通风工程管道毕业设计计算书.doc

通风工程管道设计计算实例

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课程名称
指导教师
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姓 名

目 录
1. 前言 2
2. 通风设计任务 2
2.1 设计时间及地点 2
2.2 设计目的和要求 2
2.3 设计题目和内容 3
2.4 设计成果的编制 3
3. 通风除尘系统设计 4
3.1 风管的选择 4
3.1.1 风管材料的选择 4
3.1.2 风管断面形状的选择 4
3.2 弯头的确定 4
3.3 三通的确定 4
3.4 除尘器的选用 5
3.5 除尘系统管道水力计算 5
3.6通风除尘系统的日常安全管理措施 11
4.计算结果分析 12
5.结束语 12
6.附录 13
6.1管内风速 13
6.2局部阻力系数值 13
7.通风除尘系统图 14
参考文献 14

1前言

随着我国工业的快速发展，工业有害物质的散发量日益增加，环境污染问题越来越严重。工业生产过程伴随着数以亿计的有害物排放，这些有害物如果不进行处理，会严重污染室内外空气环境，对人民身体健康造成极大影响。工业通风作为通风工程的重要部分，其主要任务是，控制生产过程中产生的粉尘、有害气体、高温、高湿，创造良好的生产环境和保护大气。做好工业通风工作，一方面能够改善生产车间及其周围的空气条件，防止职业病的产生、保护人民健康、提高劳动生产率；另一方面可以保证生产正常运行，提高产品质量。随着工业的不断发展，散发的工业有害物的种类和数量日益增加，大气污染已经成为了一个全球性的问题。如何做好工业通风，职业安全健康管理以及环境保护是我们安全工作人员的一项重要职责。通过本周的工业通风与除尘大作业的学习，学会通风管道系统的设计计算，了解通风管道系统包括通风除尘管道、空调管道等，是通风除尘和空气调节系统的重要组成部分，它把通风进风口，空气的热湿及净化处理设备，送排风口，部件和风机连成一个整体，使之有效运转。
通风管道系统设计布置的合理与否，将直接影响到整个通风除尘、空调系统的使用效果和技术经济性能，为此综合考虑通风管道设计中得各个问题尤为重要。相应的，也需要我们有过硬的理论知识以及设计技巧。
此次课程设计为工业通风中的除尘系统设计，主要要将车间产生的大量水泥粉尘通过合理有效的除尘系统来净化空气，提高车间及其周围环境的空气质量。车间中的粉尘浓度达到一定值可能会造成爆炸，严重影响人们的生产生活和社会的安定和谐。因此需采取有效的通风措施在有害物产生地点把它们收集起来，经过净化处理排至室外，使车间内有害物浓度低至国家卫生标准规定的最高允许浓度以下。通过此次设计，使同学们亲自动手进行通风除尘系统的设计及计算，切实体会通风除尘在工业生产中的重大作用，理论联系实践，培养同学们的动手能力以及合作能力。同时，通过此次设计，更深刻体会到工业通风在生产生活中的重要性。

2《工业通风与除尘》课程设计任务书
2.1设计时间及地点
设计时间为本学期第15/16周，地点为十号楼B208。
2.2设计目的和要求
2.2.1设计目的
掌握管道摩擦阻力、局部阻力计算，管道压力分布分析计算，管道尺寸计算的约束条件，设计计算方法，均匀送风管道的计算，设计中的有关问题。
2.2.2设计要求
要求学生认真、细致，熟练掌握通风除尘系统的设计计算方法。
2.3设计题目和内容
2.3.1设计题目
有一通风除尘系统如下图所示，风管全部用钢板制作，管内输送含有轻矿物粉尘的空气，气体温度为常温。各排风点的排风量和各管段的长度如下图所示，该系统采用袋除尘器进行排气净化，除尘器的阻力为△P=1200Pa。请对该系统进行设计计算。

图1 设计作业通风除尘系统图

2.3.2设计内容
（1）计算各管段的管径
（2）计算各管段的阻力
（3）进行管道分支阻力平衡调节
（4）选择风机，并形成管道水力计算表
（5）制定通风除尘系统的日常安全管理措施
2.4设计成果的编制
根据上述所给资料独立进行设计，并按设计内容顺序要求编写设计书，要求用A4纸打印，同时绘制通风除尘系统图，并通过电子邮件（yhyao1989@）提交电子稿。
3通风除尘系统设计

