大型船舶企業(yè)場(chǎng)房煙塵粉塵污染治理的有效方法——區(qū)域置換通風(fēng)治理方案

牟永生，殷志和

(青島北海船舶重工有限責(zé)任公司，山東 青島 266520)

1 焊接和切割煙塵、粉塵治理的必要性

職業(yè)衛(wèi)生是關(guān)系到千百萬(wàn)產(chǎn)業(yè)工人的生命安全和身體健康的一項(xiàng)重大公眾衛(wèi)生問(wèn)題，而粉塵引起的塵肺病是我國(guó)最主要的職業(yè)病。衛(wèi)生部在2011年4月28日發(fā)布的權(quán)威通報(bào)顯示，2010年新發(fā)各類職業(yè)病18128例，其中塵肺病新增14495例，死亡748例。最近30年中國(guó)累計(jì)報(bào)告職業(yè)病50多萬(wàn)例，其中塵肺病約占職業(yè)病總數(shù)的80%。2011年12月31日中華人民共和國(guó)第十一屆全國(guó)人民代表大會(huì)常務(wù)委員會(huì)第二十四次會(huì)議通過(guò)關(guān)于修改《中華人民共和國(guó)職業(yè)病防治法》的決定，進(jìn)一步明確和理順了相關(guān)部門在職業(yè)病防治工作中的監(jiān)管職責(zé)。中船重工集團(tuán)公司十分重視職業(yè)病防治，并行文要求成員單位中相關(guān)單位集中開(kāi)展焊接煙塵污染防治專項(xiàng)技術(shù)改造工作，以大幅度降低粉塵污染，加強(qiáng)企業(yè)職業(yè)衛(wèi)生保護(hù)，改善員工生產(chǎn)作業(yè)條件和保障員工健康。

2 焊接和切割煙塵、粉塵治理的難點(diǎn)

隨著我國(guó)船舶工業(yè)的發(fā)展，船舶建造流水作業(yè)模式已經(jīng)在大型造船企業(yè)普遍采用。要實(shí)現(xiàn)造船建造流水作業(yè)模式就需要超大型船體裝焊場(chǎng)房，而超大型船體裝焊場(chǎng)房的出現(xiàn)，使造船焊接作業(yè)中產(chǎn)生的大量煙塵、粉塵的治理難度大大增加。

以本公司聯(lián)合場(chǎng)房為例，雖然在鋼材預(yù)處理線、等離子切割線、型材切割線等均配套了相應(yīng)除塵、凈化設(shè)備，但以手工焊接、切割工位為主的聯(lián)合場(chǎng)房部件裝焊線、平面場(chǎng)房肋板裝焊線和曲面場(chǎng)房產(chǎn)生的大量焊接和切割煙塵、粉塵彌漫整座場(chǎng)房，污染值嚴(yán)重超標(biāo)。

從理論上講全室通風(fēng)除塵方案能夠有效治理焊接和切割產(chǎn)生的煙塵、粉塵，但聯(lián)合場(chǎng)房實(shí)在太大，建筑面積約8萬(wàn)m2，總?cè)莘e約192萬(wàn)m3，根據(jù)測(cè)算，在這樣大的場(chǎng)房采用全室通風(fēng)除塵方式，需要配套185kW強(qiáng)制排風(fēng)除塵系統(tǒng)28套，才能滿足國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范 (每小時(shí)換氣2次)要求。該方案設(shè)備及基礎(chǔ)建設(shè)費(fèi)約3360萬(wàn)元，每年電力費(fèi)用約900萬(wàn)元，每年消耗品及維護(hù)費(fèi)用約336萬(wàn)元，顯然，這是企業(yè)難以接受的。搖臂式除塵設(shè)備也是治理焊接和切割煙塵、粉塵的方法之一，但因受固定位置的局限性，在大型場(chǎng)房無(wú)法實(shí)現(xiàn)全方位覆蓋，而且投資規(guī)模超過(guò)2000萬(wàn)元?，F(xiàn)從企業(yè)已配套的流動(dòng)式除塵設(shè)備試點(diǎn)情況看，因需要經(jīng)常移動(dòng)設(shè)備和拖帶除塵風(fēng)管，既降低了工作效率也使交叉作業(yè)難以實(shí)現(xiàn) (除塵風(fēng)管纏繞在一起)，出現(xiàn)了有除塵設(shè)備而很少有人使用的困境，如實(shí)施大面積配套，不僅浪費(fèi)資金，而且也難以實(shí)現(xiàn)治理目標(biāo)。

