機(jī)械制造企業(yè)煙塵粉塵綜合治理

王黎明 雷延花(青海油田機(jī)械廠安全科 甘肅敦煌 736202)

整治廠房工作環(huán)境，改善職工生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)狀況，凈化生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的有毒有害氣體及粉塵污染，保障職工的身體健康，減少職業(yè)病的發(fā)病率是確保安全生產(chǎn)的一項(xiàng)重要工作。

一、有毒有害氣體、粉塵的產(chǎn)生

1.焊接煙塵的產(chǎn)生

在焊接電弧的高溫作用下，焊材端部的液態(tài)金屬和熔渣激烈蒸發(fā)，同時(shí)在熔滴和熔池的表面上也產(chǎn)生蒸發(fā)，由于蒸發(fā)而產(chǎn)生的高溫蒸氣從電弧區(qū)被吹出后迅速被氧化和冷疑，變成細(xì)小的固態(tài)粒子，這些微小的顆粒分散懸浮于空氣中，彌散于電弧周圍，形成焊接煙塵。電弧的紫外線輻射作用于周圍環(huán)境空氣中的氧和氮形成臭氧和氮氧化物，以及氧化過(guò)程中產(chǎn)生的氣體

2.粉塵的產(chǎn)生

固體物料在生產(chǎn)加工(如破碎，研磨，篩分，切割等工序)儲(chǔ)運(yùn)，包裝等生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生大量的粉塵。粉塵產(chǎn)生后，大部分漂浮于空氣中，體積越小，漂浮時(shí)間越長(zhǎng)，被吸入的機(jī)會(huì)越高，其中小于五微米的塵粒，懸浮時(shí)間長(zhǎng)，肉眼不可見(jiàn)。

二、以上污染對(duì)職工身體狀況及環(huán)境造成的危害

1.焊接煙塵的危害

焊接煙塵的危害是粉塵職業(yè)危害的一種，可導(dǎo)致塵肺病。焊接過(guò)程強(qiáng)烈散熱并排出粉塵和氣體。焊接電弧的高溫促使金屬，焊劑，保護(hù)氣體，合金元素猛烈的氧化和蒸發(fā)。通過(guò)空氣中氧氣的氧化，在空氣中形成了彌散的粉塵，而焊接時(shí)產(chǎn)生的對(duì)流氣流，把氣體和粉塵帶到上空，使生產(chǎn)車間含有大量粉塵和有害氣體。焊接粉塵彌散上升速度不大于0.08m/s,沉積很慢，因此大多數(shù)情況下，他們沿著房間的高度均勻的擴(kuò)散，如煙塵中含有錳化合物，長(zhǎng)期吸入錳化合物可發(fā)生慢性錳中毒，引起神精系統(tǒng)，肺，肝臟和血液等器官病變。其他金屬氧化物，如鉻的氧化物能夠積聚在身體中，引起頭痛，消化器官疾病和貧血，鉛的氧化物引起肺臟疾病。此外鋁，鎢，鐵，釩，鋅，銅，鎳和其他元素的化合物對(duì)身體也有明顯的不良作用。

2.粉塵對(duì)健康的危害

局部作用：接觸或吸入粉塵，首先對(duì)皮膚，角膜，粘膜等產(chǎn)生局部的刺激作用，并產(chǎn)生一系列的病變，如粉塵作用于呼吸道，早期可引起鼻腔粘模機(jī)能亢進(jìn)，毛細(xì)血管擴(kuò)張，久之便形成肥大性鼻炎，

全身作用：職工在沒(méi)有任何預(yù)防措施下，長(zhǎng)時(shí)間進(jìn)行切割和打磨等工作。工作時(shí)長(zhǎng)期吸入過(guò)量的游離二氧化硅粉塵，會(huì)引致肺部組織損壞進(jìn)而發(fā)展成肺部纖維化(也就是俗稱的矽肺)。

三、舊式高大廠房煙塵、粉塵污染現(xiàn)狀

舊式高大廠房焊接煙塵、粉塵的治理一直是一個(gè)技術(shù)難題，通過(guò)分層通風(fēng)技術(shù)可以有效地解決焊接煙塵的污染問(wèn)題。

焊接煙塵的治理是一項(xiàng)國(guó)際性技術(shù)難題，其困難主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

