機(jī)加工車間油霧產(chǎn)生的危害及其控制技術(shù)

機(jī)械工業(yè)第四設(shè)計(jì)研究院 韓志峰

機(jī)加工車間油霧產(chǎn)生的危害及其控制技術(shù)

機(jī)械工業(yè)第四設(shè)計(jì)研究院 韓志峰

在車、銑、鉆、磨等金屬加工過程中，由于金屬切削液的使用，會(huì)在空氣中形成大量的油霧顆粒。金屬加工潤(rùn)滑劑是一種非常復(fù)雜的混合物，它除了含有烴類組成外，通常還可能含有磺酸鹽、脂肪胺、硝酸鹽、染色劑、殺菌劑等各種化學(xué)物質(zhì)。如果是已經(jīng)投入使用的潤(rùn)滑劑，由于烴類的氧化、微生物的繁殖或外界雜質(zhì)的污染，金屬加工潤(rùn)滑劑中就有可能含有更多對(duì)人體和生態(tài)環(huán)境有害的化學(xué)物質(zhì)。因此，控制金屬加工車間的油霧濃度，是關(guān)系到生產(chǎn)企業(yè)職業(yè)安全衛(wèi)生的重要措施。

一、金屬加工車間油霧產(chǎn)生的機(jī)理

為了有效地潤(rùn)滑、冷卻和清洗，金屬切削液在使用過程中要經(jīng)歷泵循環(huán)、噴射與高速旋轉(zhuǎn)的刀具或工件激烈撞擊和高溫蒸發(fā)等過程，這就決定了其油霧產(chǎn)生的原因非常復(fù)雜，機(jī)械、物理和化學(xué)的因素互相交織，共同作用。但是，并非所有因素都對(duì)油霧的產(chǎn)生具有決定性影響，加工過程中金屬切削液油霧的形成主要可以歸因于兩種機(jī)理，霧化和蒸發(fā)：霧化是機(jī)械能轉(zhuǎn)化為液滴表面能的過程，主要是由于液體對(duì)機(jī)床系統(tǒng)內(nèi)的固定及旋轉(zhuǎn)單元的激烈沖擊，被其打碎，形成細(xì)小液滴漂浮在工作環(huán)境中；蒸發(fā)的發(fā)生是由于切削區(qū)產(chǎn)生大量的熱，這些熱量傳入切削液，使它的溫度明顯高于飽和溫度，在固、液接觸面上就發(fā)生沸騰并產(chǎn)生蒸汽。這些蒸汽隨后以周圍空氣中的小液滴或其他粒子為核心凝結(jié)，形成油霧。

二、油霧的存在形式

金屬切削過程可以產(chǎn)生以下3類油霧：

1.由噴射沖擊產(chǎn)生的干凈油霧，不含固體粉塵。

2.因加熱或高速切削的高溫導(dǎo)致蒸發(fā)或灼燒而產(chǎn)生的煙霧。

3.磨削時(shí)金屬切削液噴射產(chǎn)生的含磨削粉塵的油霧。

油霧產(chǎn)生的方式不同，其顆粒直徑范圍也有較大區(qū)別。一般情況下，機(jī)械霧化過程產(chǎn)生的油霧主要以液滴形態(tài)存在，液滴直徑范圍較寬，通常為2～10um。蒸發(fā)產(chǎn)生的油蒸汽在冷凝過程中也會(huì)形成直徑非常細(xì)小的冷凝懸浮體，粒徑通常為2um以下。醫(yī)學(xué)研究證明，油蒸汽和大顆粒液滴對(duì)人體肺部的危害相對(duì)較小。以油蒸汽形態(tài)存在的油霧被吸入肺部又被呼出，它們并不會(huì)被肺泡捕獲，而大顆粒的油滴無法通過鼻子和支氣管進(jìn)入肺部。只有以液滴形式存在，且直徑小于5um的油霧顆粒才能順利到達(dá)肺泡，并在肺部沉淀，從而對(duì)人體造成較大的危害。

