整體通風(fēng)除塵系統(tǒng)在重型結(jié)構(gòu)件焊接車間的應(yīng)用

姜紅艷，孫艷軍

（河北天擇重型機(jī)械有限公司，河北邯鄲056200）

0 前言

河北天擇重型機(jī)械有限公司重型結(jié)構(gòu)件焊接車間主要承擔(dān)著液壓支架、刮板輸送機(jī)中部槽、冶金大型箱體及船舶電力等非標(biāo)設(shè)備結(jié)構(gòu)件的焊接工作。隨著裝備制造的發(fā)展，結(jié)構(gòu)件的焊接工作量也越來越大，現(xiàn)在焊接車間每月的焊接工作量約為2 000 t鋼材，焊接過程中產(chǎn)生大量的有害物質(zhì)給員工的身體健康和周圍的環(huán)境帶來了極大的影響。因此，對焊接車間的焊煙采取切實(shí)有效的治理措施，改善作業(yè)環(huán)境，保障員工的身心健康，減少對環(huán)境的污染，刻不容緩。

1 焊接煙塵的特點(diǎn)與危害

1.1 焊接煙塵的特點(diǎn)

焊接過程中產(chǎn)生大量的熱量，并且總是產(chǎn)生能夠懸浮在空氣中的氣態(tài)有害物和非常小的顆粒有害物，因此，焊接煙塵總是彌散懸浮在車間，直接影響工作人員的健康。

焊接煙塵的組分以及不同組分的含量，主要取決于焊接材料、被焊接材料、焊接工藝、以及焊接方法，因?yàn)楹附訜焿m實(shí)際上就是這些相關(guān)材料被氧化以及互相之間反應(yīng)的產(chǎn)物。采用不同焊接方法和焊接材料施焊時(shí)的煙塵量見表1。

表1 各種焊接方法的煙塵發(fā)塵量

2.2 焊接煙塵的危害

焊接及相關(guān)工藝在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的有害物質(zhì)達(dá)二十多種，包括有毒的氣態(tài)物質(zhì)，顆粒狀的有害物質(zhì)，致癌的金屬氧化物，放射性物質(zhì)等等。如果長時(shí)間在焊煙污染嚴(yán)重的條件下工作，沒有采取科學(xué)有效的保護(hù)措施，極易引發(fā)塵肺、貧血癥、支氣管炎、神經(jīng)衰弱等各種職業(yè)病，嚴(yán)重威脅著職工的身心健康。

3 車間基本情況和凈化目標(biāo)

該重型結(jié)構(gòu)件焊接車間廠房長210 m，寬90 m，柱頂標(biāo)高12.8 m，共分為4跨，每夸22.5 m，車間有二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊機(jī)200臺(tái)，焊接機(jī)器人10臺(tái)，不均勻分布在車間內(nèi)。要求車間每小時(shí)換氣3次，車間3 m以下達(dá)到國家職業(yè)衛(wèi)生法規(guī)要求：有害粉塵濃度≤4 mg／m3，焊接區(qū)域風(fēng)速≤0.5 m／s。

4 整體通風(fēng)除塵系統(tǒng)

通過大量的調(diào)研，結(jié)合該重型結(jié)構(gòu)件焊接車間的實(shí)際生產(chǎn)特點(diǎn)，采用整體通風(fēng)除塵的方式對焊接廠房進(jìn)行凈化處理。

4.1 系統(tǒng)原理

焊接作業(yè)時(shí)會(huì)形成固有的熱源，產(chǎn)生熱氣流，由于焊接車間一般都比較高大，使得車間從上到下形成了較穩(wěn)定的溫度梯度。在往室內(nèi)送風(fēng)時(shí)以較低風(fēng)速（v＜0.2～0.5m／s），較大風(fēng)量（根據(jù)車間空間確定風(fēng)量大小），將溫差較小（Δt＝2～4℃）的新鮮空氣直接送入到室內(nèi)的工作區(qū)域。低溫的新鮮空氣在自身重力的作用下先往下走，隨后在緩緩的向四周擴(kuò)散，最終在地面上方形成一層薄薄的新鮮空氣層。如圖1所示焊接產(chǎn)生的熱氣流由于浮力的作用慢慢上升，并不斷卷吸帶走周圍的空氣，再加上新風(fēng)通過風(fēng)筒不斷的送入室內(nèi)，車間上方的回風(fēng)口不斷的抽吸室內(nèi)的空氣，在多重作用下，使得工作區(qū)域地面上方的新鮮空氣緩緩向上移動(dòng)，最終形成了類似于向上均勻流動(dòng)的氣流，這樣，工作區(qū)域污濁的空氣逐步被后續(xù)新鮮的空氣所取代，達(dá)到車間空氣凈化的目的。

