汽車弧焊排煙除塵設(shè)備的新型防火安全系統(tǒng)構(gòu)建與應(yīng)用

廣汽本田汽車有限公司 葉國防 曾志銘 曾鍇鋼

■引言

行業(yè)內(nèi)焊裝車間弧焊排煙除塵設(shè)備過往存在小型火災(zāi)事例，經(jīng)過對小型火災(zāi)原因進(jìn)行分析，主要是弧焊產(chǎn)生的火花通過罩口、吸風(fēng)管道順利進(jìn)入到除塵器內(nèi)，且在除塵設(shè)備上的罩口、管道、除塵器等各個(gè)部位均無相應(yīng)的感應(yīng)、報(bào)警、防火措施而導(dǎo)致，糾其原因主要是除塵設(shè)備中無配套相應(yīng)的防火安全系統(tǒng)。

筆者也對其他各大汽車主機(jī)廠的排煙除塵設(shè)備做了調(diào)研，發(fā)現(xiàn)均無規(guī)范的防火安全系統(tǒng)，各汽車主機(jī)廠除塵設(shè)備上的防火安全配置存在差異較大，且多數(shù)汽車主廠均發(fā)生過類似的火災(zāi)事故，主要的困惑問題是除塵設(shè)備上缺乏整體、標(biāo)準(zhǔn)、有效的防火安全系統(tǒng)來解決防火安全問題。

同時(shí)，查找相應(yīng)的設(shè)計(jì)規(guī)范、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，發(fā)現(xiàn)行業(yè)內(nèi)該領(lǐng)域尚處于空白狀態(tài)，并無相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)、文獻(xiàn)，也無先例可供參考，更無從談其實(shí)施，均由各大主機(jī)廠發(fā)揮。想形成一套整體、標(biāo)準(zhǔn)、有效的汽車弧焊排煙除塵設(shè)備上的防火安全系統(tǒng)，需要作者從現(xiàn)實(shí)出發(fā)，結(jié)合生產(chǎn)使用實(shí)際，從無到有進(jìn)行研究、論證。

■弧焊焊接煙塵特點(diǎn)和一般除塵設(shè)備的防火安全配套

汽車工廠車身制造的弧焊焊接煙塵特點(diǎn)：焊接煙塵粒子小，煙塵呈碎片狀，粒徑為1μm左右；焊接煙塵的含油量大，粘性大，易形成絮狀物粉塵，沉積在管道和除塵器濾筒表面上；焊接煙塵的溫度較高，且焊接工件含鋅量大，粉塵易燃。甚至在特殊溫度下產(chǎn)生自燃現(xiàn)象，造成濾筒設(shè)備及管道內(nèi)煅燒火警；生產(chǎn)節(jié)拍快（約45～60s/臺），焊接過程的發(fā)塵量很大（一般來說，1 個(gè)焊接崗位16h 所產(chǎn)生的煙塵量約60～150g）。

現(xiàn)有的汽車弧焊焊接煙塵凈化裝置一般由集氣罩、風(fēng)管、凈化系統(tǒng)和風(fēng)機(jī)四部分組成（圖1），焊接煙塵經(jīng)吸塵罩吸入焊接煙塵凈化裝置進(jìn)風(fēng)口，進(jìn)風(fēng)口處設(shè)置阻火器，火花經(jīng)阻火器被阻留，煙塵氣體進(jìn)入沉降室，利用重力與上行氣流，將粗粒煙塵直接降至灰斗，微粒煙塵被濾芯捕集在外表面，潔凈氣體經(jīng)濾芯過濾凈化后經(jīng)出風(fēng)口排出。

圖1 除塵系統(tǒng)組成

目前，在除塵設(shè)備上的罩口、管道、除塵器（凈化系統(tǒng)）和風(fēng)機(jī)等各個(gè)部位的防火安全系統(tǒng)設(shè)置無相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)和要求，基本上由各主機(jī)廠自行實(shí)施，各組成部位的感應(yīng)、報(bào)警、防火設(shè)置參差不齊。

