基于现场检测和数值模拟方法研究清花车间棉尘产生特征

摘要/Abstract

摘要：

目的了解某棉纺纱企业清花车间内棉尘产生特征，为清花车间棉尘工程防护设施设计提供参考依据。方法 2024年7月，按照国家相关标准要求，对西北地区某棉纺纱企业清花车间内工作场所的棉尘进行采集，并对检测结果进行分析；结合Fluent软件模拟结果，分析西北地区某棉纺纱企业清花车间棉尘产生特征。结果西北地区某棉纺纱企业清花车间内，异纤机异纤收集袋附近棉尘C_PE浓度为2.60 mg/m³，抓棉机棉包附近为0.77 mg/m³；不同工作班制下，该车间棉尘的职业健康风险等级均为中等及以上；异纤收集袋1 m处的棉尘浓度与其他检测点位浓度比较差异有统计学意义（P<0.05）；棉尘理化性质分析表明，车间内90%的棉尘粒径小于1 μm；Fluent模拟结果显示，车间内3个异纤收集袋是棉尘污染的主要来源；模拟结果与现场实测浓度高度一致。结论西北地区某棉纺纱企业清花车间棉尘以小于1 μm的有机物质为主，主要来源于异纤收集袋，导致了巡检路线的棉尘浓度增加，影响了劳动者作业环境。

关键词: 清花, 棉尘, 棉纺纱, Fluent模拟

Abstract:

Objective To analyze the characteristics of cotton dust generation in the cleaning workshop of a cotton spinning enterprise and provide a reference for the design of engineering protective facilities for cotton dust in the workshop. Methods In July2024，following relevant national standards，the cotton dust samples were collected from the workplace of the cleaning workshop in a cotton-spinning enterprise in Northwest China，and the test results were analyzed. Combined with Fluent software simulation results，the characteristics of cotton dust generation in the cleaning workshop of a cotton-spinning enterprise in Northwest China were studied. Results In the cleaning workshop of a cotton spinning enterprise in Northwest China，the CPE concentration of cotton dust near the foreign fiber collection bag of the foreign fiber machine was 2.60 mg/m³，and that near the cotton bale of the cotton grabbing machine was 0.77 mg/m³. Under different work shifts，the occupational health risk level of cotton dust in the workshop was moderate or higher. The cotton dust concentration at 1 m from the foreign fiber collection bag showed a statistically significant difference compared to the concentrations at other measurement points（P<0.05）. The physicochemical analysis of cotton dust indicated that 90% of the cotton dust particles in the workshop had a diameter smaller than 1 μm. Fluent simulation results revealed that the three foreign fiber collection bags in the workshop were the primary sources of cotton dust pollution. The simulation results were highly consistent with the measured concentrations on-site. Conclusion The cotton dust in the cleaning workshop of the cotton spinning enterprise in Northwest China is primarily composed of organic substances with particle sizes smaller than 1 μm，mainly originating from the foreign fiber collection bags，which leads to increased cotton dust concentrations along the inspection routes，adversely affecting the working environment for employees.

Key words: Clearing, Cotton dust, Cotton spinning, Fluent simulation

中图分类号:

R134.2

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图/表 12

图1 西北地区某棉纺纱企业清花车间布局及劳动者主要作业路线注：1—除尘机；2—异纤机；3—异纤机异纤收集袋；4—精开棉机；5—多仓混棉机；6—单轴流开棉机；7—重物分离器；8—抓棉机；9—分流机构；10—异纤机和多仓机混棉机机构；红色虚线箭头为劳动者主要作业路线。

图2 某棉纺纱企业清花车间几何模型的构建

表1 某棉纺纱企业清花车间FLUENT模拟设置参数详情

条件	参数设定	条件	参数设定
喷射源类型	面射源	粒径分布指数	1.52
材质	棉尘	初始速度	3.95 m/s
粒径分布	Rosin-Rammler	壁面边界条件	反弹
最小粒径	0.04 μm	质量流速	1.0×10^-5kg/s
最大粒径	1.23 μm	阻力特征	球形颗粒
中粒径	0.55 μm

表2 某棉纺纱企业不同工作班制下棉尘职业健康风险评估

工作班制	每班接触时间（h）	每周接触时间（h）	接触浓度（E）	折减后接触限值（OEL）	E/OEL	接触等级（ER）	风险指数（R）	风险等级
常白班	6	30.00	1.00	1.00	1.00	4	3	中等风险
常白班	8	40.00	1.00	1.00	1.00	4	3	中等风险
四班三倒	8	42.00	1.00	0.93	1.08	4	3	中等风险
四班两倒	10	35.00	1.00	0.70	1.43	4	3	中等风险
四班两倒	12	42.00	1.00	0.50	2.00	5	4	高风险
三班两倒	10	46.67	1.00	0.70	1.43	4	3	中等风险
三班两倒	12	56.00	1.00	0.50	2.00	5	4	高风险
三班三倒	6	42.00	1.00	0.93	1.08	4	3	中等风险
三班三倒	8	56.00	1.00	0.62	1.61	4	3	中等风险
二班二倒	10	70.00	1.00	0.44	2.27	5	4	高风险
二班二倒	12	84.00	1.00	0.31	3.23	5	4	高风险

图3 某棉纺纱企业清花车间内异纤收集袋和抓棉机棉包附近水平方向棉尘浓度分布注：A—异纤收集袋；B—抓棉机棉包；aP<0.05。

图4 某棉纺纱企业清花车间内异纤收集袋和抓棉机棉包附近垂直方向棉尘浓度分布注：A—异纤收集袋；B—抓棉机棉包。

表3 某棉纺纱企业清花车间内棉尘的粒径分布及灰分含量

D10（μm）	D₅₀（μm）	D₉₀（μm）	体积平均径（μm）	灰分含量（%）
0.04	0.66	1.04	0.55	0.58

图5 某棉纺纱企业清花车间内棉尘电子扫描电镜图

图6 某棉纺纱企业清花车间内呼吸带高度（y=1.50 m）清花车间风流速度

图7 某棉纺纱企业清花车间内风流速度轨迹

图8 某棉纺纱企业清花车间内呼吸带高度棉尘质量浓度分布情况

图9 某棉纺纱企业清花车间内模拟与实测棉尘浓度对比

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