某涂料车间通风系统模拟优化及应用研究

发布时间：2020-09-05 12:58

　　涂料生产使用的原材料多含有为对人体有害成分,其中挥发性溶剂在生产过程会挥发出有毒气体,并在作业环境内扩散,造成严重的职业危害。本文以佛山某企业涂料生产车间为研究对象,检测并评估其生产车间有毒气体浓度及职业危害,并对车间通风状况进行了模拟分析和工程改造,解决了车间内有毒物浓度过高的问题。研究内容如下:(1)对佛山某涂料生产车间进行了现场调研,检测该企业涂料生产工序存在的有毒气体,发现分散车间二甲苯浓度超过职业限值。运用国内外通用的EPA风险评估模型,评估了各涂料车间存在的各种有机毒物风险,结果表明分散车间二甲苯非致癌风险度为5.76,研磨车间二甲苯非致癌风险度为2.35,二甲苯非致癌风险偏高。为解决二甲苯浓度过高问题,对分散和研磨车间通风状况进行了改进分析。(2)针对研磨车间二甲苯浓度过高问题提出了3种通风改进方案:同侧送同侧回、异侧送异侧回和两侧送两侧回。通过模拟分析的方法,使用FLUENT软件分析了不同通风方案的通风效果,结果表明两侧送两侧回的换气效率较高,达52.63%,对降低和控制有毒气体浓度具有良好的效果。对该企业研磨车间进行改造后,对该车间二甲苯时间加权平均浓度进行检测,二甲苯浓度最高不超过16.32mg/m~3,与改造前相比车间内二甲苯浓度降低了66.57%;通过职业危害风险评估得到二甲苯的非致癌风险度为0.79,风险可接受。(3)针对分散车间通风不良问题,提出了局部通风改进措施。根据分散机结构及操作要求,设定了排风的安装位置及尺寸,使用FLUENT软件模拟分析了排风罩不同倾斜角及排风罩连接管不同管径对二甲苯控制效果的影响,模拟结果表明通风罩罩口倾斜角为45°时可更能有效地降低分散机周边二甲苯浓度,且合理的增大通风罩连接管管径可以有效提高有毒气体的控制效果。对该企业分散车间进行局部通风改造后,经试验测定作业人员活动区域二甲苯时间加权平均浓度最高不超过12.35mg/m~3,与改造前相比车间内二甲苯浓度降低了89.56%;通过职业危害风险评估得到二甲苯的非致癌风险度为0.60,风险可接受。本课题研究内容与实际生产密切结合,通过数值模拟方法分析了车间内气流组织流动及有毒气体浓度分布,并针对生产设备进行了局部通风系统优化设计,为同类作业车间通风设计能够提供支持和借鉴作用。
【学位单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TQ639.6
【部分图文】：

四视图,车间,几何模型

d) 主视图图 3-3 车间几何模型四视图3.2 通风方案优化针对该企业研磨车间设备布局，本着改造成本最小的原则，本文提供三种改进案进行数值模拟：同侧送同侧回方案、异侧送异侧回方案、两侧送两侧回方案。通风资料查得，一般工业建筑机械通风室内进口风速控制在 1.5~3.5m/s，由于该间二甲苯浓度较高，故将进风口风速预设为 3.5m/s。且二甲苯的蒸汽密度大于空的，为了达到更好的通风效果，故将较低位置排风口设为压力出口。方案一（同侧送同侧回）：在车间原有排风口同一侧上部设置 4 个进风口，尺径为 0.6m 的圆形，气流速度 3.5m/s。方案一模型如图 3-4 所示，各进、排风口表 3-4 所示，设置位置如表 3-5 所示。

格图,格图,网格

同时对于构型复杂或尺寸比较达到数学模型，一般选择均匀化网格，再对计算要求精度高的区域进行局部加密和网格调整。Gambit 是 CFD 软件的前处理器，用于建立模型、网格划分以及边界条件的设置，其特点是功能强大且灵活方便。网格划分采用结构化网格，结构化网格适用于对于简单又形状规则的几何体，应用结构化网格进行网格划分，网格数生成量小，易于控制，求解速度快，从而使模拟的计算量相对大大地减少。一般情况下，网格越密越好，计算越准确，但由于计算机资源的限制，若网格过于密集，计算的时间就越长，对计算机硬件的要求也就越高。依据车间实际情况和模拟的要求及需要，现将车间内布置、装置以及现场条件进行了一定的简化。由于进、排风口位置处气流速度分布很不规律，流动复杂，因此在不影响整体计算结果的基础上，对进、排风口以及桶面上方泄漏口处进行网格特别加密，以提高计算精度，其他地方则采用比风口处粗一些的网格。整个计算区域划分的节点数（Nodes）为 8459667，网格总数为 6559104，具体网格形式如图 3-7 所示。

同侧,气流,通风效果,死角

c) 方案三图 3-8 流线轨迹图看出异侧送异侧回方案中，设备两侧通风效果从图 3-8(b)可以看出同侧送同侧回在同一侧的对面墙壁，然后折返后再从底部排风口排出，作用大大减小。从图 3-8(c)可以看出两侧送两风效果较好，上方气流产生对流，可以有效地分区域的气流都有较好的流动，死角较少。分析

【参考文献】