三、油霧的危害

金屬切削液油霧的存在使得火災(zāi)隱患大大增加，同時(shí)在有油霧的地板上滑倒的可能性增加，帶油霧的空氣排出車間，還會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染。金屬切削液油霧最大的危害還在于影響接觸它的工人身體健康，工人長(zhǎng)期暴露在金屬切削液油霧中會(huì)導(dǎo)致疾病、過敏性皮膚病和惡性腫瘤等疾病，并且可能造成遺傳性影響。金屬切削液成分復(fù)雜，其中的添加劑和污染物都可能作為刺激因素誘發(fā)突發(fā)性哮喘，惡化原有哮喘的病情，或引起無哮喘病人的氣道不適。即使油霧濃度僅為0.41～0.55mg/m3，工人長(zhǎng)期接觸這種油霧仍會(huì)導(dǎo)致慢性支氣管炎、胸部不適和氣道刺激等。早期并沒有對(duì)暴露在金屬切削液油霧中的工人進(jìn)行過敏性肺炎方面的研究，然而由于近年患過敏性肺炎的工人數(shù)量的激增，長(zhǎng)期接觸油霧會(huì)導(dǎo)致肺炎這一事實(shí)得到了研究和證實(shí)。同時(shí)有關(guān)數(shù)據(jù)也顯示金屬切削液油霧對(duì)工人肺功能會(huì)產(chǎn)生影響，并且肺功能下降大多都是不可恢復(fù)的。

金屬切削液油霧的另一大危害是其致癌的可能性。金屬切削液的致癌性主要取決于其添加劑的濃度、受污染情況和使用條件。目前，還沒有針對(duì)人類進(jìn)行的金屬切削液致癌性方面的研究，雖然對(duì)于金屬切削液及其油霧使人致癌傾向仍有爭(zhēng)論，但以動(dòng)物為研究對(duì)象的試驗(yàn)研究則發(fā)現(xiàn)，切削液的油霧能夠?qū)е缕つw瘤/皮膚癌刺瘤、肺癌和胰腺癌。

四、國(guó)內(nèi)外關(guān)于油霧控制的法律法規(guī)

由于金屬加工潤(rùn)滑劑的致病傾向和不可避免地與生產(chǎn)工人的密切接觸，美國(guó)政府工業(yè)衛(wèi)生學(xué)家協(xié)會(huì)(ACGIH)于20世紀(jì)60年代初就提出了車間油霧最高限值為5mg/m3的控制標(biāo)準(zhǔn)。其他一些國(guó)家如英國(guó)、澳大利亞、比利時(shí)、民主德國(guó)、意大利、荷蘭、瑞士也都相繼制定了5mg/m3的金屬加工潤(rùn)滑車間油霧限值。日本、芬蘭、瑞典制定了3mg/m3的限值。1998年，美國(guó)國(guó)家職業(yè)安全與健康協(xié)會(huì)提出了金屬加工潤(rùn)滑劑油霧控制限值為0.5mg/m3控制標(biāo)準(zhǔn)，并認(rèn)為此標(biāo)準(zhǔn)接受了嚴(yán)格的審查、討論和實(shí)際應(yīng)用，被廣大業(yè)主視為一個(gè)合情合理的指導(dǎo)線，隨后被職業(yè)安全與健康管理委員會(huì)金屬加工液標(biāo)準(zhǔn)顧問委員會(huì)認(rèn)可。