圖1 整體通風(fēng)除塵原理

4.2 風(fēng)機(jī)參數(shù)計(jì)算

按照生產(chǎn)布局把焊接車間分為了A、B、C、D四個(gè)區(qū)域，設(shè)計(jì)安裝四套通風(fēng)凈化系統(tǒng)，每套通風(fēng)凈化系統(tǒng)包括所在區(qū)域的送風(fēng)管網(wǎng)、凈化系統(tǒng)、風(fēng)機(jī)、回風(fēng)系統(tǒng)、系統(tǒng)控制等。焊接車間空間高度平均取10 m，每個(gè)區(qū)域空間體積為210 m×22.5 m×10 m＝47 250 m3，每個(gè)區(qū)域每小時(shí)所需風(fēng)量為47250 m3×3＝141 750 m3。

風(fēng)機(jī)功率（kW）＝風(fēng)量（m3／h）×風(fēng)壓（Pa）／（3600×風(fēng)機(jī)效率×機(jī)械傳動(dòng)效率×1000）。

回風(fēng)機(jī)全壓取1 800 Pa，送風(fēng)機(jī)全壓取1 200 Pa，風(fēng)機(jī)效率取0.8，機(jī)械傳動(dòng)效率取0.98。

回風(fēng)機(jī)功率 ＝141750（m3／h）×1800（Pa）／（3600×0.8×0.98×1000）＝90 kW，取120 kW。

送風(fēng)機(jī)功率 ＝141750（m3／h）×1200（Pa）／（3600×0.8×0.98×1000）＝60 kW，取80 kW。

4.3 系統(tǒng)特點(diǎn)

整體通風(fēng)除塵系統(tǒng)如圖2所示，氣流組織采用上回下送，即上部回風(fēng)（排風(fēng)），下部送風(fēng)的方式。主送風(fēng)管道布置在車間上方兩側(cè)，送風(fēng)支管道順著每個(gè)鋼構(gòu)立柱布置，即在每跨兩側(cè)的立柱處設(shè)置送風(fēng)筒，送風(fēng)筒安裝在距離地面2 m的高度，室外空氣經(jīng)送風(fēng)機(jī)組內(nèi)的過濾器過濾后被送入車間。在焊接車間每跨天車的上方布置兩條回風(fēng)管道，管道上安裝回風(fēng)百葉。生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的焊煙、粉塵在熱上升氣流和送風(fēng)氣流的共同作用下被回風(fēng)百葉吸收進(jìn)入回風(fēng)管道，經(jīng)過回風(fēng)機(jī)排出室外。每個(gè)焊接工位的風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)與電焊控制室信號(hào)通訊相關(guān)聯(lián)，根據(jù)各分區(qū)電焊機(jī)開啟臺(tái)數(shù)，線性計(jì)算需要的送風(fēng)風(fēng)量，調(diào)節(jié)送風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速。焊接車間保持微負(fù)壓，回風(fēng)機(jī)根據(jù)檢測的負(fù)壓值自動(dòng)調(diào)整頻率和轉(zhuǎn)速，保持送回風(fēng)風(fēng)量的平衡。工作的人員呼吸到新鮮的空氣，需要往車間送入一定量的新風(fēng)，送排風(fēng)機(jī)組上設(shè)有新風(fēng)閥，用來調(diào)節(jié)進(jìn)入室內(nèi)的新風(fēng)量。在冬季采暖期間，采用80%的回風(fēng)和20%的新風(fēng)運(yùn)行模式。回風(fēng)經(jīng)過高效過濾段凈化過濾后，在和新風(fēng)進(jìn)行混合，然后由送風(fēng)筒送入車間內(nèi)。利用送排風(fēng)機(jī)組中的調(diào)節(jié)閥來控制回流空氣與戶外補(bǔ)充新鮮空氣的比例，既保證車間內(nèi)不斷有新鮮空氣補(bǔ)充，又能減少室內(nèi)的熱能損失。新風(fēng)閥開度隨室外氣溫可在0～20%范圍內(nèi)自動(dòng)調(diào)節(jié)，達(dá)到節(jié)能的目的。在非采暖季節(jié)，采用全新風(fēng)的運(yùn)行模式，新風(fēng)閥全部打開，混風(fēng)閥關(guān)閉，旁通閥打開，回風(fēng)經(jīng)濾筒過濾后經(jīng)旁通閥直接排至室外，保證車間內(nèi)良好的空氣品質(zhì)。

