浅谈热处理车间设计

摘要：现代化机械技术改造过程中，热处理生产是重要的一个环节，应该满足高的产品质量、高的生产效率、高的环境保护、低的成本与消耗要求。因此，热处理车间的设计应体现出技

术先进、经济合理、节省能源、少（无）排放、环境友好、方便操作等特点。

关键词：热处理；车间设计；通风排烟系统；冷却系统

中图分类号：S611文献标识码： A

在机械行业技术改造中，热处理车间是其中的一个重要组成部分。工厂的热处理车间(或工段)以中小型为主，过去未予足够重视又大多年久，设备比较陈旧，生产环境有所下降，设施布置方法原来就不够理想或欠完善，暴露的问题也越来越多，以致故障时有发生。

热处理车间的设计，除要求工艺分析正确，设备选择和平面布置合理，通风排烟系统设计环保外，还应将冷却循环系统方案设计好。热处理车间技术改造应当本着“既科学合理又符合生产实际需要，投资费用较少”的原则进行。

1热处理车间厂房的设计

1.1 车间厂房的设计

车间的设计应有利于车间的通风、排烟及除尘设备的安装，即有利于环保要求。热处理厂房的外墙、隔墙、地面及顶棚的设计采用防火、耐热结构与材料。

1.2 厂房的主要尺寸

（1）厂房的跨度和柱距。厂房柱距一般采用6m或6m的倍数。钢结构厂房可适当加大，一般为6～9m，在起重机起重量不大时，钢结构厂房的柱距在7.5m 较经济。厂房跨度≤18m时应采用3m的倍数，厂房跨度≥18m时应采用6m的倍数。

热处理车间柱距与跨度选择：厂房的跨度和柱距取决于生产规模、设备类型和平面布置。当采用钢结构厂房时，其跨度和柱距可根据工艺需要由结构专业做出技术经济比较后确定。

本热处理厂房为钢结构厂房，跨度采用24m，柱距采用8m。

（2）厂房的高度

厂房内应通风良好、温度适宜、阳光充足，这就要求厂房有足够的高度。热处理车间厂房的高度取决于产品的工艺需要和设备类型。井式炉应尽可能置于地坑内，以降低厂房高度。

在通常情况下，厂房高度的确定，可参考表1-1。本厂房高度采用9m。

表1-1厂房高度的确定

车间情况 下弦高度（m）

不设吊车的单件小批生产车间 6～7

设有吊车的成批生产车间 8～9

大批大量流水生产且有桥式起重机车间 10～11

需要特殊高度的车间，如有较长轴件的车间 计算决定

1.3 厂房的结构形式设计

除要求厂房有足够的高度，并设置足够的门窗、天窗（设计采用电动控制），便于空气流动，以减少车间内有害气体及粉尘的污染，同时还应设计与安装向外排除有害烟尘的通风、排烟及除尘装置。

车间厂房采用钢结构形式，并配合使用（阻燃）彩钢板。在车间易产生污染源的房顶处设计与安装通风排烟装置。

2.热处理车间的平面布置

在设计车间平面布置图纸时，除了将厂房、主要设备、附属房间、车间大门等主要尺寸标注在图纸上，还应标明设备的动力点、压缩空气供应点、水的供应点和排放点、通风排烟点及除尘点等。其原则如下。

（1）有利于车间通风、采光和改善劳动条件。所采用的可控气氛多用炉作为高大热处理设备，靠近内墙布置，便于车间的自然通风和采光。而自动校直机及中频感应加热炉、抛丸清理机作为小型设备和产生有害物质的设备，靠墙外布置，利于通风、排烟及除尘装置的安装。

（2）附属房间的设计。可控气氛多用炉所用的丙烷气、甲醇等属易燃、易爆物品，其供应间或减压间等设在厂房外，建成独立房间。为防火防爆安全起见，其房间承重结构设计宜采用钢筋混凝土结构，房顶设计宜采用轻质屋面板，房间安装的门窗设计要求呈开启状态（即向外开启状态）。

3 通风排烟、除尘系统的环保设计与安装

热处理生产过程中要产生大量的有害气体、油烟及粉尘等，必须及时处理并排放掉，以满足环保要求。当然废气最好燃烧后排放掉，这样可以最大限度地减少对环境的污染。更环保的方法是采用湿式过滤机，将可控气氛多用炉产生的废气用管道送到湿式过滤机，废气在湿式过滤机内同循环水幕进行交换，除掉废气中的有害物质再排放到空气中。湿式过滤机有利于净化空气、保护环境，而且设备的购置成本和运行成本都不高，完全符合当前国家环保要求。

3.1 通风排烟系统的环保设计与安装

采用全面通风排烟系统设计，车间房顶设计通风排烟点及天窗等。天窗的设计采用了电动开启系统，这样可以将室内废气及时排放掉，并将室外大量新鲜空气引入车间内，使车间空气中有害气体的浓度稀释到国标所允许的范围。

而且，在车间局部（如吊挂式抛丸机、连续清洗机、淬火压床及可控气氛多用炉用回火炉、清洗机及淬火油槽等处）设计与安装了通风排烟系统，即把有害气体、粉尘等从其发生源旁直接排走。经使用，其通风排烟效果明显，完全达到JB/T 5073《热处理车间空气中有害物质的限制》要求。

油烟处理更加环保的设计是采用油烟净化设备，如采用郑州机械研究所利用静电化原理生产的烟气净化设备对淬火油槽、回火炉及淬火压床使用过程中产生的油烟进行净化处理，从污染源头将排放油烟收集净化，因此可以保证对大气环境没有污染。

