Что такое аспирация на производстве: промышленные системы и установки очистки воздуха, типы и устройства, принципы работы

С начала 20-го века и по сей день наблюдается значительное ухудшение экологической обстановки на планете, особенно в густонаселенных районах. Относительно недавно учёные всерьёз обеспокоились проблемой загрязнения атмосферы, в связи с чем были разработаны многочисленные конвенции, в частности, о внедрении экологически чистых видов топлива, озеленении мегаполисов и прочее. Однако по-настоящему серьёзной проблемой является загрязнение окружающей среды производственными выбросами. Потребность человечества в самой разнообразной продукции растёт в геометрической прогрессии; там, где некогда господствовала природа, вырастают новые фабрики и заводы, устремляя в свинцовое небо трубы, из которых потом круглосуточно валит едкий чёрный дым. Данный материал посвящается относительно новым технологиям, направленным на уменьшение разрушительных производственных выбросов — системам промышленной аспирации.

Что такое аспирация

Аспирация — это технологически обеспеченный процесс извлечения вредных примесей и мелкодисперсных пылевых частиц из окружающей среды. Сама суть аспирационного вмешательства  это создание с помощью специальных установок разности давлений, в результате которой начнётся засасывание части воздуха в устройство с последующей фильтрацией и выпуском наружу.

Совершенствование систем аспирации привело к тому, что на сегодняшний день существует большой ассортимент воздухоочистительных установок, с той или иной степенью эффективности способных выполнять задачи по уменьшению вредных выбросов на различных производственных площадках.

В чем разница между аспирацией и вентиляцией

Вентиляция и аспирация – это очень близкие понятия. Вентиляционные и аспирационные установки работают по принципу тесного взаимодействия друг с другом. Однако между этими терминами есть существенная разница:

• Вентиляция – это удаление газопылевой смеси из производственного помещения с последующей заменой тем же объёмом чистого воздуха, взятого из окружающей среды.
• Аспирация – это очистка воздуха внутри производственного помещения до пригодного для дыхания состояния.

Следовательно, вентиляция сама по себе не способна положительно повлиять на экологию, так как удалённые из помещения вредные вещества все равно попадают во внешнюю среду. Что касается системы аспирации, её преимущество заключается именно в очистке воздуха с помощью фильтрующих элементов. После аспирации воздух пригоден как для дыхания внутри цеха, так и для выведения наружу с минимальными последствиями для природы.

Задачи аспирации

Следуя вышесказанному, можно сформулировать основные задачи аспирации, как науки, связанной с обеспечением современного производства и успешно отвечающей некоторым нуждам человечества:

• борьба с вредными производственными выбросами;
• обеспечение взрывопожаробезопасности некоторых производств;
• минимизация вредного воздействия на персонал производственных площадок;
• участие в решении проблем экологии и изменения климата.

Учитывая значение аспирационных систем для всех видов производственной деятельности, становится понятно, почему большинство крупных предприятий уделяют столько внимания и финансовых средств полноценной организации данного вопроса.

В частности, аспирация воздуха на деревоперерабатывающих предприятиях имеет исключительную важность в плане пожарной безопасности объекта. Известно, что мелкодисперсная древесная пыль может стать причиной возгорания (и даже взрыва!) в случае кратковременного контакта с открытым пламенем или искрой.

Аспирация на производстве

Все без исключения виды производства нуждаются в оснащении вентиляционными и аспирационными установками. Однако существует перечень видов деятельности, обеспечение которых вспомогательным оборудованием в виде систем аспирации является жизненно важным. Вот этот список:

1. Деревоперерабатывающие и смежные производства (мебельные фабрики);
2. Металлообработка, открытая плавка металлов, кузнечное производство;
3. Мукомольная и табачная промышленность;
4. Добыча и переработка полезных ископаемых.
5. Производство пластмасс и полимеров.

Функциональная деятельность этих предприятий сопровождается повышенным выделением в атмосферу вредных примесей и пылевых загрязнений. Поэтому необходимо уделять большое внимание выбору подходящей для данного вида деятельности аспирационной системы.

