Выбор системы аспирации для деревообрабатывающего производства
Аспирацией называют воздушное удаление мягких древесных отходов (стружки, опилок и пр.) и пыли из зон обработки древесного сырья, заготовок и деталей на технологическом оборудовании и складирование в специально отведенных местах или на участках переработки.
Использование аспирационных систем позволяет экономично и эффективно очищать воздух в рабочих помещениях, что значительно снижает вредное воздействие на органы дыхания, здоровье и самочувствие производственного персонала, а также риск возникновения чрезвычайных ситуаций (взрывов, пожаров и т. п.). Применение систем аспирации на деревообрабатывающих предприятиях значительно упрощает эксплуатацию общеобменной вентиляционной системы.
Конструкции систем аспирации
Аспирационные системы состоят из следующих элементов:
В аспирационных системах, применяемых на деревообрабатывающих производствах, как правило, используются установки двух типов:
На рис. 1 и 2 представлены моноблочная установка (ПУА) небольшой мощности и модульная конструкция на основе вентилятора и фильтровальной станции с бункером (силосом), предназначенные для деревообрабатывающих предприятий.
Как выбрать систему аспирации
По способу создания воздушного потока аспирационные системы подразделяются на напорные и вакуумные, а по типу сепарирующих устройств – на циклонные и использующие фильтрующий материал. В свою очередь, системы с фильтрующим материалом по способу регенерации фильтрующих рукавов разделяются на три типа: вибрационные, с регенерацией сжатым воздухом и с регенерацией продувочным вентилятором-тележкой.
Требования к системам аспирации с каждым годом повышаются. Этому способствует увеличение доли мелкодисперсной пыли в удаляемых отходах, повышение скорости обработки, ужесточение санитарно-гигиенических норм и стремление предприятий снизить расходы на энергию. Установки циклонного типа, несмотря на несложную конструкцию, простоту в работе и низкую стоимость, в Европе давно не используются. Такие системы на базе циклонов потребляют электроэнергии на 30–50% больше, чем современные аспирационные системы, которые еще и предусматривают рекуперацию воздуха – возврат после очистки в цех для снижения затрат на отопление. Циклонные установки удаляют теплый воздух из цеха, поскольку даже после очистки он не соответствует санитарно-гигиеническим нормам по содержанию посторонних примесей, в частности, мелкодисперсной пыли, концентрация которой не должна превышать допустимые 2%.
В современных аспирационных системах применяются фильтрующие нетканые материалы с полиэстером и тканые с атласным полиэстером. При правильном использовании фильтровальные рукава для регенерации воздуха могут служить до 10 лет, поэтому рассмотрим здесь только аспирационное оборудование моноблочной и модульной конструкции на основе фильтров, в том числе промежуточные фильтровальные станции и бункеры-накопители с фильтровальной группой.
При выборе системы аспирации следует руководствоваться только одним правилом: она должна максимально эффективно удалять отходы на обслуживаемом производстве.
Аспирационное оборудование для небольших предприятий
На новых производствах, особенно создаваемых на арендуемых площадях, а также на реконструируемых, с небольшими объемами аспирации (до 15–20 м 3 /ч) вполне достаточно установить прямо в цехе, рядом со станками, одну или несколько фильтровальных установок. Отходы собираются в мешки или небольшие бункеры либо контейнеры, откуда их вручную высыпают в вывозной контейнер и доставляют к месту складирования или отгрузки. Такие установки используются в основном для очистки воздуха от опилок, стружки на предприятиях по обработке натуральной древесины и не рекомендуются для очистки воздуха от мягких отходов при переработке плитных материалов, таких как ДСтП, MDF, HDF и других, а также для удаления шлифовальной пыли при шлифовании древесины и фанеры. В этом случае мягкие отходы сильно засорены клеевыми частицами, абразивом, пылью из отделочных материалов и прочим, поэтому фильтровальная ткань быстро забивается и эффективность аспирационной установки снижается. Подобные отходы плохо удаляются из зоны обработки заготовок, и технологическое оборудование, как и режущий инструмент, быстрее изнашивается, поэтому резко снижается качество продукции и ухудшаются санитарно-гигиенические условия в цехе.
Категорически запрещается использовать фильтровальные установки для удаления лакокрасочной пыли: значительно повышается пожароопасность на производстве, тогда как степень очистки воздуха снижается.
