淺談硫化車間內的氣流組織

徐偉春(昊華工程有限公司,北京 100143)

淺談硫化車間內的氣流組織

徐偉春(昊華工程有限公司,北京 100143)

眾所周知，輪胎廠中的硫化工段為散熱量極大的車間，一般來說該工段的熱負荷約為50~60 W/m3之間，根據國家衛生規范，該工段內工作區溫度允許高于當地通風溫度5℃。同時，由于硫化機運行時產生大量的熱，在硫化機開模瞬間也會產生大量的熱煙氣，因此，組織好氣流是很關鍵的，本文對硫化車間內的散熱源及氣流組織進行了較為系統的分析，在原有傳統的通風方案基礎之上，取其精華，提出相對較為合理且節能的新的通風方案。

輻射;對流;節能;清濁分開

傳統硫化車間的通風方案有以下缺點：

（1）通風量巨大，輸配能量過高，經計算，如果采用傳統設計方案，同時屋頂設置排風機，每組硫化機群大概需要100萬m3/h左右的排風量，這樣即使選用5萬m3/h左右的風機，也要20臺左右，同時還要設置30臺左右屋頂送風機進行補風，初投資很大，同時運行費用也相對很高。

（2）風機臺數過多、風量過大不僅會導致運行費用增高，而且運行噪音過大，嚴重時甚至會影響操作工人的正常工作。

（3）硫化機群上空大圍罩內的熱煙氣氣流組織不理想，容易受到橫向氣流的影響而導致熱煙氣溢出，最終影響到人員操作區的空氣品質。

本文針對以上傳統通風方案的缺點，作出了一點改良，現將本方案的計算及內容詳述如下：

1 氣象資料

氣象資料如表1所示。

2 硫化車間內散熱量算法一

2.1 硫化機的散熱量[1][2][5]

雙模硫化機是硫化工段的主要發出熱量、產生煙氣的設備。

(1) 雙模硫化機的控制尺寸確定

雙模硫化機有2個帶保溫的圓柱形鋼體散熱，其他是機架和輻射引起的散熱。每個鋼的尺寸：Φ1200，高800 mm，熱氣流由下向上。當量尺寸為：

表1 河南省焦作市當地氣象資料

(2) 雙模硫化機保溫層外表面溫度

雙模硫化機保溫層外一般為鍍鋅鋼板的殼體，保溫差的約為70℃，保溫好的約為40℃，現取值為50℃。

(3) 硫化工作區的溫度

夏季時一般要求硫化工作區的溫度35℃。(4) 硫化工作區的計算溫度：

(5) 確定此溫度下空氣的各種物理參數

(6) 格拉曉夫準則

經查《傳熱學》一書中的表6-5（C、n值表）得：C=0.135 n=1/3

(8) 努謝爾特準則

(9) 根據準則計算表面換熱系數

(10)計算硫化機外殼表面的散熱量

a.1個模的外殼表面積

則一臺硫化機的散熱面積：2×5.26=10.52 m2

b.散熱量(11) 計算上升熱氣流的速度

所以： V=0.134 4 m/s

(12)每臺硫化機上升的熱氣流量

2.2 出硫化機的輪胎散熱量[1][2][3][4][5]

(1)每條出硫化機的輪胎尺寸

輪胎圓環形：外Φ910，內Φ650，高300，所以當量尺寸為：

共2塊：=0.19×2=0.38 m

(2)每條出硫化機的輪胎表面溫度及存留時間

一般為160~120℃，現取值為140℃。

每條胎在硫化車間內的時間：

皮帶速度20 m/min；最遠的硫化機到硫化工段出口的長度：約55 m；最近的硫化機到硫化工段出口的長度：約5 m；

現取值： 30 m；因為每條胎需放置一段時間后再進入皮帶，所以，估算每條胎在車間內的存留時間10 min。

a.夏季硫化工段工作區的溫度：t=35℃。

b.確定當量溫度：tm=(140+35)/2=87.5℃

c.查表得出該溫度下的各項物理參數：

d.格拉曉夫準則

經查《傳熱學》一書中的表6-5（C、n值表）

得：C=0.135 n=1/3

努謝爾特準則：

f.根據準則計算表面換熱系數

g.計算每組胎外表面的散熱量

每條胎外表面積:

每條胎散熱量:

年產為1 300萬條、共228臺硫化機，所以每臺硫化機每小時產5.7個輪胎。

即：每臺硫化機每小時有5.7個輪胎在硫化車間內。

亦即：每組（每臺硫化機每小時）由于產輪胎而散的熱為：

h.計算輪胎上升熱氣流的速度：

所以： V=0.566 m/s

i.每組胎上升的熱氣流量：

每條胎斷面面積：

每條胎上升的熱氣流量：

每組輪胎每小時的熱氣流量：

2.3 每臺硫化機每小時的散熱量[5]

Q硫化機= Q殼體+Q每組輪胎

2.4 每臺硫化機每小時的熱氣流量[5]

L硫化機= L殼體+L每組=1 094+7 433 =8 527 m3/h

3 硫化車間內散熱量算法二

每臺硫化機最大散熱量：【1】

按工藝提供每臺硫化機平均蒸汽量70 kg/h，按全部轉化為熱量估算：

Q硫化機＝70×500≈35 000 kcal/h

4 氣流組織分析

（1）按照算法二設計熱負荷，按照每半條硫化機群考慮，則有：半條硫化地溝內共19臺硫化機，共需除熱： Q硫化機群＝35 000×19≈315 000 kcal/h，

（2）每立方米熱量計算[2]