Принцип работы аспирационных установок

Наиболее популярными считаются установки циклонного типа, принцип действия которых основан на практическом применении центробежных сил и силы инерции. Загрязненный воздух попадает внутрь цилиндрического корпуса по спиральному патрубку, в результате чего закручивается по вертикальной оси. Центробежная сила откидывает твёрдые частицы на внутренние стенки цилиндра, после чего происходит их осаживание вниз под воздействием силы тяжести. Очищенный воздух по инерции устремляется вверх к выкидному патрубку и выпускается наружу.

Для очистки воздуха в системах рукавной фильтрации используют тканевый материал. Воздух под давлением поступает в фильтр, твёрдые частицы оседают на фильтрующей ткани, которая расположена внутри корпуса в виде многочисленных рукавов, натянутых на каркас. После фильтрации воздух, очищенный до 90%, выпускается наружу, а грязь остается внутри.

Довольно эффективным способом аспирации, способным очистить воздух практически до 100%, является электрическая фильтрация. Этот метод основан на ионизации газопылевой смеси под воздействием коронного разряда, в результате чего частицы пыли получают положительный заряд и примагничиваются на одну из пластин-электродов, а потом удаляются воздухом под давлением в контейнер для сбора пыли.

Пылеуловительная камера – это устройство, представляющее собой лабиринтную систему, попадая в которую воздух вместе с пылью «запутывается» в многочисленных ходах и поворотах под прямым углом, в результате чего пыль под действием силы тяжести частично осаживается, а очищенный воздух проходит далее по воздуховодам. Обычно такие устройства применяются в комбинации с рукавными и картриджными фильтрами.

Из чего состоит аспирационная система

Установки, используемые для аспирации воздуха на крупных производственных площадках, как правило, являются многофункциональными и комплексными системами и состоят из следующих основных узлов:

• оборудование для мониторинга и управления всем аспирационным комплексом;
• сложная система наружных и внутренних воздуховодов;
• одна или несколько установок для аспирации различных типов;
• коммуникации для отвода и выгрузки твёрдых отходов для последующей утилизации;
• система энергетического обеспечения комплекса.

В зависимости от направления производства, объёма циркулируемого воздуха и площади основных помещений, комплектация аспирационных систем может быть различной. Но независимо от комплектации системы, она должна отвечать требованиям пожарной безопасности и выдерживать бесперебойную работу основных производственных линий.

Классификация и типы аспирационных установок

Прежде чем говорить о принципе работы устройств аспирации воздуха, необходимо классифицировать эти установки по некоторым отличительным признакам.
В первую все аспирационные системы различают по способу очистки:

• сухой способ;
• мокрый.

Практика показывает, что наиболее эффективной и экономически оправданной является именно сухая очистка газопылевой смеси. В первую очередь это связано с отсутствием затрат на емкости для воды, которая используется в качестве рабочей жидкости и снижением расходов на текущее обслуживание.

Сухие пылеулавливающие устройства, в зависимости от принципа действия, в свою очередь подразделяются на:

• установки типа «Циклон»;
• системы рукавной и кассетной фильтрации;
• пылеуловительные камеры;
• электромагнитные фильтры.

Виды отраслевых выбросов и требуемое аспирационное оборудование

Выбор подходящей аспирационной установки для конкретного производства обусловлен многими субъективными факторами, о которых уже упоминалось выше. Очевидно, что максимальная эффективность оборудования проявляется в определённых условиях, характерных для той или иной промышленной сферы.