Достоинством фильтровальных установок являются низкая стоимость и возможность поочередного подключения оборудования, поэтому они незаменимы для открывающихся маломощных производств с небольшим оборотным капиталом. Однако при расширении предприятия объем мягких отходов увеличивается и, во избежание снижения производительности и качества продукции, приходится переходить на модульные системы, хотя бы в тех зонах, где блочные системы не справляются с очисткой воздуха.
Аспирационное оборудование для средних и крупных предприятий
На таких предприятиях целесообразно устанавливать промежуточные фильтровальные станции вакуумного или напорного типа, не предусматривающие накопления отходов. С помощью механизированной выгрузки или пневмотранспорта отходы со станции направляются в бункер-накопитель, автомашину, герметичный вывозной контейнер или на топливный склад для обеспечения работы котла-утилизатора. Как правило, на средних и крупных предприятиях, есть собственные котельные, работающие на древесных отходах, и всегда образуются их излишки (до 50%), из которых на специальном оборудовании можно производить топливные брикеты, пеллеты и т. п. В результате повышается экономическая эффективность и пожарная и экологическая безопасность производства, к тому же можно урезать складские площади для древесного топлива.
В Европе на деревообрабатывающих и мебельных производствах чаще других используется централизованная система аспирации. В России некоторые до сих пор считают, что аспирационные системы – это не всегда необходимое вспомогательное оборудование и чем меньше средств на них потрачено, тем больше экономия. Но, как известно, скупой платит дважды. Со временем на любом производстве приходится модернизировать систему аспирации, которая перестает справляться с растущим объемом отходов и проблемами предприятия, поэтому стоит заранее продумать, как сделать систему универсальной, минимизировав затраты на ее реконструкцию. Важно помнить, что аспирация необходима для длительной качественной работы дорогостоящего оборудования, обеспечивающего энергосбережение и пожарную безопасность всего производственного комплекса.
Универсальные модульные аспирационные системы
Многие деревообрабатывающие предприятия сталкиваются с серьезными проблемами по накоплению и хранению отходов для дальнейшего брикетирования, пеллетирования или дополнительного сжигания в котлах-утилизаторах. Сложности, как правило, связаны с нехваткой площадей (в том числе свободных земельных участков) и установленными нормами санитарно-защитных зон.
В Европе сегодня широко распространены силосы, состоящие из фильтровальной группы (с регенерацией импульсной продувкой или вибровстряхиванием) и бункера-накопителя. Это универсальное решение: к силосу можно подключить от одного до четырех вентиляторов в зависимости от их производительности и необходимого для оборудования аспирационного объема воздуха. Если станочный парк на производстве будет расширяться, то новые станки можно подключить к промежуточной фильтровальной станции. От нее отходы по пневмотранспорту будут поступать в силос. Чем больше силос и чем реже он разгружается, тем важнее наличие в нем ворошителя, препятствующего слеживанию мягких отходов или т. н. «куполообразования», который способствует более качественной разгрузке силоса. Для шлифовальных и отделочных участков предусматривают отдельные системы аспирации. Но во всех аспирационных конструкциях необходимы системы искрогашения и пожаротушения – экономить на них нельзя.
С чего начать
Для того чтобы фильтровальное и аспирационное оборудование точно соответствовало параметрам предприятия, необходимо правильно произвести расчет аспирации, а это может сделать только специалист. Фирмы, занимающиеся системами вентиляции и кондиционирования воздуха, готовы спроектировать и запустить систему аспирации, но будет ли она работать. Нужно обязательно посмотреть референс-лист выполненных проектов этой компанией и посетить два-три производства, указанные в нем, чтобы проверить рекламные заверения и убедиться в качестве работы систем на деле. Компании, имеющие частично или полностью локализованное производство систем аспирации в России, вызывают больше доверия.