3.2 通风排烟管道的设计与安装

（1）通风排烟管道的设计应充分考虑到车间吊车、管线和其他设备的影响，可设计采用空中与地下布置形式。

（2）通风排烟管的壁厚一般为1.0~1.2 mm，管材最好选择耐腐蚀的镀锌板。采用咬接，咬口缝应紧密，宽度均匀，以免产生漏气。

（3）根据每一设备的排烟要求，可设计单一或几个排烟点的联合管道系统，有干线与支线。并设计出相应流量、功率等要求的通风机，以保证具有足够排烟能力。可控气氛多用炉选用4-72-10C型离心式通风机，其流量与功率分别为26 750 m3/h和7.5 kW；淬火压床排烟选用4-72型通风机，其流量与功率分别为3 709 m3/h和1.1 kW，完全可以满足排烟要求。经使用，效果良好。

（4）通风机安装时，执行《机械设备安装工程施工验收规范》（TJ 231（五）—1998）。

（5）通风排烟管支、吊架间距要求如下。

a.水平安装。在通风排烟管道直径小于400 mm时，其管道的支撑立柱、吊架间距不得大于4 m；在通风排烟管道直径大于或等于400 mm时，其管道的支撑立柱、吊架间距不得超过3 m。

b . 垂直安装。间距不应大于4 m，每根立管的固定件不应少于2个。

（6）车间向外排烟的烟囱高度

设计应高于15 m，一般要求高于车间房檐高度，以利于排烟。

3.3 排烟管道灭火装置的设计与安装

淬火油槽、淬火压床等使用的排烟管道，长期使用后管道内会残留有油垢，在遇明火时很容易燃烧。若处理不当，会发生火灾。

这是热处理车间经常着火的原因之一。在车间具备氮气源（如制氮机等）的条件下，可在排烟管道上分段设计并安装灭火点（即氮气排放口）。氮气灭火效果很好，加上本次工艺设计采用氮气-甲醇工艺，有制氮气机提供充足的氮气作为保证，因此本次设计采用氮气灭火案很方便。

3.4 除尘引风系统的设计与安装

渗碳淬火后的齿轮表面清理所采用的抛丸清理设备，在使用过程中常产生固体有害物，即热处理生产性的金属及混合粉尘等。本设计采用了吊挂式抛丸清理机，它的使用不仅密封效果相对较好，而且生产效率高，并大大降低操作者劳动强度。同时，除尘设备采用了除尘效果较好的滤筒式脉冲反吹除尘器。抛丸清理机安装在车间内部的外墙附近，这里容易安装相关引风与除尘系统，并设计成独立的房间，以满足环保要求。经使用，抛丸机除尘效果良好、环保、无污染。

更环保的方法是采用湿式除尘器，用风机将含金属粉尘的废气抽到湿式除尘器内，利用水幕除去金属粉尘，再将不含金属粉尘的气体排放到厂房外。

3.5 蒸气引风系统的设计与安装

在使用自动清洗机清洗齿轮的过程中，产生的热蒸气需要及时排放掉。若清洗设备靠近车间外墙附近安装，其蒸气引风系统的设计与安装同排烟系统一样相对比较容易；对于清洗机必须安装在车间中间，而且有吊车行走时，可以考虑将其设计成地下引风管道排布形式。本次设计采用后面方案，经过生产应用，清洗机蒸气引风效果很好，车间无污染。

4．冷却系统

闭式冷却塔循环冷却是目前热处理车间最新型的循环冷却方式，该方式以不用另设循环水池、占地面积少、布置灵活、节能环保、适应性广、综合效益好等优点，已在热处理车间中规模化成功使用，是目前热处理车间在大多数工况下循环冷却系统设计的首选。

4.1工作原理

闭式冷却塔将被冷却介质通过盘管与管外的空气和喷淋水进行热交换，形成了封闭循环系统，避免了被冷却介质与空气直接接触而导致污染，从而造成被冷却介质的浪费、设备堵塞等故障而影响正常使用。喷淋系统会在介质温度过高时( 超过设定的温度时) 自动启动，喷淋泵将水喷洒在湿热的盘管管壁上并形成水膜，通过蒸发吸收大量热量( 蒸发潜热) 。喷淋水一部分变成水蒸汽，被流动的空气带走，未被蒸发的水滴落在集水槽里供下一次循环。

4.2热处理车间应用闭式冷却塔的优点

4.2.1设施简单、布置灵活

闭式冷却塔大多数情况不需要在车间外部设置循环池、水泵房等其它结构设施，其为集成化设计，体积较小，布置起来比较灵活，为动力管线复杂、设备地坑多、通风换气多、供水供电量大的热处理车间的工艺布置带来很大的方便。

4.2.2节水、节电

闭式冷却塔的冷却介质( 水) 为全封闭内路循环，不需要在循环池里边一次注入大量的水，并且省去了从循环池至设备的供水泵，因此，节水、节电效果比较明显，综合经济效益较高。

4.2.3适应性广

闭式冷却塔可冷却的介质包括自来水、软水、淬火水、PAG 淬火液、淬火油等，基本上包括了热处理车间大多数冷却介质，适应性非常广。

4.2.4 环保

闭式冷却塔全封闭循环，既保护了冷却介质不被空气污染，也避免了介质对空气的污染，喷淋水的蒸发量减少，也会减小对环境的影响。

5.结语

随着人们提倡低碳环保，建设绿色工厂意识的深化，热处理车间设计的要求也将越来越高，结构简单，布置灵活、节能环保、适应强、综合经济效益高的设计方案将会有着更广阔的应用前景。

参考文献：

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