我國(guó)近年來相繼出臺(tái)了許多環(huán)保和職業(yè)保護(hù)的法定標(biāo)準(zhǔn)，GBZ1-2002《工作場(chǎng)所有害因素職業(yè)接觸限值》中規(guī)定了329種化學(xué)物質(zhì)的最高限量，但是對(duì)于普通的生產(chǎn)企業(yè)來講，很難了解潤(rùn)滑劑產(chǎn)品中都含有哪些化學(xué)物質(zhì)，即使知道了化學(xué)物質(zhì)的品種，靠工廠去測(cè)試空氣中的那么多化學(xué)物質(zhì)也是一件很困難的事情，因此相比之下，測(cè)試空氣中油霧濃度更便于操作與控制，我們可以暫時(shí)參考國(guó)外0.5mg/m3的限值規(guī)定。

五、國(guó)內(nèi)外機(jī)加工車間油霧控制的現(xiàn)狀

對(duì)美國(guó)的大型汽車制造廠生產(chǎn)車間金屬加工液油霧情況進(jìn)行的測(cè)試表明，在10年以前，美國(guó)大型汽車制造廠大部分已經(jīng)將金屬加工液油霧濃度控制在0.5mg/m3以下。而我國(guó)隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，對(duì)加工車間油霧危害的認(rèn)識(shí)也在逐步深入，相當(dāng)多的國(guó)內(nèi)企業(yè)也開始在新建項(xiàng)目中考慮實(shí)施油霧凈化系統(tǒng)，保護(hù)工人的健康。根據(jù)我院所做的或參與過的6家國(guó)外加工車間項(xiàng)目及13家國(guó)內(nèi)加工車間項(xiàng)目的油霧凈化情況統(tǒng)計(jì)，6家國(guó)外加工企業(yè)中有5家對(duì)對(duì)車間內(nèi)油霧進(jìn)行了凈化處理，在13個(gè)國(guó)內(nèi)加工車間項(xiàng)目中有9個(gè)采取了集中的或者單機(jī)的油霧凈化措施，并且根據(jù)對(duì)項(xiàng)目后的回訪情況，以上實(shí)施油霧凈化的車間內(nèi)的衛(wèi)生環(huán)境均有了大幅度的改善。

控制車間大氣中的油霧顆粒濃度主要有機(jī)械和化學(xué)兩種方法。機(jī)械方法包括安裝排風(fēng)扇、油霧捕集器、在機(jī)床周圍設(shè)置防護(hù)罩或防濺擋板等同時(shí)為滿足環(huán)保要求，排出的氣體應(yīng)對(duì)油霧進(jìn)行過濾處理，油霧過濾器是完成這一任務(wù)的重要設(shè)備，質(zhì)量良好的設(shè)備油霧捕集率可達(dá)到98%以上。我院所做或參與一系列加工車間項(xiàng)目采用的均是機(jī)械油霧凈化方法，采取排風(fēng)罩將加工中心內(nèi)的油霧就地補(bǔ)集，由風(fēng)機(jī)抽到集中的或者單機(jī)的油霧凈化器，經(jīng)過凈化器內(nèi)特殊的濾料過濾處理后排放。排放的方式分為兩種，一種是接至車間外15m高空排放，滿足規(guī)范要求，另一種是在出風(fēng)口增加高效過濾器直接排到車間內(nèi)。

目前的油霧凈化器采用有靜電和分離膜等多種方法處理油霧。靜電凈化的原理是采用電暈放電的方法，將空氣電離，使空氣中的油煙霧粒子帶上電荷，并通過電場(chǎng)使帶電粒子在電場(chǎng)力的作用下向放電極運(yùn)動(dòng)，放電后堆積從而回收，而排出則是潔凈空氣。靜電凈化器的特點(diǎn)是：裝置的小型化（占地面積與機(jī)床控制柜相當(dāng)），方便配置于任何設(shè)備旁邊，適合多臺(tái)設(shè)備的凈化要求。油霧分離膜過濾層共有三層，第一層為金屬過濾網(wǎng)，攔截大顆粒油滴和固體物質(zhì)，第二和第三層為油霧分離膜層，吸附較大顆粒的油滴。油霧分離膜應(yīng)用聚合表面活性劑技術(shù)，能快速吸附空氣當(dāng)中的碳?xì)浠衔铮òㄖ尽⒂臀酆陀椭?、霧狀有機(jī)物、機(jī)加工油霧、油煙、霉菌、微生物和微粒，并將這些污染物從廢氣中永久地分離出來。它能降低油滴的接觸角，很容易快速吸附油滴，同時(shí)，不會(huì)堵塞，即使飽和了也基本上不產(chǎn)生壓降。油霧分離膜過濾層攔截下來的油滴通過廢油排放口進(jìn)入集油槽或集油桶?；瘜W(xué)法是采用特殊的低油霧機(jī)加工潤(rùn)滑劑，這里不進(jìn)行深入討論。