Для проектирования системы аспирации необходимо иметь техническое задание на проектирование, технологическую схему производства (цеха) с его размерами, генплан производства с деталировкой всех объектов и составить перечень технологического оборудования с детальной расшифровкой всех приемников* и указанием диаметра патрубков системы аспирации на каждом станке, рекомендуемой производителем оборудования скорости воздуха на каждом патрубке (для 80–90% машин достаточно 25–30 м/с), режима работы станков (соотношение работы и простоя в течение смены, количество рабочих смен в сутки). От количества смен зависит выбор способа регенерации фильтровальных рукавов, то есть очистки фильтров: вибрационный, продувными вентиляторами или сжатым воздухом. Таким образом, при выборе системы аспирации и выборе системы регенерации фильтровальных рукавов, необходимо учитывать особенности работы предприятия.
Очень важен тип и примерный состав удаляемых мягких древесных отходов, расчетное (максимальное) количество отходов с каждого станка. Желательно примерно определить место установки аспирационной системы. В техническом задании на проектирование нужно указать способ утилизации отходов (сжигание, брикетирование и т. п.), а также планируемый тип склада отходов (открытый или силос).
Несколько слов о воздуховодах. Для аспирации оптимальны прямошовные воздуховоды из оцинкованной стали толщиной 0,5–2,0 мм с дополнительными ребрами жесткости (особенно при диаметре более 400 мм) и гибкие армированные воздуховоды на основе ПВХ для подвода к подвижным частям оборудования, которые, в частности, должны быть предельно малыми по длине и соотвествовать диаметру патрубков на каждом приемнике, чтобы минимизировать снижение давления и скорость потока воздуха в системе аспирации.
Каждый проект уникален, и в ряде случаев за счет профессионально подобранной системы аспирации и ее правильной комплектации экономия только на электроэнергии может составить до 60% по сравнению с другими вариантами. При трехсменной работе в зависимости от мощности производства это десятки и сотни тысяч рублей в год.
Оценка качества аспирации
Качество работы аспирационных систем оценивается прежде всего по составу воздуха в производственных помещениях. Высокое содержание древесной пыли свидетельствует о том, что система спроектирована неправильно и не справляется с очисткой. На качество работы системы аспирации влияет состояние работы систем технологического оборудования и воздуховодов, нарушение герметичности всех участков системы из-за неправильной эксплуатации, применение в неоправданных количествах и чрезмерно длинных гофрированных гибких воздуховодов, образование пробок или заторов в воздуховодах и каналах из-за неправильных расчетов, изготовления оборудования, воздуховодов или некачественного монтажа. Контролировать качество работы системы аспирации необходимо постоянно. На производстве должен быть составлен график профилактических и сервисных мероприятий, поддерживающих работоспособность аспирационной системы, и обеспечена своевременная замена расходных материалов и вышедших из строя деталей и механизмов.
Текст:
Дмитрий Панюшкин
Владимир Падерин
Системы аспирации на деревообрабатывающих предприятиях
Основные ошибки при проектировании и монтаже
Проектирование и монтаж аспирационных систем – специфическая и довольно сложная и задача, при решении которой неточные расчеты и ошибки в подборе и установке оборудования нежелательны и чреваты. Поэтому заниматься разработкой проекта и монтажом аспирационного оборудования должны профессионалы с большим опытом.
Особенно важен профессионализм при проектировании стационарных (модульных) аспирационных систем на крупных предприятиях с большими производственными площадями. Только такой поход обеспечит качественную и эффективную аспирацию.
Для многих деревообрабатывающих предприятий в России большой проблемой является качественная очистка промышленных выбросов от пыли и вредных примесей, а также соблюдение современных экологических норм и норм безопасности производства, которые постоянно ужесточаются. Чаще всего это связано с использованием устаревших систем аспирации (смонтированных еще по советским нормативным документам) и систем на основе циклонов, с различными некорректными реконструкциями производств и даже с установкой более совершенного и уникального технологического оборудования вместо устаревшего – если она сделана неправильно. Это негативно сказывается на работе системы в целом и порой приводит к необходимости ее реконструкции или замены. Попытки частичной реконструкции в таких ситуациях, как правило, не дают нужного эффекта.
Лучшей защитой производства от подобных проблем является монтаж аспирационных систем с высококачественными воздушными фильтрами. Современная промышленная аспирация позволяет не только уменьшить вредные выбросы до установленных норм с минимальными изменениями производственного цикла, но и избежать штрафных санкций. На каждом предприятии создается уникальная система аспирации, проект которой должен разрабатываться индивидуально.
