于金寧，劉 波，武珊珊，趙 盛，何春宏，孔 飛，孫 迪，張昌運(yùn)

(中國石化青島安全工程研究院，山東青島 266071)

振動(dòng)篩分機(jī)是催化劑生產(chǎn)裝置常用設(shè)備，主要用于中間品、產(chǎn)品的篩分，將不同粒徑的物料篩選后進(jìn)行包裝。由于振動(dòng)篩分機(jī)本身結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和產(chǎn)品篩分特殊工藝要求，催化劑篩分作業(yè)通常無法采取全密閉的生產(chǎn)方式。這就造成了篩分作業(yè)處粉塵超標(biāo)嚴(yán)重，既嚴(yán)重?fù)p害作業(yè)人員職業(yè)健康[1]，同時(shí)也造成物料的損耗，降低裝置生產(chǎn)效益。本文研發(fā)了催化劑產(chǎn)品振動(dòng)篩吹掃除塵系統(tǒng)并采用計(jì)算流體力學(xué)軟件Fluent進(jìn)行了數(shù)值模擬與優(yōu)化設(shè)計(jì)[2,3]，將研究成果在某催化劑公司生產(chǎn)現(xiàn)場進(jìn)行應(yīng)用，以期改善作業(yè)場所工作環(huán)境、降低粉塵濃度。

1 方法

1.1 粉塵危害分析

采用工程分析、職業(yè)衛(wèi)生調(diào)查與危害因素檢測等方法對(duì)催化劑產(chǎn)品振動(dòng)篩運(yùn)行過程中粉塵產(chǎn)生的原因、時(shí)空分布和作業(yè)人員的暴露水平進(jìn)行分析，確定產(chǎn)品振動(dòng)篩粉塵的危害程度。粉塵暴露水平采用Gilair-5空氣采樣器對(duì)振動(dòng)篩分作業(yè)人員和工作場所空氣中的粉塵進(jìn)行采樣與分析測試。

1.2 除塵系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

根據(jù)工程分析和工藝要求，為振動(dòng)篩出料口設(shè)計(jì)基于平行流通風(fēng)原理的吹吸式吹掃除塵罩。利用 Gambit 軟件[4,5]對(duì)產(chǎn)品振動(dòng)篩區(qū)域的流場進(jìn)行1∶1三維建模，建立起吹吸式吹掃除塵罩物理模型，并進(jìn)行網(wǎng)格劃分。應(yīng)用計(jì)算流體力學(xué)Fluent軟件對(duì)產(chǎn)品出料口吹吸式吹掃除塵罩的氣流特性和除塵效果進(jìn)行數(shù)值模擬，確定關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)。

1.2.1模型與邊界條件

產(chǎn)品出料口的幾何模擬以企業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場出料口為研究對(duì)象，并根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況和數(shù)值模擬的需要，將出料口進(jìn)行適當(dāng)?shù)暮喕?。利用gambit建立產(chǎn)品出料口幾何模型，并對(duì)幾何模型進(jìn)行了網(wǎng)格劃分，見圖1。

圖1 產(chǎn)品出料口吹吸式吹掃幾何模型和網(wǎng)格劃分

1.2.2送風(fēng)風(fēng)量研究

采用Fluent進(jìn)行流場解算，研究了不同送風(fēng)量的吹掃除塵效果。風(fēng)流流場分布見圖2，催化劑產(chǎn)品和其表面粉塵的運(yùn)動(dòng)軌跡見圖3。隨著風(fēng)量的增加，出料口下方的風(fēng)速逐漸增加；當(dāng)風(fēng)量增加到0.941 m3/s時(shí)，能夠在下料口下方15 cm的范圍內(nèi)保證8 m/s以上的風(fēng)速。催化劑從下料口直接落入催化劑料筒，未被送風(fēng)吹散；而催化劑表面的粉塵被有效吹出，滿足吹掃除塵的效果要求。

1.2.3吹吸比K的研究

為確保在保證高捕集效率的情況下，盡量減少能耗,本研究就排風(fēng)量對(duì)粉塵捕集效果的影響進(jìn)行了研究，不同K值時(shí)粉塵運(yùn)動(dòng)軌跡如圖4所示。從圖4可知，隨著吹吸比K的增大，逸散出的粉塵濃度逐漸減小，當(dāng)K值增加到1時(shí)，所有被吹出的粉塵都被半圓罩吸走，粉塵被有效捕集；當(dāng)K大于1后，粉塵的捕集效果沒有顯著增加。