Для полноты информации разработана специальная таблица, опираясь на которую, производитель способен самостоятельно сделать предварительный выбор в пользу того или иного оборудования:

Направление производства:	Виды загрязнений:	Оптимальное оборудование:
Деревообработка и смежные производства	Стружка, опилки, мелкодисперсная взвесь	Циклоны, комбинированные рукавные фильтры, скрубберы
Металлургия	Мелкая пыль от металлообработки, токсичные соединения	Установки мокрой очистки, пенные скрубберы, рукавные фильтры
Добыча и переработка ископаемых	Рудная пыль, каменная крошка, минеральная взвесь	Лабиринтные уловители, циклоны, мокрые аспираторы
Пластик и полимеры	Пластмассовая пыль, продукты плавления пластика	Циклонные, рукавные или мокрые улавливатели
Мукомольное и табачное производство	Мелкодисперсная пыль, шелуха, лузга, жмых	Комплексная аспирация комбинированного типа

Стационарные и мобильные аспирационные установки

Высокие затраты на аспирационные системы будут оправданы только в том случае, если они соответствуют направлению и масштабу основного производства. В частности, на предприятиях малого и среднего значения могут использоваться мобильные аспирационные установки.

МАУ являются прекрасной альтернативой стационарным комплекса по следующим основным причинам:

1. Их мобильность позволяет легко перепрофилировать основное производство в случае изменений на рынке.
2. Введение их в эксплуатацию не связано с большим объёмом строительных и пусконаладочных работ.
3. МАУ не являются столь требовательными к размеру бюджета, как стационарные пылеулавливатели.

По сути, мобильные установки представляют собой большие промышленные пылесосы, которые легко устанавливаются рядом с работающими санками для улавливания пылегазовой смеси и очистки её.

Обычно МАУ состоят из корпуса, воздухозаборника с работающим вентилятором, фильтрующей системы рукавного или картриджного типа, несложной сети воздуховодов и патрубков. Такой аппарат может сегодня использоваться на одном производственном участке, а завтра «переехать» на другое место и практически сразу включиться в работу.
В этом их основное отличие от стационарных комплексов, внедрение которых начинается с планирования и проектирования, а эксплуатация и обслуживание осуществляется непрерывно силами специальных сотрудников.

Сухие пылеуловители

Массовое применение на большинстве производственных площадок получили сухие пылеуловители, работа которых не связана с использованием воды и химических составов. Такие системы аспирации в приоритете, так как для их монтажа и обслуживания не требуется наличие резервуаров для хранения воды, а значит, сухие системы более эргономичны – экономят рабочее пространство на площадке.

Циклоны, пылеулавливающие камеры, пылеосадительные решётки, рукавные фильтры, кассетные и картриджные системы фильтрации, электромагнитные фильтры – все эти варианты оборудования относятся к установкам сухой очистки воздуха.

Принцип работы некоторых из этих устройств приводился ранее в данной статье, более подробно читайте в нашей статье про сухие пылеуловители.

Рукавные фильтры

Данные устройство широко применяются в производства с образованием большого количества пыли. Мукомольные, цементные, горнодобывающие, асбестовые предприятия в обязательном порядке оснащаются мощными установками с системой рукавной фильтрации.

Схематическое устройство рукавного фильтра следующее:

• корпус фильтра;
• разделительная плита между камерами;
• камера для чистого воздуха;
• камера для грязного воздуха;
• система рукавов для фильтрации;
• система выпуска и выпуска; газопылевой смеси с патрубками и клапанами;
• бункер для накопления твёрдых частиц пыли;
• блок управления.

Конфигурация фильтра и дополнительная комплектация может различаться в зависимости от того, в каких условиях планируется эксплуатация установки. Более подробно читайте в нашей статье про рукавные фильтры.

Циклоны

Широко используются в промышленности и в быту (по принципу циклона работают некоторые модели бытовых пылесосов).

Устройство простейшего циклона следующее:

• входной патрубок в виде спирали;
• корпус в виде перевернутого усеченного конуса;
• бункер для оцеживаемой пыли;
• вертикальное выходное отверстие.

Газ, находящийся под давлением, попадает через входное отверстие в циклон и закручивается вокруг вертикальной оси. Твёрдые частицы приобретают тангенциальное ускорение, благодаря которому ударяются о внутренние стенки корпуса и падают вниз. Очищенный воздух выходит через вертикальную трубу наружу.

Мокрые скрубберы и абсорберы

Работа этих устройств основана на промывке воздушной смеси жидкостью посредством максимального контакта аэрозольной смеси с поверхностью воды с последующим интенсивным перемешиванием. Таким образом происходит отделение частиц пыли от газа.

