از زمان انتقال مواد بالک با نوارنقاله، غبار یکی از مسائل مورد توجه بوده است. غبار معلق در هوا با جریان هوای بوجود آمده در انتقال مواد، حرکت می کند. تحقیقات گسترده ای برای تعیین مقدار هوای تولید شده در نقطه انتقال، انجام شده است.

 مقدمه

از زمان انتقال مواد بالک با نوارنقاله، غبار یکی از مسائل مورد توجه بوده است. غبار معلق در هوا با جریان هوای بوجود آمده در انتقال مواد، حرکت می کند. تحقیقات گسترده ای برای تعیین مقدار هوای تولید شده در نقطه انتقال، انجام شده است. کتابهای راهنمای تهویه صنعتی Industrial Ventilation Guide ، هندبوک کنترل غبار Dust Control Handbook و مرجع عملی کنترل مواد و غبار Foundations روشهای مختلفی برای پیش بینی مقدار هوای تولید شده ارائه نموده اند. هر چند این روشها به هم نزدیک هستند، اما تفاوت قابل توجهی دریک کاربرد واقعی زغال سنگ دارند. بکارگیری جریانهای اندازه گیری شده واقعی، دقیق ترین روش برای اندازه کردن یک سیستم کنترل غبار است. این جریانها را میتوان با تغییر مکانیکی در سیستم کنترل غبار حداقل نمود. یک درک کامل از جریانهای هوا به کاربر اجازه خواهد داد تا یک سیستم غبارگیر با اندازه به اندازه کافی بزرگ انتخاب کند که کارآمد باشد، ولی نه آنقدر بزرگ که باعث اتلاف ظرفیت و سرمایه شود.

پیشینه

تحقیقات گسترده ای روی اثرات غبار انجام شده است. این تحقیقات روی مسائلی چون احتراق، اثرات سلامتی، اثرات محیط زیست، اثرات ایمنی و جوانب تعمیرات نگهداری متمرکز شده اند. همه تحقیقات نشان داده اند که غبار چقدر میتواند نامطلوب و غالباً خطرناک باشد.

اگرچه تحقیقات زیادی روی اثرات غبار انجام شده است، رفتار سخت و دشوار غبار، مانع تحقیقات بیشتر روی سرچشمه غبار یعنی نقطه انتقال شده است. یک نقطه انتقال عبارت است از نقطه ای که مواد یک نوارنقاله روی دیگری می ریزد.

هر وقت مواد حرکت می کند، ممکن است از نظر مکانیکی شکسته شود. این شکست قطعاتی را بوجود می آورد که خیلی کوچکتر از قطعه اصلی است. وقتی این ذرات بسیار ریز در هوا شناور می شوند، تبدیل به غبار معلق در هوا می شوند. تجربیات نشان داده است که بطور معمول، اگر این ذره غبار بزرگتر از 500 میکرون باشد، خیلی سریع سقوط خواهد کرد و به جریان مواد برمی گردد. اگرذره کوچکتر از 500 میکرون باشد، در هوا معلق خواهد ماند.

اگر این ذره در هوا معلق بماند، این پرسش که به کجا حرکت خواهد کرد، مهم می شود. منطق حکم  می کند که ذره تحت تاثیر جریان هوای محیط قرار خواهد گرفت. هرچه جریان هوا بزرگتر باشد، ذرات غبار دورتر پخش خواهند شد.

با داشتن این دانش، درک طبیعت جریانهای هوا در یک نقطه انتقال بسیار مهم می شود. دانش جریانهای هوا و سرعت آن در یک نقطه انتقال در پیش بینی رفتار غبار تولید شده ضروری است.

روشهای مختلفی در صنعت برای محاسبه جریان هوا در یک نقطه انتقال بکار می رود. این روشها شامل روش توضیح داده شده در کتاب راهنمای تهویه صنعتی Industrial Ventilation Guide ، روش توضیح داده شده در هندبوک کنترل غبار Dust Control Handbook و روش توضیح داده شده در مرجع عملی کنترل مواد و غبار Martin Foundations می باشد.

این مقاله سعی خواهد کرد رابطه ای بین این روشها و یک کاربرد واقعی پیدا کند.

تئوری

روشهای مختلفی در صنعت برای محاسبه جریان هوا بکار می رود. همه روشهای محاسباتی ورودی های مشابه برای تعیین هوای تولید شده در یک نقطه انتقال بکار می برند.

