焊接廠房煙塵治理及其節(jié)能環(huán)保應(yīng)用

王克巖

（青島四方龐巴迪鐵路運(yùn)輸設(shè)備有限公司，山東 青島 266000）

1 焊接廠房中煙塵的危害

焊接作業(yè)與打磨作業(yè)實(shí)施過(guò)程中會(huì)在有關(guān)技術(shù)流程中出現(xiàn)兩種有害物質(zhì)形態(tài)，一是氣體類(lèi)型，二是固體顆粒類(lèi)型。在焊接產(chǎn)生煙塵過(guò)程中，由焊接場(chǎng)所中出現(xiàn)金屬蒸發(fā)物與相關(guān)氣態(tài)液晶反應(yīng)物，這些物質(zhì)離開(kāi)焊接空間后由于溫度下降在空氣中產(chǎn)生的氣溶膠狀態(tài)，這些焊接產(chǎn)生的污染物質(zhì)以微小的固體顆粒分布在廠房空氣中，而且氣溶膠粒徑越細(xì)小的焊接煙塵對(duì)人體及環(huán)境的危害越大，小于0.5微米的氣溶膠顆粒還會(huì)參與人體內(nèi)的血液循環(huán)中。其主要有以下危害：一是對(duì)人體的肺部產(chǎn)生作用，主要就是高濃度的煙塵進(jìn)入肺部后會(huì)抑制肺功能的正常發(fā)揮，而且煙塵會(huì)長(zhǎng)期沉積在人體的肺部中，比如，鐵的氧化物、鋁的氧化物等；二是大量的有毒物質(zhì)會(huì)影響人的機(jī)體，使人發(fā)生輕微中毒現(xiàn)行，比如，一氧化碳、氧化氮、二氧化氮、臭氧以及金屬氧化物等氣態(tài)有毒物質(zhì)和銅、鉛、鋅等以煙塵形式存在于空氣中的有毒物質(zhì)；三是大量致癌物質(zhì)的存在會(huì)提高工作人員患癌的概率，這種潛在的健康風(fēng)險(xiǎn)會(huì)嚴(yán)重地影響人的生活質(zhì)量。

2 焊接廠房煙塵治理的方式

對(duì)高大廠房而言，除采用先進(jìn)的焊接方法及提高焊接過(guò)程的機(jī)械化及自動(dòng)化程度外，進(jìn)行整體除塵是消除焊接煙塵危害的有力措施。具體包括以下幾種方式：

2.1 混合送風(fēng)

混合送風(fēng)指的是對(duì)整個(gè)車(chē)間進(jìn)行通風(fēng)換氣，可以用新鮮空氣把整個(gè)車(chē)間的有害物質(zhì)濃度稀釋到最高允許濃度以下，該方法操作簡(jiǎn)單，但是，存在全面通風(fēng)量大、能耗大、粉塵容易滯留以及無(wú)法徹底解決除塵等問(wèn)題。

2.2 雙層格柵或噴口側(cè)送風(fēng)

雙層格柵或噴口側(cè)送風(fēng)是由高速風(fēng)口送出的射流帶動(dòng)室內(nèi)空氣強(qiáng)烈混合，使射流流量成倍地增加，射流截面不斷擴(kuò)大，速度逐漸衰減，從而使得室內(nèi)形成大的回旋氣流，而工作區(qū)一般處在回流區(qū)，因此，工位區(qū)的環(huán)境得到凈化。但是焊接作業(yè)過(guò)程中產(chǎn)生的焊接煙塵會(huì)隨著熱氣流上升，從而產(chǎn)生噴口或格柵射流與上升的焊接煙塵強(qiáng)烈混合，產(chǎn)生紊流，并流向回流區(qū)，這樣就會(huì)造成二次污染。此方法并不適用于高大廠房。

2.3 分層送風(fēng)

分層送風(fēng)系統(tǒng)已經(jīng)廣泛用于工業(yè)空調(diào)市場(chǎng)和民用空調(diào)市場(chǎng)，并且在中國(guó)、日本等國(guó)家眾多工業(yè)廠房中得到了普及與應(yīng)用，在分層送風(fēng)系統(tǒng)中，其主要是采用在廠房的下部分層

