裝焊車間內(nèi)焊接煙塵的治理
裝焊車間內(nèi)焊接煙塵的治理
呂琳 吳芳谷
焊接煙塵的80%～90%來(lái)源于焊條藥皮和焊芯。J 422型焊條的主要成分是金屬氧化物，其中 以鐵的氧化物為主，約占一半左右。據(jù)報(bào)道，J 422焊條的發(fā)塵量平均為7.5 g/kg左右，煙 氣粒度0.10～1.25 μm，煙塵中錳化合物(以MnO2計(jì))約占7.5%［1］。焊接時(shí)產(chǎn)生 的有害氣體主要是O3、NOx、CO、HF等。通風(fēng)不良時(shí)環(huán)境空氣中O3和NOx可達(dá)到0.5 mg/m 3和20 mg/m3。用J 422焊條焊接車臺(tái)架時(shí)，焊接危害治理目標(biāo)成分應(yīng)該是焊接煙塵。
一、車間概述
某汽車配件廠裝焊車間廠房占地1 200 m2，生產(chǎn)過(guò)程中10臺(tái)車臺(tái)架(南北各5臺(tái))180°旋轉(zhuǎn) 焊接，每臺(tái)車臺(tái)架有2～3人采用手工電弧焊同時(shí)操作，在車間一側(cè)同時(shí)有地面補(bǔ)焊及CO2 保護(hù)焊各1處。焊接時(shí)產(chǎn)生大量焊接煙塵和有害氣體彌漫于車間內(nèi)。除在廠房上部安裝幾臺(tái) 排氣扇外，未采取其他治理措施。
二、治理方案設(shè)計(jì)
由于車臺(tái)架焊接操作時(shí)需180°旋轉(zhuǎn)，且車間上部有天車運(yùn)行，一般排風(fēng)罩無(wú)法布置，故采 用了天車頂部送風(fēng)與設(shè)置地下風(fēng)道排風(fēng)相結(jié)合的通風(fēng)方式。對(duì)CO2保護(hù)焊及不定位地面焊 產(chǎn)生的煙塵采用側(cè)吸方式進(jìn)行捕集，將有毒有害煙塵控制在工人呼吸帶以下，經(jīng)平底回轉(zhuǎn)反 吹式袋式除塵器凈化后排放。受廠房上部房梁位置所限，天車上部的送風(fēng)系統(tǒng)共分5套，每套送風(fēng)系統(tǒng)為2臺(tái)車臺(tái)架送風(fēng)， 送風(fēng)口距工人操作位高度為7.7 m，每套送風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)風(fēng)量12 000 m3/h，選擇風(fēng)量為15 0 00 m3/h的風(fēng)機(jī)，風(fēng)機(jī)置于廠房頂部。為使送風(fēng)均勻分布于每臺(tái)車臺(tái)架的操作位，每個(gè)車 臺(tái)架上部均設(shè)2個(gè)并列為一組的靜壓箱，其作用相當(dāng)于空調(diào)設(shè)計(jì)中孔板送風(fēng)時(shí)的穩(wěn)壓層。靜 壓箱下部設(shè)5個(gè)管嘴為氣流出口。有的車臺(tái)架位于房梁下方，而天車頂部與房梁下部沒(méi)有足 夠空間布置送風(fēng)管道，則從房梁兩側(cè)分設(shè)3孔及2孔靜壓箱。圖1為送風(fēng)系統(tǒng)3示意圖。由空氣動(dòng)力學(xué)阻力計(jì)算確定靜壓箱參數(shù)，保證距氣流出口7.7 m的產(chǎn)塵位置送風(fēng)氣流分布均 勻，并能抑制焊接煙塵上揚(yáng)。
設(shè)靜壓箱出口處風(fēng)速為20 m/s，依射流軸心速度衰減公式［2］：Vx/V0=0.48/(ax/d0+0.145)。式中：Vx：射程x處的射流軸心速度，m/s；V0：射流出口速度，m/s；x：射流斷面至噴嘴的距離，m；d0：噴嘴直徑，m；a：紊流系數(shù)。
計(jì)算可得：Vx=1.70 m/s時(shí)既能達(dá)到控制風(fēng)速的要求，也可滿足《采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié) 設(shè)計(jì)規(guī)范》(GBJ 19-87)對(duì)系統(tǒng)式局部送風(fēng)的規(guī)定。
1：5孔靜壓箱；2：送風(fēng)出口管嘴；3：2孔靜壓箱；
4：3孔 靜壓箱；5：消聲器；6：風(fēng)機(jī)
圖1 送風(fēng)系統(tǒng)3示意圖
排風(fēng)系統(tǒng)由設(shè)置于地下的風(fēng)道和車臺(tái)架附近的排風(fēng)罩、CO2保護(hù)焊及不定位地面焊附近的 排風(fēng)軟管組成，設(shè)計(jì)風(fēng)量為75 000 m3/h。由于工人焊接時(shí)車臺(tái)架不時(shí)旋轉(zhuǎn)，故車臺(tái)架工 位的排風(fēng)口只能設(shè)于地面。每臺(tái)車臺(tái)架設(shè)2個(gè)排風(fēng)口，風(fēng)口設(shè)計(jì)風(fēng)量為3 230 m3/h。為防 止廢棄的焊條料頭掉入風(fēng)口堵塞風(fēng)道，排風(fēng)口處均設(shè)有網(wǎng)格狀活動(dòng)蓋板，其下的風(fēng)口處設(shè)一 活動(dòng)提筐，可將掉入的焊條頭及雜物收集起來(lái)并及時(shí)清理。
每臺(tái)車臺(tái)架處的排風(fēng)支管道從 地下匯集于主管道，CO2保護(hù)焊及不定位地面焊附近產(chǎn)生的煙塵由設(shè)于操作臺(tái)上的排風(fēng)罩 經(jīng)排風(fēng)軟管從地下匯集于主管道，CO2保護(hù)焊及不定位地面焊操作處的設(shè)計(jì)排風(fēng)量分別為2 000 m3/h和1 000 m3/h。整個(gè)排風(fēng)系統(tǒng)均經(jīng)過(guò)阻力平衡計(jì)算，并在系統(tǒng)調(diào)試階段以風(fēng) 量調(diào)節(jié)閥調(diào)平。