یک نقطه انتقال به چند بخش هندسی شکسته می شود:

1-      محل ورود

2-      ریزش از پولی سر

3-      منطقه سقوط آزاد

4-      منطقه برخورد

5-      ناحیه نشست

6-      محل خروج

این نواحی در (شکل 3-1) ذیل نشان داده شده است.

شکل 3-1 مناطق اصلی یک نقطه انتقال کانوایر

بطور کلی، هوا از محل (1) وارد و از محل (6) خارج می شود. هوا از نقطه انتقال عبور خواهد کرد و سرعت و جهت آن تغییر خواهد کرد. این مسیر پایه به شدت تحت تأثیر مواد در حال حرکت از (1) به (6) است. خود مواد بخاطر شرایط عدم لغزش بین هوا و مواد، هوا را از میان نقطه انتقال خواهد کشید. شرایط "عدم لغزش" یعنی هر جا هوا با مواد در تماس باشد، سرعت هوا برابر سرعت مواد خواهد بود. ویسکوزیته هوا، بقیه بدنه هوا را نیز مجبور می کند که در همان جهت حرکت کند.

برخورد مکانیکی بین مواد و نوار در منطقه برخورد (4) اتفاق می افتد که تولید یک جریان هوای محلی می کند. این هوای تولید شده از نقطه انتقال محصور به سمت خروجی (6) حرکت می کند. از آنجاییکه غبار به همراه هوا حرکت می کند، تعیین مقدار این جریان هوا بسیار مهم است. 

روش راهنمای تهویه صنعتی

راهنمای تهویه صنعتی مقدار هوای تولید شده را متناسب با عرض نوار کانوایر بیان می کند. به ازای ارتفاع ریزش بیش از 3 فوت، مقداری هوا باید به آن افزوده شود. این هوای اضافی نیز به عرض نوار بستگی دارد. روابط این روش در ذیل نشان داده شده است.

هوای خروجی Exhaust Air (فوت مکعب بر دقیقه CFM )

انتخاب افزودنی مناسب به شرایط سایت معدن بستگی دارد. عملکرد هر کدام از افزودنی های کنترل غبار فوق با بکارگیری راندمان کنترل ارزیابی میشود. راندمان کنترل غلظت غبار جاده قبل و بعد از بکارگیری سیستم کنترل غبار با رابطه زیر تعیین میشود:

ورودی ها:

عرض نوار (ft) = BW

هوای اضافه تولید شده بخاطر ارتفاع ریزش = QD

            اگر ارتفاع ریزش کمتر از 3 فوت باشد، QD=0

            اگر ارتفاع ریزش بیشتر از 3 فوت باشد و BW<3’ ، QD=700

            اگر ارتفاع ریزش بیشتر از 3 فوت باشد وBW>3’ ، QD=1000
 

روش هندبوک کنترل غبار

هندبوک کنترل غبار هوای تولید شده را برای مقدار هوای القایی بیان می کند. هوای القایی مقدار همه هوایی است که جریان مواد هنگام عبور از نقطه انتقال به همراه خود می کشد. هنگام انتقال مواد روی نوار بارگیری، شکل خود را حفظ می کند. هنگام عبور از روی پولی سر (نقطه 2 در شکل 3-1) شروع به باز شدن می کند. وقتی مواد در منطقه سقوط آزاد می ریزد (منطقه 3 در شکل 3-1)، به باز شدن ادامه می دهد و خلأهای کوچکی بین ذرات مواد ایجاد می شود. طبیعت از خلأ تنفر دارد، بنابراین جریان این حفره ها را با هر هوایی که بتواند، پُر می کند. این پدیده در (شکل 3-2) نشان داده شده است.

شکل 3-2 نمایش هوای القایی

 

این شکل نشان می دهد که در هر ثانیه ای که مواد در حال سقوط آزاد است، هوای بیشتری به درون خود می کشد. این هوای کشیده شده (QP) از آسانترین محلی که میتواند بیاید، اغلب محل ورود (محل 1 در شکل 3-1)، کشیده می شود. وقتی جریان مواد با نوار دریافت کننده در منطقه برخورد (منطقه 4 در شکل 3-1) تماس می یابد، همه هوایی که در جریان مواد جمع شده بود، ناگهان آزاد می شود.

رابطه ای که برای تعیین مقدار هوای القایی بکار می رود، در زیر نشان داده شده است.