低速送風(fēng)，新鮮清潔空氣直接送入工作區(qū)，先經(jīng)過(guò)人體，這樣就可以保證人體處于一個(gè)相對(duì)清潔的空氣環(huán)境中，從而有效地提高了工作區(qū)的空氣質(zhì)量。在其實(shí)際應(yīng)用中還會(huì)根據(jù)季節(jié)的不同采用不同的送風(fēng)方式達(dá)到通風(fēng)出塵的目的，以便使氣流組織更加合理、科學(xué)，并達(dá)到最好的治理效果。

3 焊接廠方中煙塵治理的節(jié)能環(huán)保措施

3.1 除塵系統(tǒng)風(fēng)機(jī)現(xiàn)狀

傳統(tǒng)除塵風(fēng)機(jī)設(shè)備是以焊機(jī)最高排煙量為考量標(biāo)準(zhǔn)來(lái)確定除塵風(fēng)機(jī)的容量參數(shù)，同時(shí)，還要留存20%的風(fēng)壓參數(shù)與20%的流量參數(shù)，因此，當(dāng)焊機(jī)處于滿(mǎn)載運(yùn)行過(guò)程，傳統(tǒng)除塵風(fēng)機(jī)的風(fēng)門(mén)開(kāi)度參量只能達(dá)到最高值的80%。由于工藝與生產(chǎn)等會(huì)在實(shí)際作業(yè)中發(fā)生變化，這就需要時(shí)常對(duì)氣壓參量與氣流參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，傳統(tǒng)的變閥調(diào)節(jié)方式主要就是調(diào)節(jié)風(fēng)門(mén)與擋板開(kāi)度情況，因此，在未考慮具體生產(chǎn)需求前提下，風(fēng)機(jī)都是在滿(mǎn)載的狀態(tài)運(yùn)行。在制造環(huán)節(jié)中，既會(huì)降低預(yù)設(shè)的控制精確度，同時(shí)，也會(huì)產(chǎn)生很多的能源耗損情況，不僅成本無(wú)法得到有效控制，設(shè)備的使用壽命也會(huì)大大降低，造成大量的資源浪費(fèi)問(wèn)題。在這種情況下，開(kāi)展節(jié)能環(huán)保措施主要就是選用變頻調(diào)速技術(shù)來(lái)改造風(fēng)機(jī)系統(tǒng)，使其處于合理運(yùn)行狀態(tài)的同時(shí)，還能夠有著良好的節(jié)能效果。

3.2 變頻器節(jié)能現(xiàn)狀

變頻器的誕生是對(duì)交流調(diào)速模式的革新，其具有架構(gòu)體系簡(jiǎn)單、調(diào)速范疇大、高速精確度高、安裝與調(diào)試便捷、保護(hù)功能全面、運(yùn)行穩(wěn)健性高以及節(jié)能環(huán)保效能強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)，經(jīng)過(guò)十幾年的成熟與拓展，變頻器已經(jīng)在諸多交流調(diào)速領(lǐng)域中得到了普及應(yīng)用，將其應(yīng)用在焊接廠房的煙塵治理系統(tǒng)中，可以有效減少噪音污染、增加設(shè)備使用時(shí)間長(zhǎng)度、減少設(shè)備耗損等，因此，會(huì)給企業(yè)運(yùn)營(yíng)帶來(lái)更高的收益。所以，選擇變頻設(shè)備進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)。

