某掛鍍鎳鉻生產線鉻酸霧收集系統設計

袁世柳

（江蘇湯臣汽車零部件有限公司，江蘇 南通 226500）

某汽車零部件公司主要生產油氣彈簧減震系統，其中活塞桿為核心部件，需要進行電鍍鉻。在電鍍鉻過程中會產生鉻酸霧廢氣，當環境中鉻酸霧達到一定濃度時會燒傷人的黏膜和皮膚，并引起鼻隔膜膿潰[1]。因此，必須設計布局合理、高效的廢氣收集系統，并添加鉻酸霧抑制劑，避免鉻酸霧的無組織排放，確保電鍍作業人員身體健康。本文介紹了該公司掛鍍鎳鉻生產線鉻酸霧廢氣收集系統的設計，以供同行參考。

1 掛鍍鎳鉻生產線的工藝流程

該汽車零部件公司購置的掛鍍鎳鉻生產線按U型排列，行車運行導軌采用高軌結構形式，所有電鍍槽體均架空0.5 m，槽體材質為304不銹鋼或聚丙烯(PP)，滿足耐酸堿要求，主要工藝流程為：上掛→陽極電解除油→二級水洗 + 噴淋→化學除油→二級水洗 + 噴淋→陽極電解除油→熱水洗→二級水洗 + 噴淋→酸活化→二級水洗 + 噴淋→沖擊鎳→二級水洗 + 噴淋→鍍半光鎳→鍍光亮鎳→鎳回收→二級水洗 + 噴淋→轉移→反刻→6道鍍鉻→三級鉻回收→二級高位水洗→下掛→掛具線外退鍍。

2 鉻酸霧廢氣收集系統與凈化系統

鉻酸霧廢氣主要來源于反刻和鍍鉻兩大工序。掛鍍生產線的鉻酸霧廢氣收集系統先采用槽邊排風罩捕集鉻酸霧廢氣，再依次經支管道、主管道進入鉻酸霧凈化系統(包括網格式鉻酸霧回收凈化器、玻璃鋼防腐風機和噴淋塔吸收裝置，如圖1所示)，得到凈化并達標后排放。圖2為凈化系統的現場照片。該掛鍍生產線鉻酸霧廢氣收集系統不考慮頂部吸風效果。

圖1 鉻酸霧廢氣收集系統示意圖 Figure 1 Schematic diagram of chromic acid mist collection system

圖2 凈化系統現場 Figure 2 Site where the purification system located

2.1 排風罩的設計

參考文獻[2]，結合該掛鍍鎳鉻生產線的反刻槽和鍍鉻槽的規格(槽長A= 2 m，槽寬B= 0.78 m)，選用高截面誘導型槽邊排風罩，并且為雙側抽風。

根據文獻[3]的“表1.3.3”，結合鍍液組成、溫度、施鍍電流密度等因素，確定鍍槽液面風速(Lv)為0.5 m/s，由式(1)[3]可算得單槽排風量(QS)為1.125 m3/s。

再由式(2)[3]算得單個排風罩壓力損失(ΔPS)為74.1 Pa。

式中ζS為壓力損失系數(無量綱，取2.34)；vS為條縫口鉻酸霧廢氣風速(取7 m/s)；ρ為空氣密度(1.293 kg/m3)。

該掛鍍生產線包含1個反刻槽和6個鍍鉻槽，則其總排風量(Qt)= 1.125 × 7 = 7.875 (m3/s) ≈ 28 350 (m3/h)，排風罩總壓損為74.1 × 7 × 2 =1 037 (Pa)。

2.2 管道的設計

該掛鍍生產線鉻酸霧廢氣收集系統中的主管道和支管道均使用耐酸性腐蝕的PP圓形管道，與矩形管道相比，具有壓力損失小、易加工制作、風道強度大、耗材少的優點[3]。首先要計算管徑(D)、管道內鉻酸霧廢氣的平均流速(v)、管段阻力(ΔPt)等參數，以便根據系統的總排風量和總阻力來選擇合適的電機與風機[3]。

2.2.1 管徑的選擇

管徑按式(3)[3]計算。

其中Qt= 7.875 m3/s。主管和支管的平均流速分別為14 m/s和9 m/s，則它們的管徑分別為0.84 m和0.40 m。按文獻[2]的“表17-13”對計算出的管徑按統一規格進行圓整：主管直徑取800 mm，壁厚取5.0 mm，則主管風速為15.7 m/s；支管直徑取400 mm，壁厚取4.0 mm，則支管風速為8.96 m/s。

2.2.2 管段阻力計算

管段阻力包含摩擦阻力(即沿程阻力ΔPm)和局部阻力(ΔPL)[3]兩部分。該掛鍍生產線鉻酸霧廢氣收集系統中設計的30°三通管路，阻力相對較小。

分別按式(4)[2]和式(5)[3]計算沿程阻力和局部阻力，結果見表1。

式中，Rm為圓形風管單位長度的摩擦阻力(單位：Pa/m)，可根據各管段的風量從文獻[2]中查得；l為管段的長度(單位：m)；Lζ為管段的局部損失系數，從文獻[2]的“表17-23”中取值；Pv為一定風速下的動壓，依據文獻[2]的“圖17-16”取值。

表1 管段阻力計算結果匯總 Table 1 Summary of pipe resistance calculation results

由表1可知，管段阻力ΔPt= 67 + 35 + 39 + 26 + 32 + 28 + 52 = 279 (Pa)。

2.3 風機的選型

風量和風壓是風機的主要參數。

掛鍍生產線鉻酸霧廢氣收集系統(排風系統)的排風量為28 350 m3/h，取排風系統漏風附加系數為15%，凈化系統的漏風附加系數按10%計，則風機的風量Qf= 28 350 × 1.15 × 1.10 = 35 863 (m3/h)。

掛鍍生產線鉻酸霧廢氣收集系統的阻力為1 037 + 279 = 1 316 (Pa)，取排風系統阻力附加系數為5%，凈化系統阻力取600 Pa；風機全壓負差系數取1.05，則風機的全壓Pf= (1 316 × 1.05 + 600) × 1.05 = 2 081 Pa。

根據風機的風量和全壓，查F4-72型玻璃鋼離心風機參數表，選擇型號為F4-72-10C的風機，其工作參數為：風量34 863～48 797 m3/h，風壓1 877～2 373 Pa，功率37 kW。

3 結語

本文所設計的鉻酸霧廢氣收集系統與凈化系統相結合，驗收檢測到鉻酸霧排放濃度在0.008～0.011 mg/m3范圍內，遠低于GB 21900-2008《電鍍污染物排放標準》對新建企業鉻酸霧排放限值(0.05 mg/m3)的要求。