هوای القایی (فوت مکعب بر دقیقه CFM )

ورودی ها:

فضای باز که هوا می تواند وارد سیستم شود (فوت مکعب) = Au

بار مواد (تن بر ساعت TPH) = R

ارتفاع ریزش مواد (فوت) = S

قطر متوسط مواد (فوت)  = D

ضریب تبدیل (10) = k

روش Foundations

شکل 3-3 نمایش هوای جابجا شده

 
رابطه هوای جابجا شده به قرار زیر می باشد.

هوای جابجا شده (فوت مکعب بر دقیقه CFM )

کتاب Foundations روشی را بکار می گیرد که از هوای القایی روش هندبوک کنترل غبار شروع می شود و فاکتورهای بیشتری را برای هوای جابجا شده و تولید شده اضافه می نماید.

هوای جابجا شده (Qdis) حجم جریان مواد در طی زمان است. این مقدار بر حسب فوت مکعب بر دقیقه که استاندارد صنعتی است، محاسبه می شود. هوای جابجا شده در (شکل 3-3) نمایش داده شده است.

ورودی ها

بار مواد (تن بر ساعت TPH ) = L

دانسیته بالک مواد (پوند بر فوت مکعب) = ρ

ضریب تبدیل (33.3) = k

ممکن است تجهیز دیگری وجود داشته باشد که هوا تولید کند. این تجهیز اغلب می تواند یک سنگ شکن، یک سیستم غبارنشان کف یا نوعی آسیا باشد. جریان هوای واقعی برای این تجهیزات را می توان اندازه گیری یا محاسبه نمود یا اغلب از سازنده تجهیز درخواست نمود. یک سیستم غبارگیر نیز می تواند در مقدار هوای یک نقطه انتقال تأثیر بگذارد، اما از جریان هوای کم می شود، چون هوا را مکش می کند. این جریانهای هوای خارجی به عنوان Qgen یا هوای تولید شده توسط تجهیزات دیگر مشخص می شوند.

جریان هوایی که توسط نقطه انتقال بوجود می آید، هوای کل Qtot گفته می شود. این هوا مجموع هوای جابجا شده، القایی، و تولید شده می باشد. این هوا عامل محرک در سرعت هوا از ناحیه نشست می باشد (منطقه 5 در شکل 3-1) و این هوایی است که از نقطه انتقال در محل خروج (محل 6 در شکل 3-1) بیرون می رود. این هوایی است که غبار را با خود حمل می کند، بنابراین این هوایی است که باید با کنترلهای مهندسی حداقل شود.

رابطه کل هوا به قرار زیر می باشد.

کل حجم هوا (فوت مکعب بر دقیقه CFM )ورودی ها

هوای القایی (CFM) = Qind

هوای جابجا شده (CFM) = Qdis

هوای تولید شده (CFM) = Qgen

 ارتباط داده ها

اطلاعات مورد نیاز برای محاسبه جریان هوا با هر روش از هر کانوایر جمع آوری شده است. سپس جریان هوا با استفاده از هر روش محاسبه شده است. جدول زیر این مقادیر جریان هوا را نشان می دهد.

جدول 4-1 جریان هوای محاسبه شده با روش تهویه صنعتی

 جدول 4-2 جریان هوای محاسبه شده با روش هندبوک کنترل غبار

جدول 4-3 جریان هوای محاسبه شده از روش Foundations
 

هر روشی باید با همان کاربرد مقایسه شود. این کار در نیروگاه هنپین انجام شده است.

سرعت واقعی هوا در هر نقطه انتقال با استفاده از یک لوله پیتوت اندازه گیری شده است. لوله پیتوت در خروجی شوت (محل 6 در شکل 3-1) قرار داده می شود. این سرعت در سطح مقطع شوت ضرب می شود تا جریان هوا بدست آید. این مقادیر در جدول زیر آمده است.

جدول 4-4 سرعتهای اندازه گیری شده و جریان هوای محاسبه شده

 بحث و بررسی

مقدار کل جریان هوای ایجاد شده در نقطه انتقال در بخش 3 محاسبه و در بخش 4 مرتبط شده اند. هر روش درصدی با واقعیت اختلاف دارد. این درصدها در شکل زیر نمایش داده شده است.

جدول 5-1 مقایسه جریان هوای محاسبه شده و اندازه گیری شده برای همه روشها

باید توجه داشت که هر روش برای پیش بینی جریان هوا، بیش از 10% از جریان هوای واقعی اختلاف دارد. باید روشی ایجاد شود که بهتر بتواند جریان هوای ایجاد شده در نقطه انتقال را بیان کند.

