طراحی سیستم تهویه صنعتی (Industrial ventilation system design)

در هر تاسیسات صنعتی، نمی توان اهمیت تهویه مناسب را نادیده گرفت. نه تنها نقش مهمی در حفظ محیط کار راحت دارد، بلکه برای تضمین سلامت و ایمنی کارگران نیز ضروری است.

طراحی سیستم تهویه صنعتی مؤثر مستلزم درک کامل فرآیندها، تجهیزات و چیدمان تأسیسات است. در این مقاله، ما در مورد ملاحظات کلیدی که باید در هنگام طراحی سیستم تهویه صنعتی در نظر گرفته شوند صحبت خواهیم کرد.

قبل از طراحی سیستم تهویه صنعتی، مهم است که خطرات احتمالی مرتبط با فرآیندهای تاسیسات را شناسایی کنید. این شامل شناسایی هر گونه مواد خطرناکی است که ممکن است وجود داشته باشد، مانند مواد شیمیایی، گرد و غبار، یا بخار، و همچنین درک چگونگی تولید و پراکندگی این مواد.

هنگامی که این خطرات شناسایی شدند، سیستم تهویه صنعتی می تواند به گونه ای طراحی شود که به طور موثر این مواد خطرناک را از محیط کار گرفته و حذف کند.

آلاینده های محیط کار

آلاینده‌های هوابرد محیط کار در دو گروه اصلی گازها/ بخارات و ذرات طبقه‌بندی می‌شوند. همچنین جهت تسهیل روند بررسی و کنترل ذرات هوابرد محیط کار به پنج دسته گرد‌و‌غبار، فیوم فلزی، دود، میست و الیاف تقسیم می‌گردد. مواجهه شغلی برخی اپراتورها با انواع آلاینده‌های هوابرد در شکل زیر نمایش داده شده است.

• گاز

گاز سیالی است که در شرایط متعارف (دمای ۲۵ درجه سلسیوس و فشار یک اتمسفر) در فضای محیط بطور یکنواخت پخش می‌شود.

• بخار

بخار حالت گازی شکل موادی است که در شرایط متعارف به حالت مایع یا جامد می‌باشد. و از طریق کاهش دما یا افزایش فشار به حالت اولیه خود در می‌آید.

• گرد‌و‌غبار

ذرات معلق ناشی از مواد آلی و غیرآلی است که عموماً از فعالیت‌ مکانیکی همچون سنگ‌زنی، سنباده‌کاری، برشکاری و سرند مواد حاصل می‌گردند. قطر ذرات گرد‌و‌غبار از حدود قابل مشاهده با چشم غیر مسلح تا ذرات میکروسکوپی متغیر است.

• فیوم

ذرات فیوم یا دمه‌های فلزی در اثر کندانس‌شدن بخارات فلزی همچون روی، منیزیم، آهن، سرب و… ناشی از حوضچه‌ ذوب، یا فعالیت‌ جوشکاری/ لحیم‌کاری ایجاد می‌شوند. بنابراین فرایند تشکیل فیوم، مستلزم وجود دمای بالاست. قطر ذرات فیوم عموماً کمتر از یک میکرون است.

• دود

ذرات دود در اثر احتراق ناقص مواد آلی تشکیل می‌‌شوند که عموماً در حین تولید، قطری حدود نیم تا یک میکرون دارند. بعد از تولید، بسیاری از ذرات دود به یکدیگر چسبیده و تجمیع می‌شوند و ذرات با قطر بزرگ‌تری تشکیل می‌دهند. در حقیقت، ذرات دود حاصل، ذرات کوچک متعددی هستند که با یکدیگر ته‌نشین می‌شوند.

• میست

ذرات میست در نتیجه کندانس‌شدن بخارات یا اسپری‌شدن مایعات تشکیل می‌شوند. حوضچه‌ آبکاری، کابین اسید شویی/ چربی زدایی فلزات و اتاقک‌ اسپری رنگ از جمله فرایندهای تولید‌کننده میست می‌باشند. قطر ذرات میست بر اساس شرایط تشکیل متغیر است.

• الیاف

ذرات الیاف دارای طولی چندین برابر قطر هستند، که در برخی فرایندهای صنعتی همچون ریسندگی، لنت‌سازی و ساخت قطعات فایبرگلاس قابل مشاهده می‌باشند. از نظر سایر مشخصات مشابه ذرات گرد‌و‌غبار هستند.