1.焊接煙塵粒徑小，其粒徑在0.01-5μm，濾除困難；

2.焊接工位的多變性，使得焊接煙塵捕捉困難；

3.焊接煙塵熱氣流滯留特性，普通通風(fēng)技術(shù)除塵困難；

4.焊煙除塵設(shè)備投資大，運(yùn)行費(fèi)用高，投入困難；

歐洲自20世紀(jì)20年代開(kāi)始對(duì)焊接煙塵的危害進(jìn)行研究，并立法對(duì)焊接煙塵進(jìn)行治理。國(guó)內(nèi)近10年來(lái)，已有越來(lái)越多的企業(yè)應(yīng)用了焊煙治理設(shè)備，生產(chǎn)環(huán)境正得到逐步改善，但依然有很多焊接車間未采取任何治理措施。

青海油田機(jī)械廠始建于1993年，原設(shè)計(jì)主要功能是發(fā)動(dòng)機(jī)修理和機(jī)械加工，多為單跨度高大廠房，只在廠房?jī)蓚?cè)高處設(shè)有通風(fēng)設(shè)施。后因形勢(shì)的發(fā)展和油田實(shí)際需要，逐步發(fā)展成以容器制造、抽油機(jī)加工為主業(yè)。廠內(nèi)目前的煙塵、粉塵主要來(lái)源于抽油機(jī)車間、壓力容器車間、工程項(xiàng)目部等焊接場(chǎng)所。隨著機(jī)械廠生產(chǎn)規(guī)模和工業(yè)產(chǎn)值的不斷攀升，各車間生產(chǎn)產(chǎn)品的種類、規(guī)模、數(shù)量也日益增大，從事焊接作業(yè)、機(jī)械加工及熱處理的人員和工作量的不斷增多，產(chǎn)生的煙塵、粉塵量也急劇增大。由于原設(shè)計(jì)的通風(fēng)能力過(guò)小，安裝位置過(guò)高，無(wú)法有效排除煙塵，夏季采用開(kāi)門(mén)、開(kāi)窗戶的方式進(jìn)行排煙。冬季為保持廠房溫度將門(mén)、窗關(guān)閉，煙塵無(wú)法排除。圖1為某焊接車間的狀況，污染十分嚴(yán)重，極大危害了員工的身體健康。圖1為某焊接車間的狀況，污染十分嚴(yán)重，極大危害了員工的身體健康。

圖1

各廠房原配置的通風(fēng)設(shè)備已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足目前安全環(huán)保、職業(yè)健康的要求，存在諸多問(wèn)題，不能將焊接煙塵、粉塵及時(shí)有效的排出，主要表現(xiàn)在：

(1)固定通風(fēng)設(shè)備老化、損壞。一部分是1993年建廠時(shí)設(shè)計(jì)安裝的，一部分是2006年通風(fēng)設(shè)備整改時(shí)更換的，大部分運(yùn)行至今已不能發(fā)揮正常有效的功能。設(shè)備、電氣線路老化，存在較大的安全隱患。

(2)通風(fēng)設(shè)備功率不足，設(shè)備是按各車間原發(fā)動(dòng)機(jī)修理生產(chǎn)能力配備的，如今各車間已成為抽油機(jī)、容器制造的主要生產(chǎn)場(chǎng)地，并生產(chǎn)能力逐年大幅提高，通風(fēng)能力已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足，無(wú)法及時(shí)有效的將工作面上的煙塵、粉塵無(wú)法排除。

(3)通風(fēng)設(shè)備安裝位置不合理。大部分廠房的通風(fēng)實(shí)施安裝在廠房離地8.5米左右的墻體上，而工作面大部分在地面上，主要煙塵、粉塵集中在工作面上方2—3米處，被抽吸向上運(yùn)行的范圍很小，不能起到及時(shí)有效排放的作用。

(4)通風(fēng)設(shè)備防側(cè)風(fēng)能力不強(qiáng)。部分通風(fēng)實(shí)施未安裝防外界自然風(fēng)影響的通風(fēng)管道，在通風(fēng)設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生的出風(fēng)方向遇到對(duì)立排斥的自然風(fēng)時(shí)，大大降低了設(shè)備的排風(fēng)能力。

(5)通風(fēng)設(shè)備配備不足。一是缺少可移動(dòng)的、噪音低的、座地式排風(fēng)設(shè)備，它主要是用于夏季廠房?jī)?nèi)、無(wú)風(fēng)或空氣流動(dòng)性差的環(huán)境，目的是制造流動(dòng)空氣從而輔助煙塵流動(dòng)擴(kuò)散，另外它還可以降溫去暑；二是缺少有限空間和密閉容器內(nèi)焊接煙塵抽排設(shè)備。每年在壓力容器、各類罐體、房體內(nèi)的焊接工作量非常大，焊接煙塵、粉塵在這些有限空間內(nèi)聚集不易擴(kuò)散，必須依靠通風(fēng)或抽排設(shè)備才能排除。以往是采取通壓縮空氣進(jìn)入限空間擠壓幫助通風(fēng)，壓縮空氣來(lái)源于空氣泵，各車間空氣泵的數(shù)量有限，且使用噪音大、移動(dòng)不方便、占空間，效果也不太好。