کانوایر F ارتفاع ریزش 35’ دارد. این یک مقدار ریزش پیوسته نبود، بلکه یک سری از ریزشهای کوچک بود. این فرض معقول است که هوای القایی از اولین ریزش از محل ورود (محل 1 در شکل 3-1) کشیده شود. وقتی جریان مواد با اولین نقطه برخورد می کند، همه این هوا خارج خواهد شد. بجای حرکت این هوا از میان نقطه انتقال، این هوا با ریزش بعدی کشیده خواهد شد. ریزش اول مقدار هوا در جریان مواد را محدود خواهد کرد. روش توضیح داده شده در هندبوک کنترل غبار برای درنظر گرفتن این اثر تغییر داده شد. اولین ارتفاع ریزش در محاسبات درنظر گرفته شد، و از ریزشهای بعدی صرفنظر شد.

جدول 5-2 مقایسه جریان هوا با استفاده از روش هندبوک کنترل غبار، ولی از نظر ریاضی از همه ریزشها به غیر از اولی صرفنظر شده است

جدول 5-2 نشان می دهد که فرض در مورد ارتفاع ریزش، خطای همه جریانهای القایی محاسبه شده را نزدیک هم نمود، ولی همه با ضریب 45% کمتر هستند. هندبوک کنترل غبار هوای جابجا شده را درنظر نگرفته است. وقتی این هوای جابجا شده طبق روش Foundations لحاظ شود، اختلاف نزدیک 0% خواهد شد. این در (جدول 5-3) نشان داده شده است.

جدول 5-3 مقایسه جریان هوا با استفاده از روش Foundations ، ولی از بقیه ریزشها به جز اولی صرفنظر شده است

هر روش نسبت به جریان هوای اندازه گیری شده یک اختلاف استاندارد و یک اختلاف متوسط دارد. این اختلافهای استاندارد و متوسط برای بدست آوردن منحنی های توزیع استاندارد برای هر روش بکار رفته است. این منحنی های توزیع در (شکل 5-1) ذیل نشان داده شده است.

 شکل 5-1 فروریزش آماری روشهای محاسبه جریان هوا

این فروریزش breakdown نشان میدهد که هر روش میتواند یک نماینده آماری جریان هوا باشد، ولی هیچکدام دقیقاً صحیح نیست.

روشهای مختلف می توانند بینشی به روشهای کاهش جریان هوا فراهم کنند. از آنجاییکه غبار در هوا حرکت میکند، بنابراین منطقی است که برای کاهش غبار، جریان هوا حداقل شود. هر بخش از معادلات تولید غبار باید برای تعیین بیشترین اثر روی هوای ایجاد شده، تحلیل شوند.

هوای جابجا شده

دو فاکتور که از هوای جابجا شده بدست می آیند، دانسیته بالک و دبی مواد می باشد. هر دوی این متغیرها نمی توانند تغییر کنند. دانسیته از خواص مواد است و جریان از پارامترهای طراحی سیستم انتقال مواد بالک است. چون هیچکدام نمی توانند تغییر کنند، هوای جابجا شده به عنوان خط مبنا درنظر گرفته می شود.

هوای تولید شده

هوای تولید شده توسط تجهیز دیگری ایجاد می شود که برای فرایند ضروری است، بنابراین نمی تواند حذف شود.

هوای القایی

مشابه هوای جابجا شده، فاکتورهایی در هوای القایی هستند که نمی توانند تغییر کنند. این فاکتورها بار مواد و اندازه ذرات است. بقیه فاکتورها، غیر از ضریب ثابت، می توانند در طراحی تغییر کنند. هر کدام از این فاکتورها تاثیر مستقلی روی هوای بوجود آمده دارند. اگر سطح بازی که می تواند وارد سیستم شود (Au) زیاد یا کم شود، جریان هوا بطور مستقیم کم یا زیاد می شود. اگر ارتفاع  سقوط آزاد (S) تغییر کند، هوا با ریشه سوم، توان دوم آن تغییر می کند.

اگر فرایند باز شدن جریان مواد بدون توجه به شرایط اتفاق بیافتد، خلأ بین ذرات بوجود خواهد آمد. این خلأ باید با هوا پُر شود، و منبع این هوا می تواند هر جایی باشد. اگر سطح جاییکه میتواند هوا وارد شوت شود، خیلی کوچک باشد که خلأ نتواند بطور کامل توسط این منبع تغذیه شود، خلأ هوا را از جاهای دیگر خواهد کشید. خلأ می تواند هوا را از منابع دیگر بکشد. خلأ می تواند همه هوا را از هوای القایی آزاد شده، بکشد. اگر سطح باز به صفر کاهش یابد، تمام فاکتور هوای القایی به صفر کاهش خواهد یافت.