■一般除塵設(shè)備存在的防火安全問題及分析

一般汽車弧焊焊接除塵設(shè)備多數(shù)僅由四大部分組成，其罩口、管道、除塵器各個(gè)部位均無或僅有少部分相應(yīng)的感應(yīng)、報(bào)警、防火措施，從根本上無法實(shí)現(xiàn)防火的功能，更無法實(shí)現(xiàn)防火安全的控制。

根據(jù)筆者調(diào)研相關(guān)主機(jī)廠小型火災(zāi)的原因分析，火災(zāi)源頭主要來源于焊接過程中所產(chǎn)生的火花飛濺，通過罩口、吸風(fēng)管道進(jìn)入到除塵器內(nèi)，目前一般除塵設(shè)備上的防火安全配套和存在的安全問題如下：

首先，除塵設(shè)備組成各部分無相應(yīng)的防火安全系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)和要求，各大主機(jī)廠自由配套，無法全面實(shí)現(xiàn)防火安全功能。根據(jù)過往筆者所在車間發(fā)生兩次小型火災(zāi)的原因分析和調(diào)查情況，在自由配套防火安全系統(tǒng)的情況下，無法從多角度、多層次實(shí)現(xiàn)防火、報(bào)警等作用，從而起不到防火安全預(yù)防作用。

其次，除塵設(shè)備組成各部分無安全防火阻隔設(shè)施，起不到未燃防止作用。所謂的未燃防止作用就是從源頭對火花進(jìn)行捕捉、阻隔作用，防止火花進(jìn)入到除塵器內(nèi)，以致除塵器發(fā)生火災(zāi)，起到第一道防火安全防線作用。

最后，除塵設(shè)備組成各部分無安全防火補(bǔ)救設(shè)施，起不到防止事態(tài)擴(kuò)大作用。所謂的防止事態(tài)擴(kuò)大作用就是那怕源頭的火花在第一道防線的捕捉、阻隔不起作用情況下，在火花直入除塵器有可能著火之前，自動感應(yīng)火源、撲滅火源，起到第二道安全防火作用。

■新型防火安全系統(tǒng)構(gòu)建思路

作者經(jīng)過結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際、理論檢討、實(shí)踐后，得出下面的思路：

根據(jù)火災(zāi)發(fā)生的條件，從源頭的捕捉、中間流動的阻隔、未端的防護(hù)和補(bǔ)救為出發(fā)點(diǎn)，將防火安全措施分布在排煙除塵過程中的各處、各設(shè)備，從“未然防止”和“防止事態(tài)擴(kuò)大”兩大方面采取防火安全對策，通過設(shè)置多道屏障，逐級防護(hù)，最終實(shí)現(xiàn)“0”火災(zāi)，從而形成一套具有完整功能的、標(biāo)準(zhǔn)的新型防火安全系統(tǒng)（圖2）。

圖2 新型防火安全系統(tǒng)構(gòu)建圖

■新型防火安全系統(tǒng)具體構(gòu)建

防火安全系統(tǒng)涉及的內(nèi)容非常多，它與電器、壓力容器、機(jī)械、除塵工藝、防火防爆等諸多專業(yè)關(guān)系緊密，應(yīng)相互配合、協(xié)調(diào)一致才能起到逐級防護(hù)，效果倍加的作用。作者根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況及過往事故原因分析，從安全防護(hù)措施的“未然防止”、“防止事態(tài)擴(kuò)大”的思路出發(fā)（表1），克服現(xiàn)有安全控制系統(tǒng)技術(shù)的不足，從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上設(shè)置多道屏障，逐級防護(hù)；系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中“未然防止”措施8 項(xiàng)，“防止事態(tài)擴(kuò)大”6 項(xiàng)，共14項(xiàng)安全防火措施，從而實(shí)現(xiàn)能夠從多角度、多層次實(shí)現(xiàn)自動防火、報(bào)警、滅火完整功能的新型防火安全系統(tǒng)（圖3）。

表1 新型防火安全系統(tǒng)構(gòu)建對策

圖3 新型防火安全系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

■新型防火安全系統(tǒng)各部分安全防火功能和作用

如上述的新型防火安全系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，系統(tǒng)從罩口、風(fēng)管、防塵器、風(fēng)機(jī)各大部分均設(shè)置相應(yīng)的防火安全措施，多道防火防線逐級防護(hù)，實(shí)現(xiàn)多角度、多層次的防火安全功能，最終實(shí)現(xiàn)“0”火災(zāi)。其各部分安全防火功能和作用如下。