三、治理效果
治理前作業(yè)場(chǎng)所電焊煙塵濃度為5.0～10.5 mg/m3，平均8.6 mg/m3，超過(guò)國(guó)家衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn) ，其中zui高超標(biāo)近1倍。送、排風(fēng)系統(tǒng)安裝完畢后進(jìn)行了系統(tǒng)調(diào)試，車臺(tái)架操作位控制點(diǎn)(工人呼吸帶)風(fēng)速為2.1～3 .0 m/s，每臺(tái)車臺(tái)架處排風(fēng)風(fēng)量為7 258～9 418 m3/h，10臺(tái)車臺(tái)架總排風(fēng)量為77 846 m3/h。CO2保護(hù)焊及不定位地面焊處側(cè)吸罩罩口風(fēng)速為1.50～2.55 m/s，排風(fēng)風(fēng)量為3 336 m3/h，均達(dá)到設(shè)計(jì)要求。
經(jīng)衛(wèi)生防疫部門(mén)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)，治理后作業(yè)場(chǎng)所有害物濃度見(jiàn)表1，作業(yè)場(chǎng)所5種有害物濃度均 低于國(guó)家衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。
表1 治理后作業(yè)場(chǎng)所有害物質(zhì)濃度(mg/m3)
有害因素 濃度范圍 平均濃度 國(guó)家衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)
CO2 0.04～0.06 0.05 0.1
NOx 0.08～0.23 0.14 5.0
HF <0.47 <0.47 1.0
電焊煙塵 1.05～3.68 2.85 6.0
錳煙(MnO2) 0.07～0.21 0.14 0.2
四、討論
手工電孤焊的主要危害因素是煙塵和錳化合物。研究表明，*吸入錳化合物可發(fā)生慢性錳 中毒，*吸入電焊粉塵可發(fā)生電焊工塵肺。為此，許多國(guó)家對(duì)焊接作業(yè)環(huán)境制訂了專門(mén)安 全衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。如美國(guó)、日本規(guī)定的錳(無(wú)機(jī)化合物)zui高容許濃度為5mg/m3。焊接學(xué) 會(huì)(IIW)也有專門(mén)的標(biāo)準(zhǔn)。我國(guó)《工業(yè)企業(yè)設(shè)計(jì)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(TJ 36-79)中的錳及其化合 物(換算成MnO2)zui高容許濃度為0.2mg/m3是泛指高毒性錳塵。我國(guó)頒布的《車間空氣 中電焊煙塵衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB 16194-1996)規(guī)定車間空氣中zui高容許濃度為6 mg/m3。
該治理方案在滿足生產(chǎn)工藝的情況下，合理進(jìn)行了送、排風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，采用天車頂部送風(fēng) 與設(shè)置地下風(fēng)道排風(fēng)相結(jié)合的通風(fēng)方式，將有害煙塵控制在工人呼吸帶以下，治理效果較顯 著。但由于資金所限，送風(fēng)系統(tǒng)未設(shè)空調(diào)或加熱裝置，冬季使用無(wú)法滿足工效學(xué)要求。
呂琳（100020 北京市勞動(dòng)衛(wèi)生職業(yè)病防治研究所）
吳芳谷（北京市勞動(dòng)保護(hù)科學(xué)研究所）
參 考 文 獻(xiàn)
1， 朱序璋，戴天興，張曉鋒，等.箱形長(zhǎng)鋼梁內(nèi)焊接危害分析與對(duì)策.中國(guó)安全科學(xué)學(xué)報(bào)，1993，3：24-30.
2，清華大學(xué)，等編.空氣調(diào)節(jié).北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1981.234-235.
焊接煙氣中的煙塵是一種十分復(fù)雜的物質(zhì)，已在煙塵中發(fā)現(xiàn)的元素多達(dá)20種以上，其中含量zui多的是Fe、Ca、Na等，其次是Si、Al、Mn、Ti、Cu等。焊接煙塵中的主要有害物質(zhì)為Fe2O3、SiO2、MnO、HF等，其中含量zui多的為Fe2O3，一般占煙塵總量的35.56%，其次是SiO2，其含量占10～20％，MnO占5～20％左右。焊接煙氣中有毒有害氣體的成份主要為CO、CO2、O3、NOX、CH4等，其中以CO所占的比例zui大。由于有毒有害氣體產(chǎn)生量不大，且氣體成份復(fù)雜，較難定量化，本環(huán)評(píng)僅作定性分析，而對(duì)焊接煙塵則作定量化分析。焊接煙塵主要來(lái)自焊條的藥皮，少量來(lái)自焊芯及被焊工件，根據(jù)有關(guān)資料調(diào)查，焊接煙塵的產(chǎn)生量與焊條的種類有關(guān).
各種類型焊條熔化時(shí)的產(chǎn)塵系數(shù)
序號(hào) 焊條種類 產(chǎn)塵系數(shù)（g/kg）
1 鈦鈣型焊條 6.8～7.2
2 低氫型焊條 8.9～15.6
3 錳型焊條 10.3～18.3
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