3.3 變頻風(fēng)機(jī)節(jié)能效果

選擇變頻裝置控制風(fēng)機(jī)設(shè)備主要是通過(guò)降低空氣動(dòng)力的方式產(chǎn)生節(jié)能作用，通過(guò)對(duì)比分析傳統(tǒng)的調(diào)節(jié)風(fēng)門(mén)對(duì)風(fēng)量控制的運(yùn)行模式，可以產(chǎn)生發(fā)現(xiàn)采用變頻裝置能夠起到明顯的電能節(jié)約作用，如圖1所示，其中曲線(xiàn)（1）為風(fēng)機(jī)在恒定轉(zhuǎn)速下的風(fēng)壓及風(fēng)量(H―Q)特性；曲線(xiàn)（2）為管網(wǎng)的風(fēng)阻特性(風(fēng)門(mén)全開(kāi))。當(dāng)A點(diǎn)位置為風(fēng)機(jī)最佳工作效率，那么此時(shí)A點(diǎn)的系統(tǒng)風(fēng)壓參量是H2、風(fēng)量參量是Q1，因此可以用下圖2中的AH2OQ1來(lái)表示軸功率參量與風(fēng)量和流量的乘積成爭(zhēng)相比例關(guān)系。在風(fēng)機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，如果生產(chǎn)指標(biāo)與技術(shù)流程發(fā)生改變需要調(diào)整風(fēng)量，比如將原先的Q1減少到Q2，這時(shí)候管網(wǎng)阻力特性會(huì)變到曲線(xiàn)（3），B點(diǎn)則會(huì)成為風(fēng)機(jī)最佳工作效率。比較圖2中的所曲線(xiàn)可以發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)風(fēng)壓增加，軸功率大體上保持恒定。當(dāng)風(fēng)機(jī)選擇變頻裝置進(jìn)進(jìn)行速度調(diào)控時(shí)，如果風(fēng)機(jī)設(shè)備轉(zhuǎn)速?gòu)膎1下降至n2，轉(zhuǎn)速n2風(fēng)壓—風(fēng)量(H―Q)特性則會(huì)如圖1中的曲線(xiàn)（4），在達(dá)到相同風(fēng)量Q2的基礎(chǔ)上，顯著減少風(fēng)壓參量H3，軸功率參量見(jiàn)圖2中CH30Q2的面積，則已經(jīng)出現(xiàn)顯著減少的狀態(tài)，這時(shí)候就可以按照△N=(H1－H3)×Q2這一公式計(jì)算得出節(jié)省的功率參量，即圖2中BH1H3C面積。

由圖2可見(jiàn)，當(dāng)風(fēng)量降到90%時(shí)，電機(jī)軸功率降到73%；當(dāng)風(fēng)量降到70%時(shí)，軸功率降到34%；當(dāng)風(fēng)量降到一半時(shí)，軸功率僅為12.5%，因此，除塵風(fēng)機(jī)采用變頻控制節(jié)能的經(jīng)濟(jì)效果較為顯著。

3.4 風(fēng)機(jī)在不同頻率下的節(jié)能率

風(fēng)機(jī)選擇變速調(diào)節(jié)時(shí)，基本上不會(huì)對(duì)自身效率產(chǎn)生改變。以流體力學(xué)為視角進(jìn)行分析，電機(jī)轉(zhuǎn)速功率參量和風(fēng)機(jī)風(fēng)量間存在正比關(guān)系，電機(jī)轉(zhuǎn)速參量的平方值與風(fēng)機(jī)風(fēng)壓參量呈現(xiàn)正比關(guān)系，風(fēng)機(jī)軸功率與風(fēng)壓和風(fēng)量乘積相同，因此，電機(jī)轉(zhuǎn)速參量的三次方和風(fēng)機(jī)軸功率間呈現(xiàn)出正比關(guān)聯(lián)。

4 結(jié)語(yǔ)

圖1 風(fēng)機(jī)工作效率曲線(xiàn)圖

圖2 軸功率、風(fēng)量隨轉(zhuǎn)速變化曲線(xiàn)

綜上所述，在焊接廠房中采用整體除塵的方式能夠全面對(duì)廠房?jī)?nèi)的環(huán)境進(jìn)行凈化，而且除塵系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中也不會(huì)影響工作人員的工作行為，同時(shí)，為了提高其節(jié)能效果，可采用變頻裝置來(lái)強(qiáng)化設(shè)備使用效能的同時(shí)降低維護(hù)與維修費(fèi)用，真正實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保的目標(biāo)。隨著鐵路動(dòng)車(chē)的不斷發(fā)展，焊接廠房的工作量也越來(lái)越大，煙塵污染的問(wèn)題始終威脅著工作人員的健康，因此，企業(yè)方面應(yīng)該提高重視，加強(qiáng)煙塵治理工作，并且，針對(duì)焊裝車(chē)間內(nèi)一些存在重污染的工位配合使用局部除塵系統(tǒng)，加強(qiáng)智能焊接機(jī)器人的應(yīng)用，減少人力資源，保證生產(chǎn)安全。