1.第一道防火安全防線——吸風(fēng)罩的防火安全功能和作用

一般吸風(fēng)罩（圖4a）采用開大口方式，大的吸風(fēng)口很容易就將火花吸入風(fēng)管，以致火花直達(dá)除塵器，根本起不到第一道防護(hù)阻隔作用。

吸風(fēng)罩為錯流式吸風(fēng)罩（圖4b），包括罩體及設(shè)于罩體內(nèi)的至少兩層火花擋板，每層火花擋板采用具有若干個(gè)平行排列的翅片的百葉窗結(jié)構(gòu)，相鄰的兩層火花擋板的翅片傾斜角度呈錯向設(shè)置，使帶有火花的煙塵盡可能與罩口板檔發(fā)生碰撞，讓細(xì)小的火花在進(jìn)入管道前就自燃完結(jié)，降低除塵系統(tǒng)的防火安全風(fēng)險(xiǎn)，起到第一道防火安全防線的阻隔作用，從源頭上確?；鸹ú贿M(jìn)入風(fēng)管、除塵器設(shè)備中。

圖4 吸風(fēng)罩

除此以外，還需注意吸風(fēng)罩設(shè)置在罩內(nèi)壓力最高處，一般與焊接位置距離大于2.4m 或以上，并避免在焊接飛濺區(qū)內(nèi)有孔口或縫隙。

2.第二道防火安全防線——除塵管道的防火安全功能和作用

除塵管道主要防火控制裝置包括管道點(diǎn)檢口、渦輪式火花捕捉器、火花探測器、分離式過濾凈化器等4 大“未然防止”措施部分組成，是在第一道防火防線的基礎(chǔ)上，在管道部分阻隔火花進(jìn)入除塵器至關(guān)重要的第二道防火防線，其各組成部分在防線中所實(shí)現(xiàn)功能和作用如下。

管道點(diǎn)檢口一般情況下，針對管道較長或管道沿途分支較多的除塵管道系統(tǒng)中，按1 個(gè)/4m間隔開設(shè)，以便隨時(shí)監(jiān)控管道內(nèi)的粉塵堆積。另外，在靠近管道轉(zhuǎn)彎或長直管道的中央等區(qū)域，也需要配置相應(yīng)點(diǎn)檢口，由于這些區(qū)域是整個(gè)管道系統(tǒng)中最易堆積粉塵土，防止在第一道錯流式吸風(fēng)罩無完全阻隔火花進(jìn)入風(fēng)管、除塵器而引起的火災(zāi)。

渦輪式火花捕捉器的防火功能和作用（圖5）：本系統(tǒng)中在距離除塵器10m 以上的主管道位置安裝渦輪式火花捕捉器，其關(guān)鍵在于內(nèi)部的渦輪式葉片，設(shè)計(jì)原理是火花通過時(shí)增加反復(fù)撞擊和吸熱效果，起到有效阻擋火花通過和熄滅，是第二道防火防線中的關(guān)鍵阻隔措施。

圖5 渦輪式火花捕捉器

火花自動檢測熄滅裝置的防火和功能（圖6）：火花檢測裝置包括第一火花檢測裝置和第二火花檢測裝置，第一火花檢測裝置設(shè)于火花捕捉器和除塵裝置之間的主管道內(nèi)，第二火花檢測裝置設(shè)于除塵裝置和風(fēng)機(jī)之間的主管道內(nèi)。在火花捕捉器后的主管道布置對角兩側(cè)的火花探頭和溫度探頭，探頭使用溫度設(shè)定為≤40℃啟動，反應(yīng)時(shí)間低于0.3s（火花探頭至熄滅噴嘴間距=反應(yīng)時(shí)間×風(fēng)速），這是第二道防火防線中的關(guān)鍵感應(yīng)措施。

