焊接煙塵處理方案設(shè)計(jì)選型

王星鑫

（中車(chē)蘭州機(jī)車(chē)有限公司新廠(chǎng)建設(shè)辦公室，甘肅蘭州 730050）

1 工程概況

本項(xiàng)目位于蘭州郊區(qū)，在單層鋼結(jié)構(gòu)廠(chǎng)房中間跨靠東側(cè)墻體，該區(qū)域三面開(kāi)放，東側(cè)墻壁為鋼結(jié)構(gòu)100 mm 厚玻璃絲綿夾芯板墻體，焊接工位布局分為2 個(gè)區(qū)域，集中焊接區(qū)面積約5500 m2，屋頂為人字形，在屋脊設(shè)計(jì)有通風(fēng)器排煙天窗，屋頂上順坡布置數(shù)條采光帶。該區(qū)域北邊布置10 臺(tái)焊機(jī)，南邊布置9 臺(tái)焊機(jī)（圖1）。

圖1 集中焊接區(qū)工藝布置

該區(qū)域生產(chǎn)中主要采用SMAW（Shielded Metal Arc Welding，手工電弧焊）和MAG 焊（Metal Active Gas Arc Welding，熔化極活性氣體保護(hù)電弧焊）2 種方法。焊接方法施焊時(shí)每分鐘的發(fā)塵量和熔化每千克焊接材料的發(fā)塵量見(jiàn)表1[1]。

表1 常用焊接方法的發(fā)塵量

焊接煙塵主要包括氣體、煙霧、灰塵等，其中主要的有害成分有金屬和非金屬氧化物、氟化物、各種鹽類(lèi)以及一氧化碳、二氧化碳、氮氧化物等[2]。相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，焊接煙塵的粒徑范圍為（0.001～100）μm，其中（0.1～0.2）μm 所占提及百分比最大[3]。這些顆粒度很小的焊接煙塵更容易被吸入體內(nèi)，而且很容易在人體滯留，難以排出體外，以致在人體內(nèi)形成物理性抗原，不斷刺激滯留部位器官的吞噬細(xì)胞產(chǎn)生免疫防護(hù)，最終導(dǎo)致該器官的病變（表2、圖2）[1]。

表2 相關(guān)煙塵粒度比較

圖2 焊接作業(yè)產(chǎn)生的主要有害氣體及其危害

鑒于以上情況，需要在焊接區(qū)域設(shè)計(jì)一種煙塵處理方案，來(lái)保障職工的健康的工作環(huán)境。在工業(yè)應(yīng)用中，國(guó)內(nèi)外普遍采取的通風(fēng)排煙措施主要有點(diǎn)排煙、局部排煙、全面通風(fēng)、置換通風(fēng)、全室空氣凈化、誘導(dǎo)式通風(fēng)等方式。各種排煙措施的原理及特點(diǎn)如表3 所示。

表3 各種通風(fēng)排煙措施的原理及特點(diǎn)

2 設(shè)計(jì)方案

根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況具有工件大小、形狀多樣、工位相對(duì)固定等特點(diǎn)，選擇局部排煙的方式選購(gòu)焊煙除塵設(shè)備。通過(guò)市場(chǎng)調(diào)研了解，以局部排煙為原則設(shè)計(jì)選用設(shè)備，擬采用的煙塵凈化設(shè)備是市場(chǎng)主流的濾筒式凈化器，過(guò)濾處理后的排放濃度可以達(dá)到5 mg/m3。鑒于整套設(shè)備要適應(yīng)焊接現(xiàn)場(chǎng)存在天車(chē)的情況，提出如下3 種解決方案。

方案1：采用埋地管路設(shè)計(jì)，南北區(qū)各一套焊接煙塵凈化處理設(shè)備。采用將吸塵管路埋入地溝，再在相應(yīng)工位伸出柔性吸氣臂的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)焊接煙塵的吸收處理。每臺(tái)焊機(jī)布置一套吸塵管路，最后整體進(jìn)入排煙總管。將總管接入集中式焊接煙塵處理器，經(jīng)過(guò)過(guò)濾凈化處理，將達(dá)標(biāo)后的廢氣排放到室外（圖3）。

