Jak prawidłowo wykonać wentylację stanowisk do cięcia termicznego?
Jak prawidłowo wykonać wentylację stanowisk do cięcia termicznego?
Stanowiska cięcia termicznego są często pomijanym, a wbrew pozorom bardzo istotnym źródłem zapylenia w obiektach przemysłowych. Gdy na życzenie inwestora lub projektanta instalacji były robione pomiary zapylenia hali przemysłowej, okazywało się, że stężenie pyłu w pobliżu stanowisk cięcia kilkakrotnie przewyższało zapylenie w części spawalniczej czy szlifierskiej.
Fot. 1. Palnik podczas cięcia
Pod pojęciem cięcia termicznego kryje się cięcie plazmą, laserem lub gazowe. Każdy z tych procesów polega na miejscowym utlenieniu lub stopieniu materiału w wysokiej temperaturze. Po czym roztopiony/utleniony metal jest wydmuchiwany energią kinetyczną plazmy lub płomienia. Należy zwrócić szczególną uwagę na to, że wydmuchiwanie to jest najczęściej skierowane w dół (fot. 1). W związku z tym najczęstszym błędem projektowym przy stanowiskach cięcia jest stosowanie odciągów górnych – okapów ssawek itp. Rozwiązania te nie zdają egzaminu.
Pierwszym problemem, który musi rozwiązać projektant jest ustalenie sposobu wyciągu zapylonego powietrza. W miarę możliwości należy stosować odciągi dolne. Jedynym przypadkiem, w którym odciąg górny spełni swoja funkcję jest stanowisko do cięcia ręcznego, na którym zdarzają się prace o nieustalonym kierunku cięcia. W takim wypadku można zastosować odciąg górny w postaci ramienia wyciągowego jako wspomaganie wyciągu dolnego.
Fot. 2. Proces cięcia zdziałającym wyciągiem (zastosowana ssawa nadążna − widoczny dym zbierający się poniżej blachy)
Ważnym aspektem projektowania wentylacji dla stanowiska cięcia jest dobór odpowiedniego wydatku powietrza. Ze względu na bardzo dużą ilość pyłu oraz
jego charakter wydatki urządzeń filtrowentylacyjnych są duże. Trudno podać uniwersalny sposób kalkulacji wydatku, gdyż zależy on od wielu czynników – takich
jak rodzaj procesu, grubość ciętych blach, sposób cięcia i sposób odbioru zanieczyszczeń. Generalnie można przyjąć że ilość powietrza waha się od około 2000 m3/h przy cięciu gazowym do 5000 m3/h i więcej przy cięciu plazmą grubych blach – są to wydatki na metr kwadratowy stołu. Jednak zaleca się, aby w każdym przypadku skonsultować dobór z dostawcą urządzeń filtrów wentylacyjnych, aby uniknąć późniejszych problemów.
Jak łatwo policzyć dla przeciętnego stołu o wymiarach np. 2 x 4 m ilości powietrza mogą osiągnąć wręcz astronomiczne wielkości. Dlatego też wyciąg z całej objętości wanny stosowany jest tylko przy bardzo małych stołach. W pozostałych przypadkach należy stosować rozwiązania, które pozwalają wyciągać powietrze tylko w miejscu, w którym znajduje się palnik. Uzyskać taki efekt można na dwa sposoby za pomocą stołu modułowego do cięcia lub za pomocą ssawy przejezdnej.
Stół wyciągowy modułowy (fot. 3), składa się z wanien − które dzielą przestrzeń pod rusztem na stosunkowo niewielkie sekcje ( np. 0,75 x 2 m) − i kanału zbiorczego. Pojedyncze wanny wyposażone są w prze-
pustnice z siłownikami. Układ automatyki odczytuje aktualne położenie portalu tnącego i otwiera przepustnicę sekcji znajdującej się pod nim. Dla odpowiedniego zabezpieczenia w przypadku cięcia na styku dwóch wanien wydatek obliczony z powierzchni jednej sekcji należy powiększyć o minimum 50%. Dodatkowo wanny mogą równocześnie stanowić ruszt do cięcia.
Fot. 3. Stół wyciągowy modułowy (widoczny urobek – do usunięcia ręcznego )
Ssawa nadążna – (fot. 4) to specjalny rodzaj ssawy poruszającej się pod stołem na szynach. Ssawa jest podłączona do kanałów zbiorczych samouszczelniających, którymi powietrze transportowane jest do filtra. Odpowiedni układ automatyki odczytuje ruch portalu tnącego i steruje ssawą w taki sposób, żeby cały czas znajdowała się bezpośrednio pod palnikiem. Dodatkowo warto zapewnić miejsce serwisowe na całkowity wyjazd ssawy w celu łatwego oczyszczenia z urobku (gruby pył, wycięte kawałki blachy, żużel itp.). Rozwiązanie to jest najlepsze dla długich i bardzo długich stołów.