3.0系统划分
除尘系统的划分应符合的要求:
（1）同一生产流程、同时工作的扬尘点相距不远时，宜设为同一系统；
（2）同时工作但粉尘种类不同的扬尘点，当工艺允许不同粉尘混合回收或粉尘无回收价值时，也可和设一个系统；
（3）温湿度不同的含尘其他，当混合后可能导致风管内结露时，应分设系统。

3.1风管的选择
通风、空调工程中，在已知系统和设备布置、通风量的情况下，设计计算的目的就是经济合理的选择风管材料，确定各端风管的断面尺寸和阻力，在保证系统达到要求的风量分配的前提下选择合适的风机型号和电动机功率。
3.1.1风管材料的选择
风管的材料应根据使用要求和就地取材的原则选用。
用作风管的材料有薄钢板、硬聚乙烯塑料板、胶合板、矿渣石膏板、砖及混凝土等。
钢板是最常用的材料，有普通钢板和镀锌钢板两种。他们的优点是易于工业化加工制作、安装方便、能承受较高温度。镀锌钢板具有一定的防腐性能，适用于空气湿度较高或室内潮湿的通风、空调系统，有净化要求的空调系统。除尘系统因关闭磨损大，通常用厚度为3.0～5.0㎜的钢板，一般通风系统采用0.5～1.5mm的薄钢板。
这里选用薄钢板，因为它的优点是易于工业化加工制作、安装方便、能承受较高温度。
3.1.2 风管断面形状的选择
风管断面形状有圆形和矩形两种。两者相比，在相同断面积时圆形风管的阻力小、材料省、强度也大；圆形风管直径较小时比较容易制造，保温亦方便。但是圆形风管管件的放样、制作较矩形风管困难；布置时不易与建筑、结构配合，明装时不易布置得美观。当风管中流速较高，风管直径较小时，通常使用圆形风管。所以此处选用圆形风管。
3.2弯头的确定
布置管道时，应尽量取直线，减少弯头。圆形风管弯头的曲率半径一般应大于（1～2）倍管径。故此处取弯头。由于管道中含尘气流对弯头的冲刷磨损，极易磨穿、漏风，影响正常的集尘效果，因此要对弯头加以耐磨设施。
3.3三通的确定
三通内流速不同的两股气流汇合时的碰撞，以及气流速度改变时形成涡流时造成局部阻力的原因。为减小三通的局部阻力，应避免引射现象，还应注意支管和干管的连接，减小其夹角，所以支管与总管的夹角取；同时，还应尽量使支管和干管内的流速保持相等。通弯头一样，三通管件也应加耐磨设施。
3.4除尘器的选用
除尘器是将粉尘从含尘气流中分离出来的设备，根据其除尘机理的不同,通常将除尘设备分为四大类：机械除尘器、过滤式除尘器、湿式除尘器、电除尘器。选择除尘器时应全面考虑各种因素的影响，如处理风量、除尘效率、阻力、一次投资、维护管理，及除尘器的除尘效率、阻力、经济性、占地面积、劳动条件等。还应特别考虑以下因素：
（1）选用的除尘器必须满足排放标准规定的排空浓度。
（2） 粉尘的性质和粒径分布。粉尘的性质对除尘器的性能具有较大的影响，不同的除尘器对不同粒径的粉尘除尘效率是不同的，所以选择除尘器时首先必须了解处理粉尘的粒径分布和各种除尘器的分级效率。
（3）气体的含尘浓度。气体的含尘浓度较高时，在电除尘器或袋式除尘器前应设置低阻力的初净化设备，去除粗大尘粒，有利于它们更好地发挥作用。
（4）气体的温度和性质，对于高温和高湿的气体不宜采用袋式除尘器。
（5）选择除尘器时，必须同时考虑除尘器除下粉尘的处理问题。
抛光车间粉尘的粒径为0.5～1μm，而袋式除尘器对1.0μm的粉尘，效率高达。所以选用袋式除尘器。它的进口尺寸，风机进口直径,风机出口尺寸。且根据该车间内粉尘的特性，布袋应选用抗静电拒水防油型特殊滤料。由设计题目中知，该系统采用袋式除尘器