کنترل آلاینده‌های هوابرد

بر اساس توصیه سازمان بین‌المللی کار، ترتیب اصول کنترل مخاطرات ایمنی و بهداشتی محیط کار بر حسب اثربخشی مطابق شکل زیر است.

اثربخشی روشهای کنترل مواجهه بهداشتی با آلاینده‌های هوابرد محیط کار توسط انجمن متخصصین بهداشت صنعتی آمریکا مطابق شکل زیر اولویت‌بندی شده است.

مطالعات نشانی می‌دهد با توجه به ملاحظات اقتصادی و عملیاتی در اجرای راهکارهای کنترل مهندسی، سیستم تهویه صنعتی از جمله موثرترین و کارآمدترین اقدامات اصلاحی می‌باشد.

سیستم تهویه صنعتی

کره زمین دارای سیستم تهویه طبیعی است، که آلاینده‌ها را از سطح زمین جمع‌آوری و در جو منتشر می‌سازد. چنانچه تهویه طبیعی در منطقه‌ای مختل شود، پدیده اینورژن یا وارونگی هوا رخ می‌دهد که سبب تجمع آلودگی در سطح زمین می‌شود. می‌دانیم جریان هوا در اثر اختلاف فشار بین دو نقطه ایجاد می‌شود. لذا هوا از منطقه‌ای با فشار بالاتر به منطقه‌ای با فشار کمتر جریان می‌یابد. این اختلاف فشار، در نتیجه تفاوت شرایط دمایی دو منطقه حاصل می‌گردد. برای مثال در اثر حرکت رو به بالای هوای حرارت‌دیده، دود از دودکش شومینه خارج شده و در فضای اتاق پخش نمی‌شود. زیرا هوا با حرارت‌دیدن منبسط شده و چگالی آن کاهش می‌یابد. هنگامی که هوای اتمسفریک حرارت می‌بیند، فرایند مشابهی به جریان می‌افتد و جریان‌ همرفت سبب شکل‌گیری جریان‌ باد و تهویه طبیعی منطقه می‌‌شود. مشابه سیستم تهویه طبیعی کره زمین، هدف از طراحی سیستم تهویه صنعتی نیز جمع‌آوری آلاینده‌های هوابرد محیط کار و جایگزین نمودن هوای پاک می‌باشد. کاهش سطح غلظت آلاینده هوابرد در منطقه تنفسی اپراتور با دو استراتژی ترقیق غلظت آلاینده از طریق تزریق هوای پاک و کاهش غلظت آلاینده از طریق مکش آلودگی در منبع انتشار انجام می‌گیرد، که به ترتیب تحت عنوان تهویه ترقیقی و تهویه موضعی شناخته شده می‌باشند.

تهویه ترقیقی

سیستم تهویه ترقیقی بر‌اساس تلفیق حجم مشخصی از هوای پاک با هوای آلوده، به‌منظور کاهش غلظت نهایی به حدود قابل قبول، طراحی و محاسبه می‌شود. این روش، با توجه به مکانسیم کنترلی مورد استفاده، صرفاً برای آلاینده‌های گاز، بخار و میست کاربردی است. به‌کارگیری سیستم‌ تهویه ترقیقی به‌عنوان راهکار کنترل مواجهه بهداشتی، مستلزم وجود شرایط ویژه از جمله بالا نبودن سمیت (TLV > 20 ppm)، نرخ تولید نسبتاً ثابت آلاینده و نیز دور‌بودن منبع انتشار از محدوده تنفسی اپراتور است. همچنین مطابق شکل زیر در فضای محصور برای کاهش سطح غلظت گاز/ بخار انتشاری به زیر حدود انفجار/ اشتعال از سیستم تهویه ترقیقی استفاده می‌‌شود. در راستای تأمین فشار مثبت نسبی فضای مذکور حجم جریان هوای سیستم دمنده معادل ۵ درصد بیشتر از جریان هوای سیستم مکشی لحاظ می‌‌شود.

تهویه موضعی

طراحی سیستم تهویه موضعی براساس مکش و جمع‌آوری آلاینده در منشأ تولید، به‌منظور پیشگیری از انتشار آلاینده در منطقه تنفسی اپراتور طراحی و محاسبه می‌شود. در این روش، با توجه به ربایش غلظت قابل ملاحظه مواد شیمیایی، انتخاب جنس اجزای سیستم، تحت تأثیر خواص فیزیکوشیمیایی آلاینده مکشی صورت می‌پذیرد. همچنین به منظور رعایت الزامات بهداشتی، ایمنی و زیست‌محیطی، بکارگیری دستگاه تصفیه‌کننده جریان مکشی ضروری است. مطابق شکل زیر، اجزای اصلی سیستم تهویه موضعی عبارت از هود، کانال‌کشی، تصفیه‌کننده، هواکش و دودکش می‌باشد.