Выделяют следующие основные виды мокрых пылеулавливателей:

• насадочные;
• центробежные орошаемые циклоны;
• пенные установки;
• скрубберы Вентури.

Эффективность мокрых систем аспирации зависит от длительности и интенсивности перемешивания воздуха и воды.

Пожарная аспирация

Существуют также аспирационные приборы специального назначения, в частности, предназначенные для контроля над противопожарной обстановкой на предприятии. Такие устройства классифицируются как пожарная аспирация.

В частности, таковым прибором является автоматический пожарный извещатель, суть работы которого заключается в отборе через систему воздуховодов проб воздуха для последующего детектирования на предмет изменения химического состава среды в результате пожара. Далее извещатель подаёт сигнал на включение системы пожаротушения и оповещения персонала.

Преимущества современных систем аспирации

Комплексная система аспирации воздуха, помимо основных функций по очистке среды, обладает некоторыми дополнительными преимуществами, которые получает производство после её внедрения:

1. Экономия энергетических ресурсов на отопление помещений.
2. Обеспечение работникам приемлемых условий труда.
3. Экономия на лечение сотрудников от бронхолегочных заболеваний в долгосрочной перспективе.
4. Повторное использование очищенного воздуха.
5. Увеличение ресурса оборудования за счёт удаления из воздуха пыли.
6. Участие в государственных программах, направленных на улучшение экологии.

Самые известные промышленные предприятия, зарекомендовавшей себя в различных отраслях, давно оценили положительные стороны внедрения аспирационных систем на своих производственных площадках.

Необходимость грамотного проектирования промышленной аспирации

Принцип проектирования аспирационной системы на производстве отличается от создания проекта обычной системы вентиляции. Эффективность и окупаемость проекта зависит от многих факторов и требует комплексного, содержательного исследования вопроса с помощью квалифицированных инженеров.

Ключевые аспекты, на которые надо обратить внимание при установке аспирационных систем:

• Скорость потока в воздуховодах не должна быть менее 25 м/с. Это необходимо для самоочистки системы и препятствованию пылевых отложений на внутренних стенках.
• Воздуховоды должны выполняться из толстого металла, для увеличения срока службы.
• Герметичность соединительных узлов системы – главный фактор, отвечающий за эффективность и производительность проекта.
• Расчёт мощности системы должен основываться на возможностях производственной площадки. Основное производство не должно пострадать в результате того, что значительная часть энергоресурсов расходуется на аспирацию.
• Важным фактором проектирования является эргономика – установка и соединительная арматура должна прокладываться с учётом оптимального размещения в рабочем пространстве.

Специфика монтажа

Особенность монтажа аспирационной установки заключается в следующем:

1. Воздуховоды должны быть проложены так, чтобы к ним был свободный доступ для обслуживания, чистки и замены изношенных элементов.
2. Трубы для аспирации соединяют при помощи быстроразъёмных соединений, но это не должно отрицательно влиять на прочность и герметичность.
3. Вентилятор для системы аспирации должен быть рассчитан с учётом потери мощности на 30% от номинала. Это связано с тем, что сложная система воздуховодов так или иначе предполагает минимальные утечки и потери мощности.

Причины, по которым могут возникнуть проблемы

В процессе эксплуатации аспирационного комплекса иногда оказывается, что, несмотря на штатную работу системы, загрязненность воздуха остаётся высокой. Это может косвенно или прямо указывать на следующие проблемы:

• Воздуховоды забиты пылью. В данном случае требуется их разборка и прочистка.
• Вытяжной вентилятор имеет недостаточную мощность. При расчёте мощности были допущены ошибки.
• Приток свежего воздуха недостаточно для компенсации работы системы.
• Общее падение мощности в связи с высокой загруженностью предприятия.

Для своевременной оценки работы системы, обслуживанию комплекса и реагирования на различные нестандартные ситуации на производстве должен быть сформирован специальный отдел или бригада, в зоне ответственности которой будет находиться корректная работа аспирационной и вентиляционной системы.