各种常用除尘器的综合性能如表1中列出，可作为选择时的参考

表1 除尘器的综合性能
除尘器名称
适用的粒径范围（μm）
效率（％）
阻力（Pa）
设备费
运行费
重力沉降室
＞50
＜50
50～130
少
少
惯性除尘器
20～50
50～70
300～800
少
少
旋风除尘器
5～15
60～90
800～1500
少
中
水浴除尘器
1～10
80～95
600～1200
少
中下
卧式旋风水膜除尘器
≥5
95～98
800～1200
中
中
冲激式除尘器
≥5
95
1000～1600
中
中上
电除尘器
0.5～1
90～98
50～130
大
中上
袋式除尘器
0.5～1
95～99
1000～1500
中上
大
文丘里除尘器
0.5～1
90～98
4000～10000
少
大

3.5除尘系统管道水力计算
⑴ 对各管进行编号，标出管段长度和各排风点的排风量。见附图。
⑵ 选定最不利环路，本系统选择1—3—5—除尘器—6—风机—7为最不利环路。
⑶ 根据各管道的风量及选定的流速，确定最不利环路上各管段的断面尺寸和单位长度摩擦阻力。
根据表2（除尘通风管道内最低空气流速），输送含有耐火泥粉尘的空气时，风管内最小风速为：垂直风管14，水平风管17。
由设计题目中知，该系统采用袋式除尘器。
考虑到袋式除尘器的反吹风量1740及风管漏风率按10%计算，管段6及7计算风量为（800+1500+400）×1.1+1740=8670
管段1
根据（800÷3600=0.22）、V1=17 由书中附录4可查出管径和单位长度摩擦阻力。所选管径应尽量符合附录6的通风管道统一规格。

同理可查得管段3、5、6、7的管径及比摩阻，具体结果见表1
⑷ 确定管段2、4的管径及单位长度摩擦阻力，见表1
⑸ 查附录5，确定各管段的局部阻力系数。
①管段1
摩擦阻力
Pa=583Pa
局部阻力
设备密闭罩
弯头（）1个
合流三通（1—3）见图2
根据

查得
图2 合流三通示意图

管内动压 Pa
=271.2Pa
管段1的阻力 Pa=854.2Pa
② 管段2
摩擦阻力
Pa=583Pa
局部阻力
矩形伞形罩
弯头（）2个
合流三通（2—3）见图2 查得

管内动压 Pa
=352Pa
管段2的阻力 Pa=514Pa
③ 管段3
摩擦阻力
Pa=105Pa
局部阻力
合流三通（3—5）见图3

查得

管内动压 Pa
=97.2Pa
管段2的阻力 Pa=202.2Pa
④管段4
摩擦阻力
Pa=78Pa
局部阻力
设备密闭罩
弯头（）1个
合流三通（4→5）见图3 查得

管内动压 Pa
Pa =97.2Pa
管段4的阻力
Pa=398.76Pa
⑤ 管段5
除尘器进口变径管（渐扩管）
除尘器进口尺寸，变径管长度，

管内动压 Pa
Pa =6.14Pa
管段5的阻力
Pa=33.34Pa
⑥ 管段6
摩擦阻力
Pa=29.6Pa
局部阻力
除尘器出口变径管（渐缩管）
除尘器进口尺寸，变径管长度,

弯头（）2个

管内动压 Pa
Pa =100.4Pa
管段6的阻力
Pa=130Pa
⑦ 管段7
摩擦阻力
Pa=59.2Pa
局部阻力
根据设计经验，初步选择4-68No.5A风机,风机的出口尺寸为
扩散角度按设计定为
带扩散管的伞形风帽（）