根據國家衛生規范，此處的環境溫度可以按照溫升7℃考慮。因此此區域內所需通風量：

（3）按照算法一計算的熱流量分析[3][4]

（4）通過以上分析及計算，如果將罩內的環境按照封閉的環境來設計計算，那么理論上只需提供162 013 m3/h的風量即可[3][4]。

5 人員操作通道處通風量估算

5.1 人員操作通道處總的得熱量[2][5]

（1）屋面的傳熱量

Q屋面約為24 060 kcal/h

（2）外墻傳熱量

Q屋面約為3 000 kcal/h

（3）大圍罩鋼板處的傳熱量：

鋼板的傳熱系數：

鋼板的傳熱量：

（4）大圍罩軟簾處的傳熱量

軟簾的傳熱系數：

鋼板的傳熱量：

（5）硫化機本身的輻射熱

a.開模時的輻射放熱量

b.殼體的輻射放熱量

c.每臺硫化機總的輻射放熱量

d.假設輻射熱中有50%會傳到通道內，則散熱量約為：

e.共19臺硫化機，則總的輻射熱:

Q總輻射＝1 241×19＝23 579 kcal/h

f.總的得熱量

5.2 每立方米熱量計算[2]

根據國家衛生規范，此處的環境溫度可以按照溫升3℃考慮。

5.3 罩外風量估算[2]

如本區域按照溫升3℃考慮，則需要風量：

6 結論

綜上所述，如果將硫化車間內的硫化地溝及機群完全罩在一個封閉的空間內，那么所需的通風量則會大大下降，因此我們可以設計這樣一個通風方案：在每組硫化機群的上空四周懸吊輕型壓型鋼板且圍成一圈，從屋面內側起懸吊至離地6.0 m處，下部用軟簾懸吊至地面處，硫化機操作區處可以開口，尺寸約為3.5 m×3.5 m，在硫化機群四周形成一個封閉空間，這樣能很好的將熱煙氣控制在封閉空間內。封閉空間斷面尺寸約100.5 m×12 m，借用屋頂的內側鋼板為封閉空間頂，空間內屋頂上設置了喉口為4.5 m、長度為24 m、帶調節閥的流線型的3組屋頂通風器，作為此封閉空間排風用，同時在這個封閉空間內的側壁處，設置若干臺屋頂送風機，將屋頂處的室外空氣通過風管引至離地面3.5 m處，并在3.5 m處設置橫向送風管，在風管上設置噴口，即：在封閉空間的硬質隔板下邊緣側形成一個空氣幕，這樣，封閉空間內的送風系統既通風換氣，同時又起到了隔斷封閉空間與車間內通道的作用。同時由硫化機產生熱煙氣完全被收集在封閉空間內，使工段內的空氣清濁完全分開，罩內是污染的硫化熱煙氣，但被屋頂風機通過屋頂通風器完全帶走。而罩外是工人操作區，同時也是空氣相當清潔的送風區域，方案剖面見圖1。

系統具體運行時，封閉空間內的屋頂風機、屋頂通風器以及通道操作區處的送風機組一年四季均開啟，冬季時，送風機組開啟加熱段；夏季時，送風機組開啟噴淋段，理論上還能將室外的空氣降低4~5℃；過渡季時送風機組的加熱段及噴淋段均可停開，只將室外風送進車間操作區處即可。

圖1 硫化車間通風系統方案剖面圖

每組硫化機群我們選用10臺屋頂送風機，具體型號：DWT-I型 34 500 m3/h×202 Pa×76 dB×3 kW×250 kg，選用2臺60 000 m3/h帶加熱段和噴淋段的送風機組。

在這種方案中，我們可以看到，屋頂風機的臺數比我們傳統做法少了一半之多，換氣次數僅為18次/h左右，同時操作區的空氣品質也明顯的得到了提高，硫化機群內的封閉空間即使是在人員操作處有開口（約3.5 m×3.5 m），但由于操作區為正壓送風區，因此機群內的熱煙氣不會溢到操作區內，在節能約50%的情況下，使操作區與硫化區實現了真正意義上的清濁分開。

[1] 涂毓賢，林寶善.朱馨鏞橡膠工業手冊.化學工業出版社，2003.

[3] 孫一堅簡明通風設計手冊.中國建筑工業出版社，2005.

[4] 孫一堅主編.工業通風. 中國建筑工業出版社，2010.

[5] 章熙民.傳熱學.中國建筑工業出版社，2014.

Analysis of airfl ow organization in curing workshop

Analysis of airfl ow organization in curing workshop

Xu Weichun
(Haohua Engineering Co., LTD., Beijing 100143)

It is well known that, the curing section of tire plant has a great amount of heat dissipation. In general, the heat load of the section is about 50 ~ 60 W/m3, and the temperature of working area in this section is allowed 5 ℃ higher than the local ventilation temperature according to national health standards. Meanwhile, a lot of heat is generated during the operation of the curing press, and a large number of hot fl ue gas is generated at mold opening moment, therefore, good airfl ow organization is quite critical. This paper systematically analyzes the heat source and airfl ow organization in the curing workshop, takes essence of traditional ventilation scheme, and puts forward a relatively reasonable and energy-saving new ventilation scheme.

radiation; convection; energy saving; fresh and dirty separation.

TU834.31

：1009-797X(2016)15-0069-05

BDOI:10.13520/j.cnki.rpte.2016.15.016

(R-01)

徐偉春(1975-)，男，畢業于哈爾濱工業大學，高級工程師，項目經理。

通訊郵箱：tthaiou@126.com

2016-06-03