圖6 火花自動檢測熄滅裝置

分離式過濾凈化器的防火功能和作用：通過將進(jìn)氣氣流直接引入一個(gè)沉降區(qū)以減輕濾筒的過濾負(fù)載，把從管道進(jìn)入的含塵氣流在凈化器內(nèi)部通過緩沖、減速、沉留的多個(gè)連續(xù)過程，使大顆粒物的粉塵被預(yù)分離后落入凈化器下方的粉塵收集箱中，同時(shí)起到緩沖了最終進(jìn)入除塵器內(nèi)部的火花再次減速降溫而熄滅的效果。實(shí)現(xiàn)有效降低粉塵對濾筒的直接沖擊造成損傷，粉塵也不會濾筒上部堆積，從而延長了濾筒的使用壽命。

3.第三道防火安全防線---除塵器的防火安全功能和作用

除塵器主要防火控制裝置包括石灰噴粉器、熔斷式探測器1、溫度探測器1、CO2氣體接入口、除塵器消防觀察口、煙感探測器、溫度探測器2、熔斷式探測器2 等接入口8 大“防止事態(tài)擴(kuò)大”部分組成，在第二道防火防線阻隔仍不能100%實(shí)現(xiàn)安全防護(hù)的基礎(chǔ)上，起到第三道防火安全防線作用，其各組成部分在防線中所實(shí)現(xiàn)功能和作用如下。

石灰噴粉器是一種防油粉裝置，其防火功能和作用：由于粉塵中混有油污，黏附濾袋表面上難以清除，除塵器內(nèi)反吹功能也無法清干凈，因此需要在除塵器入風(fēng)口的主管道上安裝噴石灰粉裝置，通過PLC控制系統(tǒng)，按定時(shí)定量給除塵器內(nèi)濾袋表面噴射石灰粉，吸收濾袋上油污，能有效保證濾袋油污殘留能夠很好清潔，減少火災(zāi)機(jī)率。

熔斷式探測器設(shè)于火花檢測裝置與防塵裝置和除塵設(shè)備與風(fēng)機(jī)的主管道兩處上。其防火功能和作用：為防止管道內(nèi)產(chǎn)生瞬時(shí)爆炸，當(dāng)?shù)谝换鸹z測裝置檢測到主管道內(nèi)煙塵攜帶的火花達(dá)到70℃時(shí)，熔斷式防火閥自動關(guān)閉，將主管道與下游的設(shè)備斷開避免火災(zāi)對設(shè)備造成影響。設(shè)置在除塵設(shè)備與風(fēng)機(jī)之間的第二閥門，在除塵裝置內(nèi)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，關(guān)閉第一閥門及第二閥門能夠?qū)⒊龎m裝置隔離，減少空氣流通，防止災(zāi)情擴(kuò)大。

溫度探測器和煙感探測器均設(shè)置在火花捕捉器、除塵裝置及風(fēng)機(jī)之間的主管道內(nèi)的兩處上，其防水功能和作用：檢測煙塵進(jìn)入除塵裝置、風(fēng)機(jī)之前是否攜帶火花，本實(shí)施例中，當(dāng)主管道內(nèi)部的溫度大于40℃，火花檢測裝置將檢測的結(jié)果反饋到CO2自動噴淋設(shè)備的控制器，啟動熄滅裝置噴出CO2來滅火，實(shí)現(xiàn)自動滅火功能。

除塵器消防觀察口，設(shè)于主管道的壁面上，其防火功能和作用：保證管道內(nèi)部監(jiān)控?zé)o死角，方便定期檢修管道和清理積灰，降低管道積塵爆炸風(fēng)險(xiǎn)。

除上述安全措施外，設(shè)備還配套了脈沖反吹自動清灰系統(tǒng)設(shè)計(jì)合適的清灰周期。其防火功能和作用（圖7）：隨著黏附在濾筒上的粉塵厚度的增加，使得粉塵表面電場強(qiáng)度增加，易導(dǎo)致?lián)舸┛諝夥烹?，配置除塵器設(shè)置脈沖360°均勻反吹裝置，有效減少粉塵在濾袋表面上的沉積量和沉積時(shí)間，反吹裝置具備三種反吹功能：自動反吹、手動反吹和定時(shí)反吹功能，及時(shí)清灰還可提高除塵效率，減少空間粉塵濃度，減少參與爆炸或燃燒的能量。

圖7 脈沖反吹自動清灰系統(tǒng)