管内动压 Pa
Pa =117.1Pa
管段7的阻力 Pa=176.31Pa
表一 管道水力计算表
管段

编号
流量

（m3/h）(m3/s)
长度
l
(m)
管径
D
(mm)
流速
v
(m/s)
动压
P
(Pa)
局部阻力系数
Σξ
局部阻力Z
（Pa）
单位长度摩擦阻力Rm
(Pa/m)
摩擦阻力Rml
(Pa)
摩擦阻力Rml+Z
(Pa)
1
800(0.22)
11
120
20.0
240.0
1.13
271.2
53.0
583.0
854.2
3
2300(0.64)
5
210
18.0
194.4
0.50
97.2
21.0
105.0
202.2
5
6300(1.75)
4
360
16.0
153.6
0.04
6.1
6.8
27.2
33.3
6
8670(2.40)
4
420
16.7
167.3
0.60
100.4
7.4
29.6
130.0
7
8670(2.40)
8
420
16.7
167.3
0.70
117.1
7.4
59.2
176.3
2
1500(0.42)
6
170
18.8
212.1
1.66
352.0
27.0
162.0
514.0
4
4000(1.11)
6
280
18.0
194.4
1.65
320.8
13.0
78.0
398.8
（1）
800(0.22)
11
135
17.0
173.4
1.13
195.9
31.0
341.0
199.2
（4）
4000(1.11)
6
320
14.2
130.0
1.45
175.4
6.5
39.0
214.4

