСтатииСп. Инженеринг ревю - брой 9, 2014

Специфики на оптималното проектиране

B редица индустрии производствените и процесните операции са свързани с отделянето на опасни прахообразни вещества, задимяване, изпарения или газове във въздуха. Свеждането до минимум на риска за персонала от излагане на такива субстанции в работната среда върви паралелно с осигуряването на оптимални параметри на микроклимата.

Това налага проектирането на ефективна вентилационна система, която да улавя и извежда замърсителите от отработения въздух и да пречиства изходящия въздушен поток, за да предотврати замърсяването на атмосферата. На пазара са достъпни множество решения за вентилация, пречистване на въздуха и контрол на замърсяването.

Как точно да бъде конфигурирана системата зависи от баланса между инвестицията, ефективността и оперативните разходи. Оптималното проектиране на решения за индустриална вентилация включва няколко задължителни стъпки, чрез които максимално да се подобри работата на системата в технически, икономически и екологичен аспект.

Специфики на промишлената вентилация
Основните цели на една промишлена вентилационна система са: осигуряване на постоянен поток от пресен външен въздух, поддържане на температурата и влажността в комфортни норми, намаляване на потенциалния риск от пожар или експлозия, премахване или разреждане на въздушнопреносимите замърсители.

Промишлените вентилационни системи обикновено са съставени от: зона за всмукване на замърсен въздух (смукателен чадър или друго смукателно устройство); въздуховоди; пречиствателно съоръжение (филтърни системи, прахоуловители и др.); вентилатори и изпускателна система.

В индустрията обикновено се използват два подхода към вентилацията – разреждане на концентрацията на замърсителите (dilution ventilation) и локалното им улавяне и отвеждане извън помещението (local exhaust ventilation), като ефективността им зависи от правилното проектиране и изпълнението на вентилационната система.

Спецификации за проектиране на промишлени вентилационни системи са зададени в серията стандарти AMCA, разработени от международната асоциация на производители на продукти и решения за промишлена вентилация Air Movement and Control Association. В AMCA Standard 210 например се съдържат спецификации относно производителността на вентилационните системи.

Анализ на изискванията и задаване на спецификации
За да се осигурят възможно най-висока производителност и най-ниски експлоатационни разходи в една промишлена вентилационна система, е необходимо на фаза предварително проектиране да се уточнят спецификите на дизайна, монтажа, експлоатацията и поддръжката.

Обикновено се стартира с определяне и документиране на изискванията на проекта и задаване на спецификации за отделните елементи на системата. Повечето вентилатори и ОВК компоненти за промишлена експлоатация са със специално изпълнение, което обикновено включва устойчивост на влага, корозия, химически агенти, а в много случаи и пожаро- и взривозащита.

Друга важна предварителна стъпка е определянето на вида и количеството на замърсяващите агенти – дали са химически или механично произведени и в каква концентрация са във въздуха при стандартни работни условия.

Тази стъпка е свързана с анализ на оборудването и процесите, при които се използват опасни агенти и/или се отделят вредни отпадни вещества, както и анализ на самите субстанции, за да се оцени степента на риск за персонала и материалните активи, и необходимото изпълнение на вентилаторите и компонентите на вентилационната система. Съществен е и предварителният избор на оптимална за приложението организация на въздухообмена.

Проектиране и оразмеряване
Следващ етап от проектирането на ефективно решение за промишлена вентилация е оразмеряването на вентилаторите и въздуховодите. Изисквания за оразмеряването на вентилаторите са зададени в стандарта БДС EN ISO 13351:2010. Той включва спецификации по отношение на размерите на кръглите и квадратни присъединителни елементи на вентилаторите с общопромишлено назначение, както и предназначенията на различните размери.

Важно е да се определи дали системата ще включва решения за пречистване на въздуха и рекуперация на топлина и на какъв принцип ще бъдат присъединени. Често към вентилаторите се инсталират аксесоари като заглушители, клапани/регулатори, дефлектори и дифузори.

При проектирането и оразмеряването отново трябва да се предвиди как най-ефективно да се присъединят към смукателната и изпускателната инсталация, за да се сведат загубите от тези елементи на системата до минимум. На фаза проектиране е добре предварително да бъде определена и плътността на постъпващия в системата въздух, за да се съобрази с това видът и моделът на вентилаторите.

Плътността на въздуха зависи от редица фактори като температура, надморска височина, влажност, относително тегло, химичен състав и др. Важна стъпка е и определянето на метода за контрол на въздушния поток, който вентилаторът ще използва.

Проектиране на смукателна инсталация
Недобре проектираната смукателна инсталация е често срещан проблем в индустриалните вентилационни системи. Трябва да бъде осигурена правилна конфигурация, смукателна скорост и местоположение, за да се осигури ефективно улавяне на замърсителите. В много случаи се използват класически дизайни на смукателните чадъри, които са тествани и с доказана ефективност за редица стандартни приложения.