Потери воздуха в системе аспирации
Одним из первых шагов при экспертизе неудовлетворительно работающей системы аспирации становится оценка потерь воздуха (этому фактору часто не уделяют должного внимания). Реальные потери воздуха сравниваются с заложенными в проекте; при отсутствии проектных значений экспертная оценка проводится на основе рекомендуемых значений, а также проверяется скорость воздушного потока. Очень часто проектировщики не учитывают потери воздуха и поэтому подбирают вентиляторы без необходимого запаса мощности.
Если система к тому же некачественно смонтирована, сочетание этих двух факторов сводит эффективность работы аспирации к минимуму. Весьма значительный объем воздуха теряется из-за неплотностей и дефектов аспирационной сети, особенно если она смонтирована несколько десятков лет назад. В советское время на предприятиях потери воздуха нормировались на уровне 15%. Однако данные многочисленных экспертиз показывают, что в воздуховодах они достигают 30%, а иногда и больше. При подборе вентиляторов это следует учитывать как в случае реконструкции действующей системы аспирации, так и при проектировании новой.
Проектирование
Прежде чем начинать проектирование системы аспирации, необходимо провести полную техническую экспертизу предприятия, для которого она предназначена. Проверка позволит выявить недостатки существующей аспирационной сети, а затем создать предпроект (проект) и устранить их до реконструкции или начала монтажа новой системы.
Системы аспирации на основе небольших мобильных установок (моноблоков или ПУА) обычно не проектируются; производственники подбирают эти установки, исходя из необходимых объемов выброса воздуха и требуемых конструктивных особенностей (например, с бункерами или съемными мешками). Аспирационные моноблоки можно приобрести в готовом виде, установить в той или иной производственной зоне рядом с технологическим оборудованием и подключить к инженерным сетям. Такие системы хороши для малых производств, однако не годятся для средних и крупных предприятий, поскольку на них из-за серьезных объемов отходов приходится часто останавливать технологическое оборудование для разгрузки ПУА, что снижает производительность производства и качество очистки воздуха в цехах.
Рис. 1. Примеры некорректного подсоединения оборудования к системе аспирации
Рассмотрим проектирование модульных аспирационных систем.
Правильное проектирование модульной системы является залогом ее эффективной работы. Перед разработкой проекта нужно оценить техническое состояние производственного помещения, в котором будет организована аспирация, проверить работоспособность действующей или проектируемой приточно-вытяжной вентиляции.
Системы аспирации и приточно-вытяжной вентиляции должны работать синхронно и дополнять друг друга. Так, при недостаточном объеме воздуха, поступающего из приточной вентиляции, аспирационная система не будет функционировать корректно.
Если правильно подобрать компоненты системы, можно существенно снизить затраты, как начальные, так и эксплуатационные.
Стационарная система аспирации состоит из модулей и элементов, конфигурация которых подбирается для каждого предприятия индивидуально, с тем, чтобы обеспечить максимальную эффективность работы.
Аспирация участков деревообрабатывающего производства (в частности, первичной механической обработки, шлифовальных, отделочных цехов) должна быть раздельной ввиду различий в составе отходов и правилах их утилизации, а также разных требований пожарной безопасности.
При корректном проектировании системы аспирации необходимы: выбор вентилятора, подходящего для обеспечения требуемых проектных параметров по воздуху, применение стальных трубопроводов, сведение к минимуму (из-за значительных потерь в них скорости и давления воздушного потока) длины применяемых мягких гофрированных труб (рукавов), а также грамотные расчеты по распределению приточного воздуха и т. п.
Если система аспирации рассчитана правильно, общая нагрузка на нее снижается, не требуется частая прочистка фильтров, увеличивается срок службы вентиляторов и трубопроводов.
Проектирование аспирационной системы требует индивидуального подхода, тогда как при разработке проекта на основе стандартных условий можно получить низкопроизводительную и затратную в обслуживании систему аспирации.
Для непрофессионально спроектированной аспирационной системы характерен быстрый износ воздуховодов и высокое потребление электроэнергии, что негативно сказывается на экономической эффективности предприятия в целом.
Некоторые руководители предприятий при выборе системы аспирации идут по пути наименьшего сопротивления и отталкиваются от параметров установки циклонного типа, сообщая проектировщикам или поставщику оборудования условия ее функционирования: расход воздуха и характер загрязнений. И в результате получают устройство, производительность которого подобрана по таблицам, без учета прочих параметров. Опытные проектировщики утверждают, что такой подход обычно приводит к повышенным расходам и снижению эффективности работы оборудования.