圖2 整體通風(fēng)除塵系統(tǒng)圖

圖3 送排風(fēng)組合機(jī)組

焊接煙塵的粒徑非常微小，其尺寸一般小于1μm，是一種可吸入的空氣污染物質(zhì)，普通的過濾裝置無法有效過濾掉其中的有害物質(zhì)。為了保證能有效的過濾掉有害物質(zhì)，采用了聚四氟乙烯（PTFE）覆膜濾筒式的過濾裝置，其特殊的微孔過濾覆膜孔徑可控制到0.1μm，對0.1μm以上超細(xì)粉塵的除塵效率可達(dá)到＞99.8%，特別適合金屬焊接、切割煙塵的凈化過濾。采用集中式煙塵處理設(shè)備，脈沖反吹清灰，確保過濾精度。脈沖反風(fēng)自動(dòng)清灰使用無油無水壓縮空氣工作壓力為0.6 MPa，由壓差控制的按濾筒阻力和間隔時(shí)間兩種方法設(shè)定脈沖周期，自動(dòng)對濾筒定期輪流進(jìn)行清灰。

組合式送排風(fēng)機(jī)組如圖3所示，主要有回風(fēng)段、噴淋段、回風(fēng)機(jī)段、排風(fēng)段、新風(fēng)段、初效過濾段、送風(fēng)機(jī)段、送風(fēng)段等組成。車間內(nèi)污染空氣經(jīng)回風(fēng)機(jī)吸入高效過濾器，焊接煙塵過濾后進(jìn)入到噴淋室，一方面處理可溶性有毒有害氣體，另一方面過渡季節(jié)等焓降溫。為了使在車間

根據(jù)焊接車間生產(chǎn)工藝要求，送風(fēng)末端的送風(fēng)器采用了圓柱型的電動(dòng)送風(fēng)筒，其特點(diǎn)一是風(fēng)量大，可以最快的速度對室內(nèi)的空氣進(jìn)行置換；二是風(fēng)速慢，可避免因送風(fēng)速度過大影響氣體保護(hù)焊的焊接質(zhì)量。該送風(fēng)裝置還可以根據(jù)季節(jié)的不同變換送風(fēng)的方向角度，充分利用冷熱空氣密度的不同，有利于氣流組織的運(yùn)動(dòng)。夏季送風(fēng)時(shí)，將送風(fēng)口的方向向上調(diào)整，使氣流從向上的角度進(jìn)入車間，之后依靠冷熱空氣的比重差向下運(yùn)動(dòng)；在春秋季，送風(fēng)溫度與室內(nèi)溫度相差不大，送風(fēng)口的方向保持水平方向；在冬季的時(shí)候，將送風(fēng)口的方向調(diào)整為朝下，利用送風(fēng)時(shí)較快的風(fēng)速將熱空氣吹向車間底部，然后在慢慢向上運(yùn)動(dòng)，保持車間整體溫度。

4.4 實(shí)際應(yīng)用效果

焊接車間采用整體通風(fēng)除塵系統(tǒng)前后焊煙檢測見表2。

表2 治理前后車間焊煙檢測表 mg／m3

0.1μm以上顆粒治理后支架焊接二線檢測地點(diǎn) 電焊煙塵治理前電焊煙塵治理后其他粉塵治理前其他粉塵治理后氧化鋅治理前氧化鋅治理后0.1μm以上顆粒治理前2.0 1.2 1.2 0.6 0.18 0.09 5.2 0.52中部槽焊接線 1.9 1.1 1.2 0.6 0.16 0.08 5.2 0.52結(jié)構(gòu)件焊接線 1.9 1.1 1.2 0.6 0.16 0.08 5.2 0.52點(diǎn)對焊接線 1.6 0.8 0.6 0.3 0.12 0.06 5.2 0.52治理效果 降低40% 降低50% 降低50% 凈化率90%以上

5 結(jié)束語

整體通風(fēng)除塵系統(tǒng)2016年在重型結(jié)構(gòu)件焊接車間投入應(yīng)用，經(jīng)過近1年的運(yùn)行，除塵效果明顯，達(dá)到設(shè)計(jì)要求，為員工創(chuàng)造了一個(gè)良好的工作環(huán)境。

通過在重型結(jié)構(gòu)件焊接車間采用整體通風(fēng)除塵的方式對焊煙進(jìn)行治理，能夠有效的控制焊煙對員工造成的健康危害和對環(huán)境造成的影響，是整體廠房治理焊接煙塵的有效方法。

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