3 探尋污染氣體的流動(dòng)規(guī)律

為了制定行之有效的治理方案，本人從尋找污染氣體的流動(dòng)規(guī)律著手。通過(guò)對(duì)企業(yè)3大場(chǎng)房夏、秋、冬3個(gè)季節(jié)的觀察發(fā)現(xiàn):在天氣晴朗 (氣壓正常)工作時(shí)間1 h內(nèi)，熱濁氣流會(huì)迅速上升到8～16m高度空域滯留，隨著時(shí)間的延續(xù)污染層氣體在溫度降低后慢慢下移，在工作2 h后污染層氣體據(jù)地面約4 m，在工作3 h后污染層氣體據(jù)地面約0.5m，在雨雪天氣 (氣壓較低)污染層氣體下降速度加快 (最大時(shí)加快1倍)。從實(shí)際情況看，污染層氣體下降速度與大氣壓力成負(fù)關(guān)聯(lián)，而與季節(jié)關(guān)聯(lián)不大。這一現(xiàn)象完全符合空氣流動(dòng)學(xué)原理，也就是相對(duì)熱的空氣向上流動(dòng)，相對(duì)冷的空氣向下流動(dòng);相對(duì)氣壓高的區(qū)域空氣向相對(duì)氣壓低的區(qū)域空氣流動(dòng)?；旌蠚怏w滯留在8～16m高度是因?yàn)槲廴緦託怏w在密度、溫度、大氣壓力的共同作用下，在一定時(shí)間內(nèi)形成平流層。隨著時(shí)間的推移平流層氣體的溫度下降，污染層氣體的重力大于上浮力，自然會(huì)出現(xiàn)下移現(xiàn)象。

通過(guò)以上觀察分析確定，污染氣體的流動(dòng)是有規(guī)律的，摸清了它的流動(dòng)規(guī)律，充分利用它的流動(dòng)特性和平流層特性對(duì)癥下藥，就可以找到氣體污染治理的有效方法，從而達(dá)到事半功倍的效果。

4 區(qū)域置換通風(fēng)是超大型場(chǎng)房氣體污染治理的有效方法

置換通風(fēng)的工作原理是:在機(jī)械排風(fēng)口的“抽吸”作用下產(chǎn)生空氣負(fù)壓源，使滯留在排風(fēng)口附近的含有焊接煙塵及其它粉塵的污染空氣 (經(jīng)過(guò)濾除塵后)被排出場(chǎng)房外;在空氣負(fù)壓源的引導(dǎo)作用下，新鮮空氣從工場(chǎng)兩側(cè)墻面設(shè)置的自然通風(fēng)器和門窗低速進(jìn)入車間底部工作區(qū)，因?yàn)樾迈r空氣比場(chǎng)房?jī)?nèi)的污染空氣溫度低，在重力作用下新鮮空氣下沉;室內(nèi)熱污染源產(chǎn)生的熱濁氣流由于浮力作用而上升，這樣通過(guò)空氣負(fù)壓、熱濁氣流上升、新鮮空氣下降3個(gè)作用力的“推動(dòng)”，使6m以下工作區(qū)域的熱濁氣體迅速有序地上升到6m以上非工作區(qū)域，6m以下工作區(qū)域的空氣不斷被后續(xù)新鮮空氣所取代，這樣6m以下工作區(qū)域始終充滿了新鮮空氣。進(jìn)入6m以上非工作區(qū)域熱濁氣流在繼續(xù)上升的同時(shí)與場(chǎng)房?jī)?nèi)空氣混合，混合后的氣體滯留在8～16m高度形成污染層氣體。在10m高度設(shè)置機(jī)械排風(fēng)口，污染層氣體在機(jī)械排風(fēng)口的“抽吸”作用下經(jīng)過(guò)濾除塵后被排出場(chǎng)房外。

置換通風(fēng)充分利用冷、熱氣體自身產(chǎn)生的動(dòng)力，只要施加一個(gè)較小負(fù)壓動(dòng)力源就可以使場(chǎng)房?jī)?nèi)空氣形成有序流動(dòng)，從而達(dá)到治理目的。區(qū)域置換通風(fēng)是在實(shí)現(xiàn)區(qū)域治理的同時(shí)又采用分層治理方法，最大限度的縮小治理容積，這樣既達(dá)到了治理目的又節(jié)約了大量開(kāi)支。

5 區(qū)域置換通風(fēng)方案必須因地制宜精確設(shè)計(jì)

