通风柜排气系统运行的常见问题

发布日期:2020-03-30 来源:软旗科技 分类: 技术文章

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多年以来,污染物控制/实验室排气系统行业频繁听到“我的通风柜不能正常运行”这一句话。

 

大多数刚开始职业生涯的我们对这一评论感到沮丧,并且最终会发现这个也是想要高效的排气系统和专注于排气系统最切实的部分-通风柜的人的呼吁。从技术上讲,客户是100%正确的。如果废气从通风柜密闭区域逸出,则通风柜不能正常运行 我们只需要添加两个词就可以使该句子无论在技术上,还是整体上都正确:“通风柜排气系统不能正常运行

 

当通风柜“不合格”时,整个系统的任何问题(排风机,管道系统,建筑构造,新风机组,自动调节阀门)都可能导致通风柜污染物控制失效。作为通风柜制造商,我们努力使我们的通风柜性能稳健,有能力克服其他实验室排气系统组件中的小问题。但是,主要的系统问题将始终对系统污染物控制构成威胁。

 

下述情况涉及在实验室中检测到的废气。这种情况经常是通过ASHRAE 110污染物控制测试发现或验证的。该测试可以概括为示踪气体,通常是将六氟化硫(SF6)扩散到通风柜中。传感器放置在距离柜子拉门平面3英寸的人体模特呼吸区内。如果在人体呼吸区中检测到的SF6浓度为大于或者等于0.050ppm时,检测人员将开始寻找可能会对通风柜污染物控制产生不利影响的事物。

 

1.一些早期的通风柜设计会溢出废气,因为在抬起拉门时烟雾会困在拉门玻璃和旁通之间。这只是众多例子之一。

2.管道泄漏,管道中的碎屑,风扇皮带断裂以及VAV阀门也都是一些示例。

 

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案例

 
 
本文将着眼于从我几十年的实验室经验中选择的六个“案例”。从这些案例中,我将推荐一种用于“解决”经常发生的污染物控制问题的步骤。每个案例研究都是图表上六个类别之后的相应类别的特定示例。

 

案例一、排风机不运行

 

在大学放假期间,有一次,我试图对通风柜的密闭性进行现场测试但我无法启动这些装置。这个通风柜没有单独的“开/”按钮。我只能盯着尚未标记的断路器,其中一个或多个断路器可以启动这些通风柜。最终,我发现排风机是“三相”电气设备,需要继电器将所有三根导线一次连接到排风机上。一旦找到这些继电器开关并使它们运行,排风机就会启动。这次经验告诉我,任何人被分配到施工现场测试排气系统都应该预先安排一名施工负责人在场,以使事情正常进行。在第一次访问时因为没有人熟悉该系统,为了打开复杂的排气系统,第二天不得不回到工作现场是没有意义的。

 

案例二、通风柜中发生意外腐蚀,不会产生其他任何明显状况

 

许多年前,一家石油勘探公司开始在一个配有新通风柜的新实验室中进行研究工作。这是我见过的第一个VAV(可变风量)通风柜。尽管实验室中装满了通风柜,但由于VAV系统自动降低了流速,所以它安静得令人惊讶,并且没有任何难闻的气味!

 

我注意到,根据设计,通风柜在上部结构的顶部没有旁路。这些旁路此时在通风柜中很常见,因为它允许恒定体积的系统在关闭拉门时,打开一条通向通风柜顶部上腔,作为备用空气通道。当通风柜拉门时,此功能减少了面风速的增加。但这是VAV通风柜。随着拉门的关闭,它减少了空气的吸入,从而无需旁通。因此,使用较少量的空气排出了污染物烟雾。恒定体积旁路系统CAV)VAV备用系统如下图所示:

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封闭式的通风柜系统和风门系统运行良好。当我测试面风速时,它一直保持恒定直到只剩下1英寸的气翼底槽。

 

一直保持100英尺每分钟(FPM)。(注意,这是一个早期的系统!)

 

然而,使用不到两周后,通风柜内的所有不锈钢设备似乎都变成了锈红色。这些通风柜唯一的用途是用20%的盐酸在热板上消解小型手表玻璃中的石灰石。在此过程中的大多数时间,拉门都是关闭的。

 

在关闭拉门期间(全部从气翼底部通过),我们计算出通风柜的总排气量为每分钟49立方英尺(CFM)。该排气量相当于每分钟约1次换气(ACPM)。该速率不足使盐酸蒸气从柜子内部排出,从而导致腐蚀。经过进一步的实验后,我们确定大约需要每分钟5次换气(ACPM)才可防止出现此问题。既然1英寸气翼底槽产生1 ACPM,我们打开4英寸的旁通,即可获得5 ACPM,最后,再也不会腐蚀! 1987年以来,已经出现了确保VAV系统提供最少换气量的其他方法。这个话题超出了本文的范围,但是对于通风柜的安全性和产品实用性非常重要。 对于酸和易燃蒸气,腐蚀和爆炸通常是非常小的换气量带来的不利后果。