圖3 管路埋地式焊煙除塵方案

方案2：通過(guò)鋼結(jié)構(gòu)支架將廢氣總管布置在焊接區(qū)域的南北兩側(cè)，在每個(gè)工位上針對(duì)每個(gè)焊機(jī)設(shè)置一套帶有一定角度、可折疊鋼結(jié)構(gòu)的吸氣管支路，盡可能的覆蓋整個(gè)焊接區(qū)域，將每個(gè)工位焊機(jī)產(chǎn)生的焊接煙塵最大程度地吸入排煙總管，將總管接入集中式焊接煙塵處理器，經(jīng)過(guò)過(guò)濾凈化處理，將達(dá)標(biāo)后的廢氣排放到室外（圖4）。

圖4 可折疊鋼結(jié)構(gòu)吸氣支路焊煙除塵方案

方案3：在各焊接工位采用（3～5）m 的柔性吸氣臂進(jìn)行煙塵捕捉。各個(gè)工位吸塵口將煙塵捕捉收集匯集到主風(fēng)管，吸氣臂的外壁管為進(jìn)口聚氯乙烯（Polyvinyl Chloride，PVC）材質(zhì)與玻纖符合螺紋鋼絲管，主風(fēng)管將含塵氣體送入除塵主機(jī)集中凈化處理，潔凈的空氣通過(guò)風(fēng)機(jī)出達(dá)標(biāo)排放（圖5）。

圖5 旋轉(zhuǎn)+柔性伸縮臂焊接煙塵處理方案

3 技術(shù)參數(shù)選型

以上3 種方案中，方案1 占用空間少，可以留出足夠的生產(chǎn)空間，但是埋地管道在使用過(guò)程中會(huì)存在檢修不便等問(wèn)題；方案2 的管道因?yàn)橹荒茉诠荛L(zhǎng)方向進(jìn)行折疊，從而改變從主管到支管管口的距離，這種方案不能保證在焊接區(qū)域南北兩側(cè)留出足夠的空間供天車(chē)及工件使用；相比于前2 個(gè)方案，方案3 可以通過(guò)將排煙支管旋轉(zhuǎn)靠至焊接區(qū)域南北側(cè)的方式來(lái)提供足夠的生產(chǎn)空間。但同樣存在一個(gè)問(wèn)題是，再中間區(qū)域要布置兩條鋼結(jié)構(gòu)支架，會(huì)影響工件的來(lái)回吊運(yùn)并且影響廠(chǎng)房?jī)?nèi)整體的美觀度。

經(jīng)過(guò)投資成本與設(shè)備選用等多方面考慮，決定在焊接區(qū)的南北靠墻側(cè)按照方案3 的設(shè)計(jì)布置可旋轉(zhuǎn)伸縮的鋼結(jié)構(gòu)除塵系統(tǒng)，靠近中間安全通道側(cè)采用地溝的方式鋪設(shè)排煙總管，使用方便拆裝檢修且有足夠承重的地溝蓋板，地溝管道安裝完畢后使地溝蓋板保持與地面平齊等高，保證安全通道上平整無(wú)障礙。方案3 采用吸出式（負(fù)壓式）通風(fēng)方式，清灰方式為自動(dòng)+手動(dòng)。選擇的設(shè)備主要技術(shù)要求見(jiàn)表4。

表4 選擇的設(shè)備及其技術(shù)參數(shù)

4 結(jié)論

焊接煙塵的處理問(wèn)題與焊接工藝等密切相關(guān)，在焊接工藝既定的條件下選擇集中式的焊接煙塵處理系統(tǒng)，在每個(gè)工位設(shè)置風(fēng)量調(diào)節(jié)閥，通過(guò)變頻系統(tǒng)控制實(shí)現(xiàn)風(fēng)量的增減。另外，設(shè)置可伸縮旋轉(zhuǎn)的支管路增加了系統(tǒng)的靈活性和有效性，可以在改善職工的工作環(huán)境、滿(mǎn)足環(huán)保要求的同時(shí)為工廠(chǎng)節(jié)約能耗，為廠(chǎng)房集中焊接區(qū)提供了節(jié)能環(huán)保的解決方案。