圖2 不同風(fēng)量下風(fēng)流流場分布

圖3 催化劑產(chǎn)品及其表面粉塵的運(yùn)動(dòng)軌跡

2 結(jié)果

2.1 催化劑產(chǎn)品振動(dòng)篩粉塵危害分析

通過對(duì)振動(dòng)篩分機(jī)結(jié)構(gòu)、篩分工藝和人員作業(yè)活動(dòng)分析，催化劑振動(dòng)篩分過程粉塵的來源主要有：①頂層篩子與料倉落料口之間以及各層篩子出料口與包裝桶之間未采取密閉連接，下落的物料因誘導(dǎo)風(fēng)產(chǎn)生揚(yáng)塵，同時(shí)頂層篩子物料振篩過程中造成粉塵逸散；②篩分工藝中采用外置軸流風(fēng)機(jī)對(duì)從篩分機(jī)中間出料口下落的產(chǎn)品表面進(jìn)行吹掃，造成大量粉塵擴(kuò)散；③作業(yè)人員對(duì)設(shè)備表面和地面急性清掃時(shí)造成二次揚(yáng)塵。

采用Gilair-5空氣采樣器對(duì)作振動(dòng)篩分作業(yè)人員和工作場所的粉塵采樣與分析測試。結(jié)果顯示，篩分包裝工粉塵時(shí)間加權(quán)濃度和短時(shí)間接觸濃度均遠(yuǎn)超職業(yè)接觸限值，產(chǎn)品出料口粉塵濃度最高達(dá)到45.8 mg/m3，超限倍數(shù)最高為5.7。檢測結(jié)果見表1。

圖4 不同吹吸比K時(shí)粉塵運(yùn)動(dòng)軌跡

表1 改造前篩分包裝工粉塵暴露水平檢測結(jié)果 mg/m3

2.2 催化劑產(chǎn)品振動(dòng)篩除塵系統(tǒng)的應(yīng)用

根據(jù)前述研究結(jié)果，完成了產(chǎn)品出料口吹吸式吹掃除塵系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與制造。選擇某催化劑分公司的振動(dòng)篩分機(jī)進(jìn)行了應(yīng)用，并對(duì)應(yīng)用后振動(dòng)篩分機(jī)作業(yè)現(xiàn)場粉塵的濃度進(jìn)行了檢測。應(yīng)用效果顯示，本研究研發(fā)的無塵篩分系統(tǒng)既滿足了對(duì)產(chǎn)品表面粉塵吹掃的工藝要求，又大大降低了作業(yè)場所粉塵的濃度。檢測結(jié)果見表2。

表2 改造后篩分包裝工粉塵暴露水平檢測結(jié)果 mg/m3

3 結(jié)語

振動(dòng)篩分是催化劑生產(chǎn)中主要的粉塵產(chǎn)生源，本研究通過改革篩分除塵工藝，并采用計(jì)算流體力學(xué)軟件對(duì)技術(shù)方案進(jìn)行數(shù)值模擬與優(yōu)化設(shè)計(jì)，研究成果實(shí)際應(yīng)用顯示產(chǎn)品振動(dòng)篩吹吸式吹掃除塵效果好，可將作業(yè)場所粉塵濃度降低80%～95%。產(chǎn)品振動(dòng)篩吹吸式吹掃除塵和細(xì)料/粗料上吸除塵系統(tǒng)能耗低，為原除塵系統(tǒng)能耗的48%。

4 參考文獻(xiàn)

[1] 孫迪,武姍姍,李厚達(dá).某石化催化劑企業(yè)粉塵危害現(xiàn)狀調(diào)查分析[J].安全、健康和環(huán)境,2016,16(10):25-27.

[2] 王福軍.計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)分析-CFD 軟件原理與應(yīng)用[M].北京:清華大學(xué)出版社，2004.

[3] 姚征, 陳康民. CFD 通用軟件綜述[J]. 上海理工大學(xué)學(xué)報(bào), 2002,24(2):137-144.

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