目前，對(duì)于焊接煙塵的治理普遍采用勞動(dòng)保護(hù)方法和局部治理方法。

勞動(dòng)保護(hù)方案是通過(guò)配備吸塵面罩的形式來(lái)保護(hù)勞動(dòng)者健康，該方法保護(hù)對(duì)象局限于焊接工人，整個(gè)車間環(huán)境無(wú)法改善。

局部除塵方案是直接針對(duì)焊接煙塵高濃度排放區(qū)域進(jìn)行治理。局部除塵設(shè)備由兩部分組成：煙塵捕捉部分與煙塵過(guò)濾部分。局部除塵方法可以有效阻止無(wú)組織氣流在空間內(nèi)帶動(dòng)污染物擴(kuò)散，并且消耗的空氣量較少。對(duì)于焊接車間，有固定工作臺(tái)的手工焊接，局部排風(fēng)罩能將焊接煙塵基本上抽走，采用局部通風(fēng)方式能夠取得較好的治理效果。投資少、效果顯著。但受現(xiàn)場(chǎng)布局、操作者習(xí)慣和設(shè)備運(yùn)動(dòng)空間限制大。

四、舊式高大廠房焊接煙塵治理要解決的主要問(wèn)題

1.室內(nèi)煙塵濃度過(guò)高對(duì)人體健康帶來(lái)的危害

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。

碳鋼CO2/MAG焊過(guò)程中的有害煙塵主要有Fe2O3、SiO2、MnO等，鋁合金M IG焊接過(guò)程中的主要煙塵成分為A l2O3顆粒，焊接過(guò)程中還會(huì)產(chǎn)生一些有害氣體，如臭氧、氮氧化物、一氧化碳、氟化物及氯化物等。

工人長(zhǎng)期在焊接煙塵環(huán)境下作業(yè)，如果沒(méi)有適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)措施，將導(dǎo)致各種職業(yè)病，如塵肺、骨軟化癥、貧血癥等。有害氣體也會(huì)造成肺水腫、支氣管炎、急性哮喘癥、神經(jīng)衰弱癥及慢性呼吸道炎癥等。

為此，國(guó)家對(duì)作業(yè)環(huán)境下污染物的濃度標(biāo)準(zhǔn)有一個(gè)嚴(yán)格的限制，在標(biāo)準(zhǔn)GBZ2-2002中規(guī)定了車間綜合粉塵濃度≤6mg/m3。

2.直接排放造成的室內(nèi)溫度上升/下降、能量損失的問(wèn)題。在有空調(diào)或供熱的車間，如果采用直排方式，在冬季勢(shì)必將室內(nèi)的熱量連同污染物一起排至室外，其結(jié)果是室內(nèi)熱能的大量損失。

3.焊接工藝要求

傳統(tǒng)的混合送風(fēng)的方式來(lái)排除焊接煙塵，其風(fēng)量大、和風(fēng)速高，對(duì)于CO2氣體保護(hù)焊來(lái)說(shuō)，當(dāng)保護(hù)氣體周圍風(fēng)速超過(guò)1m/s時(shí)，會(huì)吹走保護(hù)氣體，從而影響焊接質(zhì)量。

4.提高生產(chǎn)效率。

采用局部除塵時(shí)，操作工人經(jīng)常需要移動(dòng)吸氣臂，以達(dá)到最有效的煙塵捕著效果，這樣勢(shì)必大大影響焊接工作效率。

五、舊式高大廠房煙塵、粉塵治理方案

針對(duì)機(jī)械廠舊廠房實(shí)際狀況，采取分層抽風(fēng)和局部抽風(fēng)過(guò)濾及保暖的綜合方法排出廠房?jī)?nèi)的焊接煙塵。

1.分層抽風(fēng)原理

與傳統(tǒng)的混合送風(fēng)治理焊接煙塵不同，本方案采用分層抽風(fēng)技術(shù)對(duì)焊接煙塵進(jìn)行治理。其原理如圖2所示。

圖2 分層抽風(fēng)原理圖

在有熱源的車間，由于在高度上具有穩(wěn)定的溫度梯度，以較低的風(fēng)速(v＜0.2-0.5m/s)，較大的風(fēng)量，將工作面上部的煙塵及時(shí)直接排出。而室內(nèi)熱源產(chǎn)生的熱氣流，由于浮力作用而上升的煙塵，由上部的抽風(fēng)設(shè)備將熱氣流在上升的途中排出室外，在后續(xù)新風(fēng)的推動(dòng)作用和抽風(fēng)口的抽吸作用，地面上方的新鮮空氣緩緩向上移動(dòng)，形成類似于向上的均勻流的流動(dòng)，于是工作區(qū)的污濁空氣被后續(xù)的新風(fēng)所取代。當(dāng)達(dá)到穩(wěn)定時(shí)，室內(nèi)空氣在溫度、濃度上便形成兩個(gè)區(qū)域：上部混合區(qū)和下部單向流動(dòng)的清潔區(qū)。