در حالیکه سطح باز و ارتفاع ریزش هر دو می توانند در جریان هوا تاثیر بگذارند، هزینه و سختی تغییر ارتفاع ریزش، تغییر سطح باز را گزینه مطلوب تری می نماید.

به همین دلیل بیشتر تحقیقات در زمینه درزبندی نقطه انتقال انجام شده است. تکنولوژی هایی برای درزبندی شوت انتقال وجود دارند. این تکنولوژی ها، از نشیمنگاههای تخت زیر نوار، تا درزبندهای لاستیکی بین دیواره شوت و نوار، تا پرده های لاستیکی در محلهای ورود و خروج هستند. نشیمنگاه به همراه درزبند، یک درزبند کیپ روی نوار ایجاد می کند. پرده های لاستیکی را می توان برای درزبندی محلهای ورود و خروج جریان مواد به شوت بکار برد. بازشوهای داخل شوت می تواند با ورق فولادی یا لاستیکی پوشانده شود. لاستیک راه حل مطلوب تری است، چون خیلی انعطاف پذیر است و کار کردن با آن آسانتر از فولاد است، و در ضمن بدون منفذ است و می تواند برای محدود کردن هوا بکار رود. همچنین میتواند از اطراف هندسه های متحرک بریده شود.

این روشها در ذیل نشان داده شده است.

 شکل 5-1 نشیمنگاه نوار

  شکل 5-2 درزبند لاستیکی دیواره شوت

 شکل 5-3 پرده های ورود و خروج

 نتیجه گیری

با درنظر گرفتن انواع زغالی که امروز در صنعت حمل میشود، غبار همیشه وجود خواهد داشت. این غبار در شوتهای انتقال محصور خواهند شد یا اجازه داده خواهد شد که از محلهای خروجی منشر شوند.

روشهای مختلفی برای پیش بینی و بهبود اندازه و کارآیی یک سیستم کنترل غبار وجود دارد. "بهترین شیوه ها" برای پیش بینی جریان هوا و حداقل نمودن جریان هوا بوجود آمده اند.

با مروری بر همه روشهای مختلف محاسبه جریان هوا داخل یک نقطه انتقال شروع کنید. جریان هوای بالقوه را با هر روش مورد قبول در صنعت محاسبه کنید و آن ارقام را با مقدار جریان هوای واقعی در خروجی مقایسه کنید. روشهای بیان شده در کتابهای هندبوک کنترل غبار، راهنمای تهویه صنعتی و Foundations همگی یک نمود آماری از جریان هوا ارائه می نمایند، اما یک جریان اندازه گیری شده همیشه دقیق است.

سپس شکل ناحیه مسئله را مشاهده کنید و مشخص نمایید که غبار کجا تولید می شود. مشکلات واضح را از محل ورود به خروج اصلاح کنید، و تمام سطح نقطه انتقال را درزبندی نمایید. هنگام اصلاح هر منطقه، یک عبارت ساده را به یاد داشته باشید: "درزبند تمام بند". درزبندی نقطه انتقال به کاهش جریان هوا کمک خواهد کرد، جریان هوای غبارآلود را محصور نموده و اقتصادی ترین روش است. بعد از اینکه همه چیز درزبندی شد، دوباره جریان هوای خروجی را بررسی کنید تا نتیجه تلاشهای خود را ارزیابی نمایید.

در نهایت، اگر مشکل هنوز پابرجا بود، فرونشانی یا جمع آوری غبار را بررسی نمایید. هنگام مشخص کردن یک سیستم برای فرونشانی یا جمع آوری غبار، به یاد داشته باشید که سیستم را بر اساس جریان اندازه گیری شده و نه جریان محاسبه شده اندازه نمایید. در این صورت راه حلی مطابق با واقعیت ایجاد نموده اید.

تعیین کمی و کاهش جریان هوا، باعث می شود که کاربر یک سیستم غبارگیر به اندازه کافی بزرگ تعین نماید که کارآمد باشد، و نه آنقدر بزرگ که باعث اتلاف ظرفیت شود.

 

 

 منبع:

مقاله ی facts concerning dust and air شرکت مهندسی مارتین

نوشتن دیدگاه