机械厂旧式高大厂房焊接烟尘综合治理

高大厂房焊接烟尘的治理一直是一个技术难题,通过分层通风技术可以有效地解决焊接烟尘的污染问题.

焊接烟尘的治理是一项国际性技术难题,其困难主要表现在以下几个方面：

1.焊接烟尘粒径小,其粒径在0.01-5μm,滤除困难；

2.焊接工位的多变性,使得焊接烟尘捕捉困难；

3.焊接烟尘热气流滞留特性,普通通风技术除尘困难；

4.焊烟除尘设备投资大,运行费用高,投入困难；

5.北方冬季气温较低,难以保证室内温度.

欧洲自20世纪20年始对焊接烟尘的危害进行研究,并立法对焊接烟尘进行治理.国内近10年来,已有越来越多的企业应用了焊烟治理设备,生产环境正得到逐步改善,但依然有很多焊接车间未采取任何治理措施.

青海油田机械厂始建于1993年,原设计主要功能是发动机修理和机械加工,多为单跨度高大厂房,只在厂房两侧高处设有通风设施.后因形势的发展和油田实际需要,逐步发展成以容器制造、抽油机加工为主业.厂内目前的烟尘、粉尘主要来源于抽油机车间、压力容器车间、工程项目部等焊接场所.随着机械厂生产规模和工业产值的不断攀升,各车间生产产品的种类、规模、数量也日益增大,从事焊接作业、机械加工及热处理的人员和工作量的不断增多,产生的烟尘、粉尘量也急剧增大.由于原设计的通风能力过小,安装位置过高,无法有效排除烟尘,夏季采用开门、开窗户的方式进行排烟.冬季为保持厂房温度将门、窗关闭,烟尘无法排除.图1为某焊接车间的状况,污染十分严重,极大危害了员工的身体健康.

各厂房原配置的通风设备已远远不能满足目前安全环保、职业健康的要求,存在诸多问题,主要表现在：

（1）固定通风设备老化、损坏.一部分是1993年建厂时设计安装的,一部分是2006年通风设备整改时更换的,大部分运行至今已不能发挥正常有效的功能.设备、电气线路老化,存在较大的安全隐患.

（2）通风设备功率不足,设备是按各车间原发动机修理生产能力配备的,如今各车间已成为抽油机、容器制造的主要生产场地,并生产能力逐年大幅提高,通风能力已远远不足,无法及时有效的将工作面上的烟尘、粉尘无法排除.

（3）通风设备安装位置不合理.大部分厂房的通风实施安装在厂房离地8.5米左右的墙体上,而工作面大部分在地面上,主要烟尘、粉尘集中在工作面上方2—3米处,被抽吸向上运行的范围很小,不能起到及时有效排放的作用.

（4）通风设备配备不足.一是缺少可移动的、噪音低的、座地式排风设备；二是缺少有限空间和密闭容器内焊接烟尘抽排设备.每年在压力容器、各类罐体、房体内的焊接工作量非常大,焊接烟尘、粉尘在这些有限空间内聚集不易扩散,必须依靠通风或抽排设备才能排除.以往是采取通压缩空气进入限空间挤压帮助通风,压缩空气来源于空气泵,各车间空气泵的数量有限,且使用噪音大、移动不方便、占空间,效果也不太好.

（5）冬季厂房室内温度较低,平均室内温度8℃左右,个别车间在最冷季节室内温度在零下十几度,存在结冰现象.主要原因是：单层窗户尺寸过大且变形漏风；车间大门变形漏风；暖气供热温度低,采暖设备为老式光钢组焊,散热面积小,表面实测温度不到50°.如果通风对流排除烟尘、粉尘,造成室内温度更低,个别厂房结冰.

一、高大焊接厂房特征

高大焊接厂房具有以下共同特征：

1.跨距大,厂房高.跨距通常有18m、24m,甚至达30m,厂房高度通常高于10m,甚至达30m.

2.焊接工位多,焊接工件大,条形焊缝、环形焊缝多且长,焊接烟尘量大.

3.辅助设备占用空间大,各种工件布满车间.

4.厂房内安装有天车,也有厂房装有双层天车,用于搬运物件.

5.春秋和夏季通常通过开门、开窗方式来排除焊接烟尘.北方地区车间送暖气,车间相对封闭.