هود

هود، دهانه ورودی سیستم تهویه موضعی در مواجهه با هوای آلوده است که با هدف جمع‌آوری حداکثری آلاینده در منبع تولید و افزایش راندمان تهویه مؤثر طراحی و محاسبه می‌شود. برخی هودهای کاربردی در صنایع مختلف در در اشکال زیر ارائه شده است.

کانال‌کشی

شبکه کانال‌کشی، جهت انتقال هوای آلوده مکشی توسط هودهای موضعی به فضای خارج از محیط کار به دو روش کاهش تدریجی قطر کانال اصلی و پلنوم گسترده بعنوان کانال اصلی مطابق اشکال زیر طراحی و محاسبه می‌‌شود.  روش اول بیشترین کارایی و کاربرد را در انتقال موثر ذرات دارد.

در راستای کاهش حداکثری افت انرژی تحمیلی به سیستم در انتقال موثر آلاینده ضروری است از اتصالات استاندارد و توصیه شده مطابق شکل زیر استفاده گردد.

تصفیه‌کننده هوا

تخلیه آلاینده‌های محیط کار در فضای عمومی، علاوه‌بر آلودگی محیط زیست، می‌تواند سبب بروز عوارض بهداشتی و بیماری شود. بنابراین، ضروری است پیش از تخلیه آلاینده مکشی به اتمسفر، توسط تجهیزات تصفیه‌کننده نسبت به خنثی‌سازی، جداسازی/ بازیافت و حذف آلاینده از جریان هوا اقدام شود. انواع تصفیه کننده کاربردی در سیستم تهویه صنعتی شامل سیکلون، بگ فیلتر و اسکرابر در اشکال زیر نمایش داده شده است.

هواکش

علاوه‌بر تأمین نیروی محرکه مورد نیاز جهت مکش اثربخش هود و انتقال مؤثر آلاینده در شبکه کانال‌کشی، غلبه بر افت‌های سایشی ناشی از عبور جریان هوا و افت‌های دینامیک ناشی از اتصالات و تجهیزات، بر عهده هواکش است. لازم به ذکر است لازم به ذکر است، مطابق شکل زیر انواع پروانه سانتریفیوژ بکوارد و رادیال برای سیستم تهویه صنعتی قابل استفاده می باشد.

همچنین اجزای هواکش سانتریفیوژ در شکل زیر نمایش داده شده است.

دودکش

دودکش خروجی سیستم تهویه صنعتی با هدف تخلیه مؤثر هوای آلوده در لایه‌های جریان آزاد باد و جلوگیری از بازگشت مجدد آن به محیط کار طراحی و محاسبه می‌شود. نحوه تخلیه هوای آلوده از دودکش در شکل زیر نمایش داده شده است.

در‌صورتی قابل توجه بودن حجم هوای مکشی، ضروری است هوای تازه/ پاک جایگزین جهت برطرف‌ نمودن مشکلات ناشی از فشار منفی در نظر گرفته ‌شود. عموما سیستم‌ تهویه صنعتی در مقایسه با سیستم تهویه ترقیقی، به حجم هوای بسیار کمتری نیاز دارد. بنابراین هزینه اتلاف گرمایش/ سرمایش محیط کار بسیار کمتر خواهد بود.

جزئیات طراحی سیستم تهویه صنعتی مکشی موضعی به تفصیل در کتاب تهویه موضعی بیان گردیده است.

شرکت ایرانیان حامی صنعت شرق ارائه دهنده خدمات طراحی، محاسبه فنی، اجرا، نصب و راه‌اندازی پروژه‌های تهویه صنعتی در ایران، برای آشنایی بیشتر با خدمات شرکت به آدرسhttps://www.ecivs.co   مراجعه کنید.

نتیجه گیری

در نتیجه، طراحی سیستم تهویه صنعتی موثر مستلزم درک کامل فرآیندها، تجهیزات و چیدمان تاسیسات است. تاسیسات صنعتی با شناسایی خطرات احتمالی، تعیین الزامات جریان هوا، انتخاب تجهیزات تهویه مناسب و اطمینان از نصب و نگهداری مناسب، می توانند محیط کاری ایمن و سالم را برای کارکنان خود ایجاد کنند.