2.分層抽風(fēng)除塵系統(tǒng)組成

分層抽風(fēng)除塵系統(tǒng)主要由3大部分組成，即工作面抽風(fēng)機(jī)、上部抽風(fēng)機(jī)和局部抽風(fēng)機(jī)組成(如圖3)。

圖3

局部抽風(fēng)：用移動(dòng)式焊煙凈化器將焊接點(diǎn)處(距焊接點(diǎn)0.3-0.5米)的絮狀煙霧及時(shí)過(guò)濾排出。

工作面抽風(fēng)：用安裝在側(cè)墻上的風(fēng)機(jī)將工作面上(距工作點(diǎn)2-3米處)移動(dòng)式焊煙凈化器遺漏的煙霧排出。

上部抽風(fēng)：是利用原有的通風(fēng)機(jī)將彌漫在廠房上部的煙霧排出。

3.局部抽風(fēng)原理

在固定工作面的側(cè)面或頂部設(shè)置排煙罩，利用風(fēng)機(jī)的力盆，就地把煙塵抽走，并將煙塵過(guò)濾，使產(chǎn)塵設(shè)備產(chǎn)生的85%以上的煙塵從用移動(dòng)式焊煙凈化器排出。達(dá)到改善室內(nèi)環(huán)境的目的。(見(jiàn)圖4)

圖4

4.冬季氣溫較低問(wèn)題的解決

北方冬季溫度較低，可達(dá)-30℃。大功率的抽風(fēng)機(jī)勢(shì)必會(huì)降低廠房?jī)?nèi)溫度，為了滿足廣大職工冬季的保暖需求，就需要解決廠房?jī)?nèi)溫度過(guò)低的問(wèn)題。采用“上送式電加熱型或者熱水型空氣幕”隔離車間大門(mén)外的冷空氣，并購(gòu)置一定數(shù)量的熱水型暖風(fēng)機(jī)(水電兩用機(jī)型)、柜式系列電加熱型暖風(fēng)機(jī)，根據(jù)廠房的實(shí)際情況，采用不同的設(shè)備組合配置，配備到廠房。

5.通風(fēng)控制

為達(dá)到良好的分層抽風(fēng)除塵效果，根據(jù)焊接點(diǎn)開(kāi)啟移動(dòng)式焊煙凈化器及時(shí)將濃絮狀煙霧(距工作點(diǎn)0.3-0.5米處)；根據(jù)工作面的變化位置開(kāi)啟下部抽風(fēng)機(jī)，以及焊接工作面的多少?zèng)Q定開(kāi)機(jī)的臺(tái)數(shù)，及時(shí)將絮狀煙霧層排除(距工作點(diǎn)2-3米處)；而上部風(fēng)機(jī)由于煙霧已彌漫基本上處于全開(kāi)狀態(tài)。(見(jiàn)圖5)

圖5

四、分層抽風(fēng)治理焊接煙塵的優(yōu)點(diǎn)

與傳統(tǒng)的混合送風(fēng)除塵系統(tǒng)相比，采用分層抽風(fēng)技術(shù)治理焊接煙塵有以下幾大優(yōu)點(diǎn)：

1.因?yàn)闊焿m的收集直接針對(duì)絮狀煙霧層部位，所以除塵效果顯著、排出及時(shí)，且不受焊接工件大小的影響、不受焊接工位變化的影響；

2.風(fēng)機(jī)的開(kāi)啟機(jī)動(dòng)靈活，不受焊接工位變化的影響，利于室內(nèi)空氣的調(diào)節(jié)；

3.焊煙除塵設(shè)備投資小，運(yùn)行費(fèi)用低；

4.操作者在工作的過(guò)程中不會(huì)受到風(fēng)機(jī)的任何干擾，能極大地提高生產(chǎn)效率。

結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)分層抽風(fēng)技術(shù)治理焊接煙塵、粉塵效果明顯，員工的身心健康得到的保護(hù)，有效的落實(shí)了職業(yè)衛(wèi)生健康政策。