Объем воздуха, который будет проходить через аспирационную систему, является главным показателем ее работы. Чем он больше, тем дороже аспирационное оборудование и его эксплуатация. При правильном подборе элементов системы аспирации можно сократить все затраты (проектные и эксплуатационные). И эту задачу тоже помогает решить предварительное проектирование (предпроект).
Сэкономить на обустройстве аспирации можно путем модернизации существующей системы – установкой дополнительного оборудования (фильтров, пылевого вентилятора, накопителя для отходов). Однако в этом случае потребуется помощь опытных проектировщиков, которые детально изучат нюансы действующей инженерной сети и подберут оптимальное оборудование.
Основные элементы аспирационной системы
Системы аспирации подразделяются на рециркуляционные и прямоточные. Рециркуляционные аспирационные системы полностью или частично возвращают воздух после очистки в производственное помещение. Прямоточные системы аспирации захватывают загрязненный воздух в цехе, очищают в пылеулавливающих системах (фильтрах), а затем выпускают в атмосферу.
При разработке проекта аспирационной модульной системы следует исходить из характеристик промышленного помещения, нюансов производственного процесса на участке и состава очищаемого воздуха. Независимо от типа системы при проектировании учитывается необходимая мощность вентиляторов и объемов воздуха и составляется плоскостная схема, в которой указывается спецификация и экологические характеристики технологического оборудования и воздуховодов. Если проект подготовлен профессионально, то аспирационное оборудование не только очистит цех от мягких отходов (стружки, опилок и пыли), но и возвратит теплый очищенный воздух в помещение, что позволит существенно снизить затраты на отопление.
Рис. 2. Примеры качественного проектирования и монтажа аспирационной системы
Основные элементы аспирационной системы – это пылевой вентилятор, пылеуловитель и накопитель для отходов.
Пылевой вентилятор является важнейшим элементом системы. Если он не обеспечивает нагнетания необходимого объема воздуха и высокого давления, очистка будет неэффективной. Вентилятор выбирается по расчетным данным (объему и давлению воздуха) проекта, с учетом предполагаемых потерь в системе. В большинстве моделей он работает при температуре от –40 до +40°С.
Для аспирации чаще всего используют радиальные пылевые вентиляторы высокого и среднего давления производительностью до 25 м 3 /ч (полное давление до 4000 Па), например, типа ВЦП 7-40 или аналогичные импортные. Предпочтение отдают вентиляторам с системами автоматического регулирования по расходу и давлению воздуха.
В качестве пылеуловителя используются циклоны разной конструкции, в которых за счет центробежной силы крупные частицы загрязнений оседают на стенках корпуса, и таким образом происходит первичная грубая очистка воздуха. А для очистки от мельчайших загрязнений устанавливаются фильтрующие элементы рукавного типа разной конструкции.
Проблема всех циклонов – выброс в атмосферу более 2% мелкодисперсных отходов от общего объема мягких отходов. У рукавных фильтров такой проблемы нет. Наиболее производительные фильтровальные установки состоят из нескольких типов фильтров первичной и последующей тонкой очистки и улавливают и отделяют до 99% частиц больше 1 мкм.
Накопители для отходов различаются по конструкции и конфигурации. Это могут быть бункеры с различными системами разгрузки, силосы от 100 до 1000 м 3 с автоматической выгрузкой. Склады открытого хранения используются редко, ввиду негативного влияния на окружающую среду и проблем с погрузкой/ выгрузкой в любой транспорт.
Системы модульной аспирации отличают следующие преимущества:
Специфика и проблемы монтажа
В системах аспирации транспортируются большие объемы загрязненного воздуха, часто с абразивными свойствами, поэтому воздуховоды должны быть изготовлены из высокопрочных и износостойких материалов. Традиционно используются воздуховодные элементы из стали (оцинкованной или черной) толщиной от 0,8 до 3,0 мм – в зависимости от диаметра труб и свойств, препятствующих их «схлопыванию», особенно при диаметре более 400 мм. Результат применения труб из тонкой стали, не предназначенных для аспирации, показан на рис. 3.
