Успешный опыт внедрения PUSH-PULL® систем

Д.Ю. Королицкий
Главный инженер ООО "СовПлим-Сибирь"

Техническое обоснование

На начало второго тысячелетия пришелся бум развития систем местной вытяжной вентиляции, многообразие типов которых превысило двухзначное число. Но при этом руководители промышленных предприятий, специализировавшихся на сварочно-сборочных производственных процессах, столкнулись с массовым саботажем работников, игнорирующих использование местных отсосов при производстве сварочных работ, особенно при изготовлении крупногабаритных и пространственно-протяженных изделий. Появилась насущная потребность в создании зональных, централизованных систем вентиляции, эффективно функционирующих на сварочных производствах и не зависящих от поведения рабочего персонала.

Средствами классической общеобменной вентиляции в условиях интенсивных сварочных процессов и протяженных производственных корпусов обеспечение ПДК воздуха рабочих зон становилось существенно энергозатратным и экономически нецелесообразным способом достижения поставленной задачи, а в некоторых случаях и невозможным. Наш практический опыт показал, что и одними системами местной вытяжной вентиляции, при наличии большого количества нестационарных сварочных постов, обеспечить концентрацию вредностей в воздухе рабочей зоны ниже ПДК тоже невозможно.

С подобной задачей мы столкнулись в 2004-2005 годах на Красноярском электровагоноремонтном заводе (КЭВРЗ), где была впервые разработана и внедрена комбинированная система вентиляции, представляющая симбиоз приточно-вытяжной вентиляции с оригинальной организацией циркуляции воздушных потоков и систем фильтрации воздуха на базе промышленных самоочищающихся фильтров, впоследствии запатентованная как PUSH-PULL® система.

Принцип функционирования PUSH-PULL® системы на примере КЭВРЗ

Кратко основной принцип работы PUSH-PULL® системы заключается в следующем: сварочный аэрозоль при производстве термических процессов «улетает» с достаточно высокой скоростью под крышу производственного помещения, а остывая медленно опускается вниз, существенно ухудшая микроклимат воздуха рабочей зоны, а элементы фильтровентиляционной PUSH-PULL® системы расположены и функционируют таким образом, чтобы этого не происходило. Таким образом в отличие от общеобменной вентиляции PUSH-PULL® системы не только разбавляют загрязненный воздух очищенным, но главное не позволяют опуститься загрязненному воздуху в рабочую зону.

На рисунке показана принципиальная схема функционирования PUSH-PULL® системы.

В цехе капитального ремонта «электричек» – при наличии большого количества нестационарных постов сварки и термической резки, невозможности применить местные вытяжные устройства и дефиците тепловой энергии на общеобменную вентиляцию – PUSH-PULL® система решила поставленную задачу. При этом наконец-то заработала малоэффективная ранее система общеобменной вентиляции.

ТЭО и опыт эксплуатации PUSH-PULL® систем показал, что за 2-4 отопительных сезона подобные системы окупаются по сравнению с классической общеобменной вентиляцией, применение которой не всегда эффективно. Кроме того, чем более интенсивно производятся сварочные процессы, тем более эффективно и наглядно применение PUSH-PULL® систем.

Результаты исследований показали, что до внедрения PUSH-PULL® систем среднесменная концентрация марганца в воздухе рабочей зоны цеха в три раза превышала ПДК, установленные ГН 2.2.5.1313-03 «Предельно допустимые концентрации (ПДК) вредных веществ в воздухе рабочей зоны». После внедрения PUSH-PULL® систем концентрация марганца в воздухе рабочей зоны стала меньше ПДК. Кроме фактических замеров были проведены многочисленные расчеты методами трехмерного численного (CFD) моделирования.

Для наглядности на рисунке показан один из вариантов поля модуля и вектора скорости для типовой PUSH-PULL® системы при изотермических приточных струях:

На основании полученного опыта и с учетом результатов численного моделирования потоков воздуха была разработана инженерная методика расчета и настройки, которая позволяет с достаточной точностью определить и настроить основные параметры PUSH-PULL® систем, обеспечивающие эффективное функционирование систем вентиляции.