本方案機(jī)械排風(fēng)口設(shè)置在10m高度，并以10m以下區(qū)域容積為排風(fēng)量計(jì)算數(shù)值，是在分析污染層滯留高度的基礎(chǔ)上，綜合排風(fēng)量、排風(fēng)速度、平流層 (污染層)滯留時(shí)間和下降速度、場(chǎng)房布局、工作層高度等多種因素后確定的。它的實(shí)施基礎(chǔ)是該場(chǎng)房?jī)蓚?cè)墻面已經(jīng)設(shè)置了自然通風(fēng)器且有足夠的進(jìn)風(fēng)面積，適應(yīng)于冬季最低溫度－6℃以上的地區(qū)。在寒冷地區(qū)因?yàn)闆](méi)有自然通風(fēng)器，而且冬季也不宜敞開(kāi)門窗，這就需要在場(chǎng)房?jī)蓚?cè)墻面底部設(shè)置通風(fēng)加熱裝置，具體方案另行論述。

值得注意的是機(jī)械排風(fēng)量必須進(jìn)行精確設(shè)計(jì)，排風(fēng)量太小，導(dǎo)致污染層氣體在未排出前已經(jīng)下降到6m以下工作區(qū)域;排風(fēng)量太大，設(shè)備配套費(fèi)和能源消耗費(fèi)增加，造成浪費(fèi)。

6 聯(lián)合場(chǎng)房區(qū)域置換通風(fēng)實(shí)施方案

聯(lián)合場(chǎng)房共6跨，主要分為鋼材預(yù)處理、切割、冷加工、部件焊接4個(gè)生產(chǎn)區(qū)域。鋼材預(yù)處理、切割、冷加工3個(gè)生產(chǎn)區(qū)域，由于自身配套相應(yīng)除塵、凈化設(shè)備，6m以下工作空間達(dá)到國(guó)家有關(guān)職業(yè)病防治法律、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，方案只對(duì)部件焊接生產(chǎn)區(qū)域進(jìn)行治理。

部件焊接生產(chǎn)線布置在聯(lián)合工場(chǎng)1、2、3、4跨之間西部區(qū)域，總面積28000m2，該區(qū)域10m以下空間總?cè)莘e280000m3。該區(qū)域置換通風(fēng)送風(fēng)量計(jì)算如下:置換通風(fēng)換氣次數(shù)設(shè)計(jì)為2次/h，以工作區(qū)高度10m計(jì)，總排氣量為28000×10×2=560000m3/h，設(shè)計(jì)配套強(qiáng)制排風(fēng)系統(tǒng)4套，每套排風(fēng)量為140000m3/h。

置換通風(fēng)布置:從車間南側(cè)向北，第2立柱、第3立柱各安裝1套排風(fēng)管道，第4立柱安裝2套排風(fēng)管道。排風(fēng)管道安裝在立柱側(cè)面，排風(fēng)管道底部高度距離地面約10m處。

7 聯(lián)合場(chǎng)房區(qū)域置換通風(fēng)治理費(fèi)用和治理效果預(yù)測(cè)

聯(lián)合場(chǎng)房區(qū)域置換通風(fēng)治理方案設(shè)備及基礎(chǔ)建設(shè)費(fèi)約480萬(wàn)元，每年電力費(fèi)用約128萬(wàn)元，每年消耗品及維護(hù)費(fèi)用約48萬(wàn)元，比全室通風(fēng)除塵方案節(jié)約設(shè)備及基礎(chǔ)建設(shè)費(fèi)約2880萬(wàn)元，每年節(jié)約電力費(fèi)用、消耗品及維護(hù)費(fèi)約1060萬(wàn)元。

該治理方案的實(shí)施，不僅使聯(lián)合場(chǎng)房6m以下工作空間達(dá)到GBZ 2.1－2007《工作場(chǎng)所有害因素職業(yè)接觸限值化學(xué)有害因素》中“車間內(nèi)焊煙濃度低于4mg/m3”的規(guī)定，而且排放標(biāo)準(zhǔn)也達(dá)到了國(guó)家有關(guān)空氣污染治理法律、法規(guī)規(guī)定。特別是它消除了絕大部分PM2.5的氣體排放，既保護(hù)了工作人員，也保護(hù)了大氣環(huán)境。

8 實(shí)施計(jì)劃

該方案已通過(guò)企業(yè)和相關(guān)設(shè)計(jì)單位審核，并列入企業(yè)綜合治理場(chǎng)房?jī)?nèi)部焊接煙塵、粉塵規(guī)劃，現(xiàn)已完成初步設(shè)計(jì)，計(jì)劃2013年實(shí)施。