Рис. 3. Схлопывание труб аспирации
При подвешивании труб в цехах расстояние между точками крепления выбирается в соответствии с диаметром труб: до 400 мм – 3 м, от 400 мм – 4 м и больше. Соблюдение указанных норм увеличивает прочность конструкции и исключает риск обрушения воздуховодов при эксплуатации.
Аспирационные воздушные каналы приходится довольно часто разбирать и прочищать от скопления грязи и пыли. Кроме того, они чаще, чем обычные воздуховоды вентиляции, требуют замены. Ввиду этого для соединения элементов аспирационной системы рекомендуется применять легкосъемные фитинги. Также целесообразно оборудовать трубы специальными лючками для контроля и прочистки в случае затора.
Для возможности регулировки аспирационную систему следует оборудовать системой шиберов, характеризующихся минимальным сопротивлением потоку воздушных масс и при этом препятствующих скоплению загрязнений. Предпочтительны автоматически регулируемые шиберы, позволяющие снизить потери давления в системе при выключении некоторых станков и снять проблемы, связанные с человеческим фактором.
Если технологический процесс предполагает образование липких загрязнений, например, в окрасочных цехах, система изначально проектируется в расчете на максимальную скорость перемещения воздушных потоков по трубам: 30 м/с и выше.
При монтаже аспирационных систем недопустимы бытовые и промышленные вентиляторы (не пылевые). Для качественной аспирации нужны износостойкие агрегаты (особенно крыльчатки), рассчитанные на максимальные эксплуатационные нагрузки и бесперебойную работу.
Мощность вентиляторов тоже имеет большое значение – аспирационной система может оказаться малоэффективной, возможны существенные потери воздуха. Важен правильный выбор конфигурации засасывающего воздушные массы устройства – приемника станка или, например, зонта. При этом учитываются все особенности производственного процесса и характеристики удаляемых мягких отходов.
Фильтры подбираются в соответствии с характером загрязнений. Для удаления тяжелых и грубых пылевых частиц применяются пылевые мешки или циклоны. Более тщательное очищение воздушных масс обеспечивают фильтры рукавного типа, оснащенные разными системами очистки и рекуперации.
Типичные проблемы аспирации
После монтажа и запуска аспирационной системы рекомендуется время от времени отбирать пробы воздуха для определения качества очистки, содержания взвесей и примесей. Нередко система функционирует на полную мощность, а качество аспирации низкое, концентрация вредных веществ в воздухе остается высокой.
Причин возникновения такой проблемы может быть несколько, в том числе следующие:
Быстрое накапливание больших объемов мягких отходов во внутреннем пространстве системы аспирации может указывать на ошибку при проектировании системы, а именно: неправильный расчет скорости перемещения воздушных потоков по воздуховодам. Другая причина – недостатки конструкции системы: большое количество поворотов, в том числе поворотов неправильно выбранного радиуса (меньше 3D), которые снижают скорость воздушного потока, ответвлений, участков с малым углом наклона, недостаточное количество лючков для прочистки системы.
Ошибки проектирования и монтажа системы могут привести и к существенным потерям воздуха, из-за которых аспирация оказывается низкоэффективной. Потери также отмечаются при сбое в работе фильтрующих элементов, их полном износе или выходе из строя. Возможные потери воздуха по указанным причинам должны закладываться в расчет аспирации при проектировании системы.
Если объем воздуха достаточный, но производительность аспирации низкая, стоит проверить работу приемников технологического оборудования, а также, возможно, пересмотреть проектное расположение вентилятора или всасывающих элементов системы (зонтов, камер и др.).
Схема установки устройств всасывания должна обеспечивать максимальный объем забора загрязненных воздушных масс во избежание их распространения по цеху. Кроме того, всасывающие элементы не должны мешать трудовой деятельности и препятствовать свободному перемещению внутризаводского транспорта и персонала по рабочему пространству. Аспирация не будет работать должным образом без притока в помещение определенного объема свежего и чистого воздуха.
Для правильной организации воздухообмена необходима высокоэффективная система приточной вентиляции, предпочтительно с рекуператором. В помещениях, где постоянно поддерживается высокая температура, например, на участках сушки пиломатериалов и обработки ЛКМ, рекуперация не требуется.
Текст:
Дмитрий Панюшкин
Владимир Падерин