Уникальность PUSH-PULL систем

В зависимости от технологических условий производства и объемно-конструктивных особенностях производственных помещений появились разнообразные PUSH-PULL® системы: классические параллельные, U-образные и даже Ш-образные:

Незаменимыми подобные системы показали себя при организации вентиляции открытых стапельных мест (заказов) в сварочно-сборочных цехах крупнотоннажного судостроения, характеризующиеся большими габаритами производственных помещений (45х170х50м) и большим количеством нестационарных сварочных постов (до 100) на различных отметках по высоте и длине (зоне) цеха.

Многоуровневая, зональная приточно-вытяжная фильтровентиляционная система PUSH-PULL® была специально разработана как основа комплексной вентиляции для улучшения качества воздуха в производственных помещениях судостроительного завода с преобладанием нестационарных сварочных постов.

В связи с спецификой производства блок заказов, объемных секций кораблей сварочные зоны со временем перемещаются с отм. +2.000 до отм. +25.000, поэтому спроектированные PUSH-PULL® системы имеют несколько уровней (режимов) функционирования, в зависимости от уровня и зоны сварочных работ. Воздух после двухступенчатой очистки, в том числе в ионообменных газовых фильтрах возвращается в цех по запатентованной технологии PUSH-PULL®. Направление потоков очищенного воздуха изменяется в зависимости от высоты собираемого объемного блока (заказа), что обеспечивает чистоту воздуха рабочих зон на различных отметках пролетов цеха, а также перемещение вредных веществ в верхнюю зону цеха в направлении вытяжных систем, усиливая эффект вытесняющей вентиляции снизу-вверх. При этом нижняя зона цеха «затапливалась» свежим приточным воздухом.

Для закрытых отсеков объемных секций кораблей была применена система местных вытяжных отсосов с шланг-пакетами и вытяжными катушками на консолях на базе централизованных вакуумных пылевых установок (ЦВПУ) в сочетании с общеобменной приточно-вытяжной вентиляцией с кондиционированием.

Такое комплексное решение позволяет вне зависимости от мест производства сварочных работ обеспечить в каждой рабочей зоне комфортный микроклимат. Для удобства управления комплексной многоуровневой зональной системой вентиляции была внедрена комплексная система автоматического управления: местная, дистанционная и АРМ диспетчера (АСУТП по протоколу ModBus).

Поскольку функционирование PUSH-PULL® систем подразумевает очистку воздуха от сварочных аэрозолей и вредных газов с дальнейшим возвратом очищенного воздуха в цех, косвенным результатом работы является существенное снижение вредного воздействия производства на окружающую среду и снижение затрат тепла на нагрев приточного воздуха в холодный период года.

Основные выводы многолетнего успешного опыта применения PUSH PULL® систем:

1. Для обеспечения энергоэффективной вентиляции сборочно-сварочных производств необходимо комплексно подходить к решению этой задачи, применяя, где это возможно – системы местной вытяжной вентиляции, где это необходимо – PUSH-PULL® системы в сочетании с общеобменной приточно-вытяжной вентиляцией.
2. PUSH-PULL® системы незаменимы при интенсивных сварочных процессах в крупногабаритных производственных цехах при наличии нестационарных сварочных постов и постов термической резки;
3. Принцип PUSH-PULL® запатентован и на данный момент является передовым словом в вентиляции сварочных производств, что подтверждается созданием схожих по принципу действия систем ведущими, в области промышленной вентиляции, зарубежными фирмами.
4. Воздух, выходящий из фильтров систем PUSH-PULL® в условиях сборочно-сварочных цехов, по содержанию газов и аэрозолей приближается к составу атмосферного воздуха, поэтому PUSH-PULL® системы способны обеспечить существенное сбережение энергетических ресурсов предприятия.
5. Для гарантированного обеспечения ПДК воздуха и комфортного микроклимата рабочих зон PUSH-PULL® системы необходимо сочетать с системами общеобменной приточно-вытяжной вентиляции, но в существенно меньшем объеме;
6. Основной экономический эффект от применения PUSH-PULL® систем заключается в существенно меньших эксплуатационных затратах по сравнению с классической общеобменной приточно-вытяжной вентиляцией, поэтому даже при больших капитальных затратах PUSH-PULL® системы окупаются за 2-4 отопительных сезона;
7. Не смотря на кажущуюся простоту PUSH-PULL® систем, в зависимости от особенностей технологических процессов и конфигурации цехов, организация эффективной работы PUSH-PULL® систем достаточно сложная задача, поэтому простое копирование состава оборудования и «дилетантская» пусконаладка приводит к плачевным результатам, что мы неоднократно и наблюдали.