二、高大厂房焊接烟尘治理要解决的主要问题

1.室内烟尘浓度过高对人体健康带来的危害

焊接烟气中的烟尘是一种十分复杂的物质,已在烟尘中发现的元素多达20种以上.

碳钢CO2/MAG焊过程中的有害烟尘主要有Fe2O3、SiO2、MnO等,铝合金MIG焊接过程中的主要烟尘成分为Al2O3颗粒,焊接过程中还会产生一些有害气体,如臭氧、氮氧化物、一氧化碳、氟化物及氯化物等.

工人长期在焊接烟尘环境下作业,将导致各种职业病,如尘肺、骨软化症、贫血症等.有害气体也会造成肺水肿、支气管炎、急性哮喘症、神经衰弱症及慢性呼吸道炎症等.

为此,国家对作业环境下污染物的浓度标准有一个严格的限制,在标准GBZ2-2002中规定了车间综合粉尘浓度≤6mg/m3.

2.直接排放造成的室内温度上升/下降、能量损失的问题.在有空调或供热的车间,如果采用直排方式,在冬季势必将室内的热量连同污染物一起排至室外,其结果是室内热能的大量损失.

3.焊接工艺要求

传统的混合送风的方式来排除焊接烟尘,其风量大、和风速高,对于CO2气体保护焊来说,当保护气体周围风速超过1m/s时,会吹走保护气体,从而影响焊接质量.

4.提高生产效率.

采用局部除尘时,操作工人经常需要移动吸气臂,以达到最有效的烟尘捕着效果,这样势必大大影响焊接工作效率.

三、机械厂高大厂房焊接烟尘治理方案

针对机械厂旧厂房实际状况,采取分层抽风和局部抽风及保暖的综合方法排出厂房内的焊接烟尘.

1.分层抽风原理

与传统的混合送风治理焊接烟尘不同,本方案采用分层抽风技术对焊接烟尘进行治理.其原理如图2所示.

在有热源的车间,由于在高度上具有稳定的温度梯度,以较低的风速（v<0.2-0.5m/s）,较大的风量,将工作面上部的烟尘及时直接排出.而室内热源产生的热气流,由于浮力作用而上升的烟尘,由上部的抽风设备将热气流在上升的途中排出室外,在后续新风的推动作用和抽风口的抽吸作用,地面上方的新鲜空气缓缓向上移动,形成类似于向上的均匀流的流动,于是工作区的污浊空气被后续的新风所取代.当达到稳定时,室内空气在温度、浓度上便形成两个区域：上部混合区和下部单向流动的清洁区.

2.分层抽风除尘系统组成

分层抽风除尘系统主要由3大部分组成,即工作面抽风机、上部抽风机和局部抽风机组成（如图3）.

3.冬季气温较低问题的解决

北方冬季温度较低,可达-30℃.大功率的抽风机势必会降低厂房内温度,为了满足广大职工冬季的保暖需求,就需要解决厂房内温度过低的问题.采用“上送式电加热型或者热水型空气幕”隔离车间大门外的冷空气,并购置一定数量的热水型暖风机（水电两用机型）、柜式系列电加热型暖风机,提高厂房温度.

4.通风控制

为达到良好的分层抽风除尘效果,根据工作面的变化位置开启下部抽风机,以及焊接工作面的多少决定开机的台数,及时将絮状烟雾层排除；而上部风机由于烟雾已弥漫基本上处于全开状态.

四、分层抽风治理焊接烟尘的优点

与局部焊接烟尘除尘设备相比,与传统的混合送风除尘系统相比,采用分层抽风技术治理焊接烟尘有以下几大优点：

1.因为烟尘的收集直接针对絮状烟雾层部位,所以除尘效果显著、排出及时,且不受焊接工件大小的影响、不受焊接工位变化的影响；

2.风机的开启机动灵活,不受焊接工位变化的影响,利于室内空气的调节；

3.焊烟除尘设备投资小,运行费用低；

4.操作者在工作的过程中不会受到风机的任何干扰,能极大地提高生产效率.

五、治理前后效果对比

六、结束语

通过以上检测报告可以看出,通过分层抽风技术治理焊接烟尘效果明显.员工的身心健康得到的保护,有效的落实了职业卫生健康政策.