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)約占7.5%［1］。焊接時產(chǎn)生 的有害氣體主要是O3、NOx、CO、HF等。通風(fēng)不良時環(huán)境空氣中O3和NOx可達到0.5 mg/m 3和20 mg/m3。用J 422焊條焊接車臺架時，焊接危害治理目標成分應(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)過程中10臺車臺架(南北各5臺)180°旋轉(zhuǎn) 焊接，每臺車臺架有2～3人采用手工電弧焊同時操作，在車間一側(cè)同時有地面補焊及CO2 保護焊各1處。焊接時產(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 排氣扇外，未采取其他治理措施。
二、治理方案設(shè)計
由于車臺架焊接操作時需180°旋轉(zhuǎn)，且車間上部有天車運行，一般排風(fēng)罩無法布置，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CO2保護焊及不定位地面焊 產(chǎn)生的煙塵采用側(cè)吸方式進行捕集，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臺車臺架送風(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)計風(fēng)量12 000 m3/h，選擇風(fēng)量為15 0 00 m3/h的風(fēng)機，風(fēng)機置于廠房頂部。為使送風(fēng)均勻分布于每臺車臺架的操作位，每個車 臺架上部均設(shè)2個并列為一組的靜壓箱，其作用相當于空調(diào)設(shè)計中孔板送風(fēng)時的穩(wěn)壓層。靜 壓箱下部設(shè)5個管嘴為氣流出口。有的車臺架位于房梁下方，而天車頂部與房梁下部沒有足 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。由空氣動力學(xué)阻力計算確定靜壓箱參數(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。
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)。
計算可得：Vx=1.70 m/s時既能達到控制風(fēng)速的要求，也可滿足《采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié) 設(shè)計規(guī)范》(GBJ 19-87)對系統(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
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)道和車臺架附近的排風(fēng)罩、CO2保護焊及不定位地面焊附近的 排風(fēng)軟管組成，設(shè)計風(fēng)量為75 000 m3/h。由于工人焊接時車臺架不時旋轉(zhuǎn)，故車臺架工 位的排風(fēng)口只能設(shè)于地面。每臺車臺架設(shè)2個排風(fēng)口，風(fēng)口設(shè)計風(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)格狀活動蓋板，其下的風(fēng)口處設(shè)一 活動提筐，可將掉入的焊條頭及雜物收集起來并及時清理。
每臺車臺架處的排風(fēng)支管道從 地下匯集于主管道，CO2保護焊及不定位地面焊附近產(chǎn)生的煙塵由設(shè)于操作臺上的排風(fēng)罩 經(jīng)排風(fēng)軟管從地下匯集于主管道，CO2保護焊及不定位地面焊操作處的設(shè)計排風(fēng)量分別為2 000 m3/h和1 000 m3/h。整個排風(fēng)系統(tǒng)均經(jīng)過阻力平衡計算，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)場所電焊煙塵濃度為5.0～10.5 mg/m3，平均8.6 mg/m3，超過國家衛(wèi)生標準 ，其中zui高超標近1倍。送、排風(fēng)系統(tǒng)安裝完畢后進行了系統(tǒng)調(diào)試，車臺架操作位控制點(工人呼吸帶)風(fēng)速為2.1～3 .0 m/s，每臺車臺架處排風(fēng)風(fēng)量為7 258～9 418 m3/h，10臺車臺架總排風(fēng)量為77 846 m3/h。CO2保護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，均達到設(shè)計要求。
經(jīng)衛(wèi)生防疫部門現(xiàn)場監(jiān)測，治理后作業(yè)場所有害物濃度見表1，作業(yè)場所5種有害物濃度均 低于國家衛(wèi)生標準。
表1 治理后作業(yè)場所有害物質(zhì)濃度(mg/m3)
有害因素 濃度范圍 平均濃度 國家衛(wèi)生標準
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，許多國家對焊接作業(yè)環(huán)境制訂了專門安 全衛(wèi)生標準。如美國、日本規(guī)定的錳(無機化合物)zui高容許濃度為5mg/m3。焊接學(xué) 會(IIW)也有專門的標準。我國《工業(yè)企業(yè)設(shè)計衛(wèi)生標準》(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。我國頒布的《車間空氣 中電焊煙塵衛(wèi)生標準》(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，合理進行了送、排風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計，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，冬季使用無法滿足工效學(xué)要求。
呂琳（100020 北京市勞動衛(wèi)生職業(yè)病防治研究所）
吳芳谷（北京市勞動保護科學(xué)研究所）
參 考 文 獻
1， 朱序璋，戴天興，張曉鋒，等.箱形長鋼梁內(nèi)焊接危害分析與對策.中國安全科學(xué)學(xué)報，1993，3：24-30.
2，清華大學(xué)，等編.空氣調(diào)節(jié).北京：中國建筑工業(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)評僅作定性分析，而對焊接煙塵則作定量化分析。焊接煙塵主要來自焊條的藥皮，少量來自焊芯及被焊工件，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的產(chǎn)塵系數(shù)
序號 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