4.第四道防火安全防線---除塵控制系統(tǒng)的“防止事件擴(kuò)大”措施

除塵器控制系統(tǒng)主要防火控制裝置包括系統(tǒng)總控制柜、系統(tǒng)聲光報(bào)警裝置2 大“防止事態(tài)擴(kuò)大”部分，起到最后總控制和報(bào)警作用，也是第四道防火防線。其組成部分實(shí)現(xiàn)功能和作用如下。

除塵設(shè)備在采取了上述多項(xiàng)“未然防止”措施后，雖然能夠防止發(fā)生火災(zāi)事故發(fā)生，但在除塵器、管道內(nèi)局部仍有可能出現(xiàn)起火燃燒現(xiàn)象，這一點(diǎn)是不能忽視的。因此，除塵設(shè)備也要配置防止報(bào)警及滅火等多項(xiàng)防止事件擴(kuò)大措施，但如何把這些措施都能有效控制，就需要配置一套除塵控制系統(tǒng)。

本實(shí)施例中，通過一套PLC 控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)對全部信號進(jìn)行控制（圖8）。當(dāng)管道、除塵器的檢測裝置檢測到最初期有火花或高溫?zé)熿F出現(xiàn)時(shí)，迅速發(fā)出報(bào)警信號到系統(tǒng)控制柜，PLC 控制系統(tǒng)接收到相關(guān)報(bào)警信號后，迅速自動啟動聲光報(bào)警器發(fā)出報(bào)警信號，同時(shí)自動停止設(shè)備風(fēng)機(jī)及關(guān)閉除塵器前后管道風(fēng)閥，然后啟動設(shè)備內(nèi)CO2自動噴淋裝置進(jìn)行滅火，將可能發(fā)生的火災(zāi)結(jié)束在萌發(fā)狀態(tài)，以達(dá)到火災(zāi)預(yù)防作用，減少不必要的損失，避免進(jìn)一步火災(zāi)或爆炸發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)?；鸹ㄏ邕^程完成后，需要對除塵器設(shè)備進(jìn)行清理和修復(fù)，方能再次投入生產(chǎn)。

圖8 系統(tǒng)（PLC）防火安全控制流程簡圖及電氣構(gòu)架圖

■新型防火安全系統(tǒng)應(yīng)用和效果

按照上述構(gòu)建思路、形成的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，形成一套設(shè)有自動火花捕捉器、自動火花檢測、自動噴淋系統(tǒng)等能夠有效阻擋火花進(jìn)入除塵器的全自動新型防火控制系統(tǒng)，主要應(yīng)用和效果如下。

（1）該防火除塵系統(tǒng)創(chuàng)新性地克服了現(xiàn)有系統(tǒng)存在的缺陷，形成了一套能夠從多角度、多層次實(shí)現(xiàn)自動防火、報(bào)警、滅火完整功能的弧焊排煙除塵設(shè)備上的新型防火安全系統(tǒng)，形成相應(yīng)系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)，填補(bǔ)了國內(nèi)空白。筆者所在車間從2017年實(shí)施后火災(zāi)次數(shù)降低為“0”，且理論上已完全杜絕火災(zāi)可能性。

（2）創(chuàng)新性的建立了一套新型的防火安全系統(tǒng)，為公司乃至行業(yè)內(nèi)的其他防火除塵系統(tǒng)提供了模板，得到同行的認(rèn)可，并取得了較好的運(yùn)行效果。該系統(tǒng)所取得的優(yōu)良效果已引起廣汽集團(tuán)關(guān)注，廣汽乘用車、廣汽豐田、廣汽菲克等汽車企業(yè)已按本新型防火控制系統(tǒng)實(shí)施了改造。

（3）該新型防火控制系統(tǒng)已申請了實(shí)用新型專利，并得到了專利受理（專利名：一種防火除塵系統(tǒng)，專利申請?zhí)枺?019203373149,申請日期：20190315）。

■結(jié)束語

本文對除塵防火控制系統(tǒng)常遇到的安全問題及其對策措施進(jìn)行了歸納和總結(jié)。形成一套設(shè)有自動火花捕捉器、自動火花檢測、自動噴淋系統(tǒng)等能夠有效阻擋火花進(jìn)入除塵器的全自動除塵設(shè)備上的新型防火安全系統(tǒng)，填補(bǔ)了國內(nèi)行業(yè)空白。