Предизвикателство са нестандартните приложения, каквито има все по-често в индустрията. При тях е препоръчително да не се залага на общите принципи, а да се изпробват различни смукателни конфигурации, за да се открие конкретен дизайн с оптимална ефективност.

Оптимално проектиране на въздуховоди
След всмукването на замърсения въздух, той трябва да бъде отведен до пречиствателната система (ако има такава) и до крайната му дестинация извън помещението или сградата. Това изисква система от въздуховоди, проектирани да осъществяват преноса ефективно, безопасно и надеждно. Конфигурирането и оразмеряването на въздуховодите трябва да позволява замърсителите да бъдат отвеждани към следващите елементи на системата с достатъчна скорост, така че да се елиминира застояването им.

Въздуховодът и монтажните елементи е добре да са изработени от достатъчно здрав материал, който да издържа на високи разлики в налягането, на собствената тежест на съоръжението, както и на тежестта на евентуални задържани замърсители. Обикновено проектирането се извършва, като се изчислява теглото на въздуховода, пълен наполовина с най-плътната субстанция, която се транспортира по системата.

Дизайнът трябва да осигурява защита срещу механична ерозия от преминаващите частици и корозия, причинена от химическите агенти. В зависимост от приложението се налагат различни материали като въглеродни стомани, неръждаеми стомани, пластмаси (например PVC), полиетилен и композитни материали като подсилена с фибростъкло пластмаса (FRP).

Почти винаги проектирането на промишлени вентилационни системи изисква и осигуряване на защита от пожар и експлозия. Ето защо във въздуховодите може да се наложи монтаж на спринклерни или други противопожарни системи. Повечето стандартни неметални въздуховодни системи имат изолационни и диелектрични свойства, които могат да произвеждат големи статични електрически заряди.

За да се предотврати искрене, може да се добави метална лента за заземяване от вътрешната страна на тръбата. При въздуховоди, изработени от FRP, често се добавят въглеродни влакна към композитната матрица, за да стане тръбопроводът електропроводим и да може да бъде заземен.

Вентилатори и пречиствателни агрегати
Вентилаторите са сърцевината на всяка вентилационна система. Промишлената им експлоатация изисква избор на подходящия тип, конфигурация, размер и вид на перките. В зависимост от особеностите на работната среда вентилаторите се проектират с искроустойчива конструкция и корпус или други специални опции (взривоустойчивост, химическа устойчивост и пр.).

Материалът за изработка отново трябва да е съобразен със спецификите на преминаващия въздух, както при въздуховодите. При проектиране на вентилационната система се избира оптимална конфигурация от смукателни и изпускателни вентилатори, снабдени със съответните спомагателни елементи.

Задвижването на вентилаторите се изпълнява спрямо изискванията за енергийна ефективност и конкретните особености на приложението. Използват се задвижвания с променлива скорост и контролни системи за максимална производителност и по-ниски експлоатационни разходи. Устройствата за гасене на вибрациите са силно препоръчителни, тъй като значително увеличават жизнения цикъл на вентилаторите.

Засмукваният от смукателните вентилатори въздух се транспортира през въздуховодите до пречиствателните системи. Съществуват различни типове решения за пречистване на въздуха в промишлени вентилационни инсталации, като най-разпространени са текстилните филтри, електростатичните филтри, колонните скрубери, инсинераторите и циклонните системи.

Сравнително нова технология за премахване на летливи органични съединения и миризми са биофилтрите. Те използват каталитичните и микробиологични свойства на обикновената почва за окисляване и разграждане на органични и неорганични замърсители.

Анализ на разходите и план за експлоатация и поддръжка
Важна стъпка от процеса по проектиране на промишлени вентилационни системи е анализът на разходите за целия жизнен цикъл. Цената на един вентилатор е сравнително ниска в сравнение със стойността на годишната извършена работа или на крайния продукт или услуга, предоставяна от дадено съоръжение.

Ето защо всички компоненти от системата трябва да бъдат подбрани така, че да отговорят точно на нуждите на даден процес, като използват възможно най-малко енергия и осигуряват най-висока степен на надеждност. При инвестиране в зелени технологии добър вариант е договаряне на отстъпки за енергийна ефективност с местните комунални дружества.

За оптимална производителност на инсталацията е необходимо да бъдат анализирани и минимизирани всички системни ефекти, които намаляват производителността на вентилаторите. За да се избегнат непланирани прекъсвания и да се увеличат животът и надеждността им, е препоръчително да се състави и документира предварителен план за експлоатация и поддръжка.

ЕКСКЛУЗИВНО

Top