 

请参见下图,显示了如何处理早期VAV腐蚀问题。

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案例三、在打开或者降低拉门时,废气会从通风柜内逸出

 

尽管设计不当的CAV通风柜在快速移动拉门时会失去污染物控制能力,设计良好但维护不充分的VAV系统也可能表现出相同的问题。对于这些VAV系统,问题通常是由测量的延迟或控制元件的响应的延迟引起的。因此,问题的根源是面风速传感器的设计或阀门系统应该对传感器的输出做出适当的响应。

 

A、面速度传感器通常通过布置在两侧或气翼底部传感器测量进入通风柜的气流,传感器通常采用热敏电阻或热线技术。一些设计使用算法和风管系统中的速度压力读数来测量拉门位置并推断面速度(此示例中有两个独立的传感器)。如果这些传感器的灵敏度发生变化或出现故障,则可能会导致对拉门响应变慢或更糟糕的情况发生。可以通过严格的预防性维护程序来防止传感器退化或故障。

 

B、阀门系统需要机械运动来控制排气量的增加或减少。较旧的阀门系统可能会由于各种原因而减慢速度,其中包括致动器磨损或转子轴磨损/腐蚀。同样,可以通过严格的预防性维护程序防止此类机械损耗或故障。

 

C、VAV拉门响应缓慢的另一个较不常见的原因是使用VAV传感器控制风扇每分钟旋转(RPM),而不是阀门位置。这种类型的控制系统要求风扇在吞吐量需求发生变化时迅速改变RPM。由于风扇通常具有很大的角动量,因此转速变化比阀门容积控制要慢。

 

在上述任何情况下,ASHRAE 110-2016第6节概述了拉门响应时间的测量方法和含义。尽管可接受的响应时间范围尚未达成共识,但ANSI / AIHA Z 9.5建议该时间应小于3秒(第6.3.4.2节)。

 

案例四、尽管没有管道泄漏或破裂,但任何一个通风柜运行后,所有建筑空间内均显示有示踪气体的存在。

 

我在德克萨斯州的一个农村设施中看到了这种情况,那里有大约五个新安装的通风柜。柜子的各个方面均正常,除了ASHRAE测试期间的示踪气体出现在建筑物的各处,甚至在办公室区域。我们询问了建筑物的新风口位置,并被告知所有空气是由建筑物背风侧的单个超级进气口引入的。我们还进行了烟雾测试,并观察到排出的废气通过相当短的烟囱离开建筑物,沿着屋顶线掠过,然后越过建筑物边缘进入进气口。当进气口有问题时,每个通风柜却还正常运行。最终,我们意识到问题的解决在于纠正新风入口或者增加排气管的高度。

 

案例五、所有通风柜设备都显示出极低的面风速。(通常在尚未进行调试的地方看到)

 

在所有柜子中一个新的带有十二个通风柜的设备显示出低排气面风速。我们对糟糕的结果一致感到惊讶,因为其中涉及三个单独的排气扇。我们最后再次回到屋顶,要求关闭风扇并“减速”一下。“减速”三相风机意味着要求给它们快速的“摇动”电源,以便可以观察到旋转方向。所有这些案例中,风扇都向反方向跑。离心风扇向正确的方向旋转才会抽风,但如果向反方向运转,效率会降低。纠正这种情况后,风扇全部以适当的排气水平运行,并且通风柜的面风速正常。

 

案例六、排气系统或通风柜面风速似乎完全没有问题,但是大约一分钟后,通风柜上的废气就冒出来了!

 

一个新的具有高面风速的高氯酸柜设备运行了大约90秒,然后人体模型SF6检测器开始出现明显的示踪气体。当单独检查时,此情况存在于整个实验室中。SF6也出现在同一楼层的相邻实验室中。是时候去实验室屋顶了。

 

我们发现一条装饰性裙摆被放置在一组难看的“屋顶穿透物”周围,以使屋顶线条更具吸引力。裙边区域的内部是同一实验室的高氯酸盐烟囱和新风口。我们暂时关闭了进气口,柜子密封测试是成功的。我们建议施工现场负责人纠正这种情况。这种类似的问题是非常普遍的,这也是进行ASHRAE 110现场测试的另一个原因。

 

总结:

 

以上例子以一种或另一种形式说明了通风柜系统“不工作”的常见原因。设计缺陷,维护问题或美学功能冲突的整体情况显然更加复杂。更多细节可以关注ICT2公众号或者参考如下文章:

 

表格:

 

下面的总结图表显示了六个主要的控制问题,它们可能代表通风柜8/2原理中的8。在事情未按计划进行时,十四个问题和六个诊断都有助于建筑设计师和项目经理确定良好的设计技术和“告知”通常出现的问题。

 

作者邀请各位对本文和图表发表任何评论,这些评论作为额外的经验将使经验得来的总结更全面!

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本文作者:Dr. Robert Haugen

本文翻译:夏杰

转载请联系!

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