除尘器

1200
⑸ 对各并联管路进行阻力平衡
节点A

为使管段1、2达到阻力平衡，要修改原设计管径，重新计算管段阻力，改变管段1的管径。
根据公式（8-20），

根据通风管道统一规格，取。
m/s
其对应的阻力

此时处于平衡状态。
② 节点B

为使管段2、4达到阻力平衡，改变管段4的管径。
根据公式（8-20），

根据通风管道统一规格，取。
m/s
其对应的阻力

此时处于平衡状态，符合要求。
⑹ 计算系统的总阻力
由于， 故核定为管道1—3—5—除尘器—6—风机—7为主管线。该系统的总阻力

⑼ 选择风机
风机风压
风机风量
选用4-68No.5A风机，其性能为

风机转速：n=2900r/min。
配用型电动机，电动机的功率为
3.6. 通风除尘系统的日常安全管理措施
3.6.1. 平台、梯子及照明
对经常检查维修的地点，应设安全通道。在检查维修处，如有危及安全的运动物体，均需设防护罩。人可能进入而又有坠落危险的开口处，应设有盖板或安全栏杆。
除尘设备的内部应设36V检修照明灯，大、中型除尘器的平台、梯子、储灰仓及输灰装置处应设220V照明灯。照明灯的最低光照密度10lx，适用光源为汞灯或钠灯。
3.6.2 防雷及防静电
此处除尘器在非防雷保护范围区域，设立防雷装置，并且设置设备和金属结构的接地以及管道的接地。
3.6.3 防火防爆
为了防止空气中的可燃物含量达到爆炸极限，遇到电火花、金属碰撞引起的火花或其它货源而爆炸。虽然此处抛光车间里是布轮与金属接触，不会产生电火花，为了以防万一，还是应注意一下。
3.6.4袋式除尘器管理
运行前应检查除尘器各个检查门是否关闭严密，各转动或传动部件是否润滑良好；处理热、湿的含尘气体时，除尘器开车前应先预热滤袋，使其超过露点温度，以免尘粒粘结在滤袋上。一般预热约5～15min。预热期间滤袋和风机需一直运转，而清灰机构不运行。预热完成，则整个系统才可投入正常运行。如系统另外设有热风加热装置，则应先运行；运行时，要始终保持除尘器灰斗下面排灰装置运转。不宜将除尘器的下部决斗作贮灰用；定期检查除尘器压力损失是否符合设计要求，清灰机构运行是否正常；在停车后，清灰机构还需运行几分钟，以清除滤袋上的积尘；经常检查滤袋有无破损、脱落等现象，并立即解决。检查方法可采取：观察粉尘排放浓度，是否冒灰，检查滤袋干净一侧，如发现有局部粉尘有明显粘结，通常表明对面滤袋有破损；检查滤袋出口花板有否积灰等；检查分室反吹的各除尘室，排风及进风阀门动作是否协调正常；注意脉冲阀动作是否正常，压缩空气压力是否符合要求；及时清理及运走除尘器排出的粉尘；除尘系统应在所服务的工艺设备运行前开车，在其停止运行后停车。
4.计算结果分析
通风管道的计算是在系统和设备布置，风管材料、各送排风点的位置和风量均已确定的基础上进行的。起主要目的是，确定各管段的管径和阻力，保证系统内达到要求的风量分配。在确定风管断面尺寸时，应该用附录6所列的通风管道统一规格，以利于工业化加工制作。风管断面尺寸确定后应该按照管内实际流速计算阻力。
为保证各送、排风点达到预期的风量，两并联支路的阻力必须保持平衡。对一般的通风系统，两支管的阻力应不超过15%；除尘系统应不超过10%。
最后确定风机的型号和动力消耗。
5结束语
此课程设计在编写过程中，力求以阐明基本设计思想、基本理论及设计方案为基础，尽量做到理论联系实际，考虑了实际可行性。在管道长度及计算过程中可能存在少许误差。
此次课程设计，通过对某一通风除尘系统设计的分析、画图、计算、总结，使我有效地把理论知识运用到实际当中，从而提高了发现问题与解决问题的能力，同时学会了怎样计算工厂车间通风除尘系统的阻力计算等，对自己毕业所从事的的工作发展有了更深入的认识。我在设计的工程中很好地巩固了已学知识，也学到了许多新知识。许多知识是自己在学习过程当中可以发现并学习的。同时也发现自己专业知识的不足,需要继续努力学习。设计过程中，曾出现过很多次错误，不断地积累经验，反复地计算，印证了“熟能生巧”这句话。更重要的一点是，为我以后毕业论文的设计打下了良好的基础。为避免产生思维定势，本次课程设计未参考往届学生的课程设计模板。
感谢老师能给这次工业通风课程设计的实际锻炼，使我熟练掌握管道摩擦阻力、局部阻力计算，管道压力分布分析计算，管道尺寸计算的约束条件，设计计算方法，均匀送风管道的计算，设计中的有关问题等许多在课堂上学不到的东西，培养了我认真、细致，熟练掌握通风除尘系统设计计算方法的技巧。
在设计过程当中得到了同班同学娄全、赵先科、奂晓亮的大力支持和热情帮助，谨致谢意。此次课程设计中存在的不足之处，恳请老师予以批评指正。
6附录
6.1管内风速（m/s）
一般通风系统风管内的风速要求见表1，除尘通风管道内最低空气流速要求见表2。
表1 一般通风系统风管内的风速（m/s）
风管部位
生产厂房机械通风
民用及辅助建筑物
钢板及塑料风管
砖及混凝土风管
自然通风
机械通风
干管
6～14
4～12
0.5～1.0
5～8
支管
2～8
2～6
0.5～0.7
2～5
表2 除尘通风管道内最低空气流速（m/s）
粉尘性质
垂直管
水平管
粉尘性质
垂直管
水平管
粉状的粘土和砂
11
13
铁和钢（屑）
19
23
耐火泥
14
17
灰土、沙尘
16
18
重矿物粉尘
14
16
锯屑、创屑
12
14
轻矿物粉尘
12
14
大块干木屑
14
15
干型砂
11
13
干微尘
8
10
煤灰
10
12
燃料粉尘
14-16
16-18
湿土（2%以下水分）
15
18
大块湿木屑
18
20
铁和钢（尘末）
13
15
谷物粉尘
10
12
棉絮
8
10
麻、短纤维粉尘、杂质
8
12
水泥粉尘
8-12
18-22

6.2局部阻力系数值（见表4）
表4 局部阻力系数值
部件名称
局部阻力系数值
密闭罩
1.0
外部吸气罩
0.18
60°弯头（R=1.5D）
0.16
90°弯头（R=1.5D）
0.2
直流三通
0.2
支流三通（30°）
0.18
除尘器出口减缩管
0.1
风机出口
0.1
伞形风帽
0.7
注：除尘器入口和风机入口的局部阻力可忽略不计。
7.通风除尘系统图
见附页
参考文献

17