六、工程實(shí)例

1.安徽江淮汽車股份有限公司年產(chǎn)10萬臺(tái)自動(dòng)變速箱項(xiàng)目。在本項(xiàng)目中，機(jī)加工車間自動(dòng)變速器的缸體、缸蓋生產(chǎn)線大部分采用先進(jìn)的生產(chǎn)設(shè)備，由機(jī)械加工和凈化裝置兩部分組成的箱式密封生產(chǎn)裝置，機(jī)加工方式為濕式，加工過程產(chǎn)生的少量皂化油霧通過設(shè)備自身攜帶的凈化裝置，將產(chǎn)生的油霧收集后，經(jīng)過離心除油、濾料吸附凈化（凈化效率可達(dá)98%）后，廢氣就地室內(nèi)排放，廢機(jī)油收集后外賣。通過類比調(diào)查，廢氣中油霧原始濃度約為30mg/m3。擬建項(xiàng)目變速器的缸體、缸蓋生產(chǎn)線機(jī)械加工過程產(chǎn)生的皂化油霧廢氣量為10000m3/h，廢氣中油霧原始濃度約為30mg/m3，經(jīng)凈化處理后油霧排放濃度為0.6mg/m3，年排放量為0.00452t/a，對(duì)外環(huán)境影響較小。

2.奇瑞汽車有限公司年產(chǎn)40萬臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)改擴(kuò)建項(xiàng)目。本項(xiàng)目機(jī)械加工車間的廢氣治理措施為將加工機(jī)床、清洗機(jī)等設(shè)備產(chǎn)生的油霧經(jīng)設(shè)備自帶的過濾裝置治理后直接排入室內(nèi)，環(huán)境影響評(píng)價(jià)結(jié)論為：奇瑞汽車有限公司第二發(fā)動(dòng)機(jī)廠項(xiàng)目增產(chǎn)40萬臺(tái)/年發(fā)動(dòng)機(jī)項(xiàng)目，符合我國(guó)的產(chǎn)業(yè)政策，符合清潔生產(chǎn)要求，項(xiàng)目清潔生產(chǎn)達(dá)到本行業(yè)國(guó)內(nèi)先進(jìn)水平，與城市規(guī)劃的產(chǎn)業(yè)布局完全相符。在采取相應(yīng)環(huán)保措施后，各項(xiàng)污染物排放穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，對(duì)環(huán)境的影響均在標(biāo)準(zhǔn)允許的范圍。綜上所述，項(xiàng)目建設(shè)在環(huán)境上是可行的。

七、結(jié)論

機(jī)加工車間切削液油霧產(chǎn)生的危害已經(jīng)引起了全世界的充分重視，而設(shè)置油霧凈化系統(tǒng)雖增加了項(xiàng)目投資，但是可以大幅度降低油霧的危害，提高勞動(dòng)安全衛(wèi)生水平，減少大氣污染物的排放，已經(jīng)成為一種發(fā)展趨勢(shì)。我國(guó)也應(yīng)加快相應(yīng)的工作，制定出對(duì)油霧的控制標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)工程設(shè)計(jì)和實(shí)施進(jìn)行指導(dǎo)，保護(hù)勞動(dòng)者的健康。