Fot. 4. Ssawa przejezdna. Opis: A − ssawa, B − ruszt do cięcia, C − kanały
wyciągowe samouszczelniające Oddzielny przypadek stanowią stoły mające szczelną zabudowę i wyposażone w fabryczny króciec. Dla nich można bezpiecznie przyjąć prędkość na poziomie 20 m/s w króćcu wyciągowym i na tej podstawie obliczyć wydatek powietrza, ewentualnie konfrontując ilość powietrza z sumą otwartych powierzchni w zabudowie – prędkość w nich powinna przekraczać 0,2 m/s.
Fot. 5. Urządzenie filtrowentylacyjne połączone ze stołem modułowym (cięcie gazowe)
Na etapie prac projektowych bardzo ważny jest właściwy dobór urządzenia filtrowentylacyjnego. Ze względu na wcześniej wspomniane właściwości pyłu oraz jego ilość do doboru należy podejść bardzo ostrożnie. Dostawca urządzenia powinien otrzymać od projektanta instalacji komplet informacji. Jako przykład niech służy fakt, że wybierając urządzenie identyczne jak dla spawalni, jego wydatek należało by zmniejszyć około dwukrotnie! Często dodatkowo trzeba stosować jeszcze wstępny separator cząstek – dla wydłużenia żywotności wkładów filtracyjnych.
Nowoczesne filtry powietrza wykonane z odpowiednich materiałów pozwalają zawrócić przefiltrowane powietrze z powrotem na halę – co daje niebagatelne oszczędności związane z ogrzewaniem. Oszczędności mogą być naprawdę duże. W jednej z niewielkich hal produkcyjnych stół do cięcia działał bez właściwej wentylacji, a dymy usuwano przez górny wyciąg okapem i dodatkowo przewietrzano pomieszczenie otwierając drzwi. Instalacja grzewcza nie wystarczała i konieczna była jej modernizacja. Po zamontowaniu stołu modułowego z filtrem i recyrkulacją okazało, się że palnik w trakcie cięcia wytwarza tak dużą ilość ciepła, że wystarcza ona do ogrzania całej hali. Po tej przebudowie instalacja grzewcza nie jest już używana.
Fot. 6. Urządzenie filtrowentylacyjne podłączone do stanowiska cięcia plazmowego grubych blach
Należy pamiętać, że wentylacja miejscowa – stanowiskowa − nie zastępuje wentylacji ogólnej. Jest tylko jej uzupełnieniem w newralgicznych miejscach. Dlate-
go w przypadku recyrkulacji przefiltrowanego powietrza do pomieszczenia, należy niezależnie dostarczyć odpowiednią ilość świeżego powietrza. W przypadku małych hal, w których stanowisko cięcia jest jednym z wiodących źródeł emisji – należy przyjmować nawet 30% wydatku wyciągu jako powietrze świeże. W dużych halach można przyjąć liczbę wymian zgodnie z zasadami ogólnymi. Wymianę powietrza można realizować na kilka sposobów – z których najpopularniejsze to:
- wentylatory dachowe (sposób najtańszy inwestycyjnie, ale raczej niezalecany ze względu na duże straty energii),
- małą centralę z odzyskiem ciepła – centrala uwzględniająca wyłącznie niezbędną ilość świeżego powietrza i działająca niezależnie od układów stanowiskowych,
- dużą centralę z rekuperacją i komorą mieszania – jest rozwiązanie najdroższe, ale dające największe możliwości oszczędzania energii i kierowania przepływem powietrza – do takiej centrali kierowane
jest całe przefiltrowane powietrze i w zależności od aktualnych warunków zewnętrznych – albo recyrkulowane w 70% (zimą), albo usuwane w całości (np. latem podczas upałów). Oczywiście z powietrza usuwanego można odzyskiwać ciepło na wymienniku.
Stanowiska cięcia termicznego są jednym z głównych źródeł zanieczyszczeń w halach produkcyjnych, o czym nie można zapominać projektując wentylację obiektów tego typu. Ważne jest także, aby inwestor przekazał projektantowi jak największą ilość informacji na temat procesu cięcia. Jest to niezbędne, aby poprawnie dobrać wydatek wyciągu oraz rodzaj materiału filtracyjnego i jego powierzchnię. Producenci urządzeń filtrowentylacyjnych mają własne − wypracowane przez lata praktyki − tabele parametrów, za pomocą których będą w stanie skalkulować odpowiednie parametry urządzeń – dlatego tak ważne jest uzyskanie pełnych informacji na etapie projektowania.
Mariusz Szczepkowski