大型分段裝焊工場設計

劉可卿

（中船第九設計研究院工程有限公司，上海 200063）

制造工程設計

大型分段裝焊工場設計

劉可卿

（中船第九設計研究院工程有限公司，上海 200063）

根據大型分段裝焊工場通風除塵設計要求，在完成主體設計同時采用建筑自然通風與環保局部煙塵治理相結合的方式，可有效解決裝焊工場大型化集中化帶來的焊接煙塵污染加劇的問題，有利于改善車間環境。

分段裝焊工場;工程設計;焊接煙塵;通風除塵

【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.09.030

1 引言

焊接作為機械加工不可缺少的技術手段，是現代船舶制造的關鍵工藝技術。隨著我國造船工業的迅速發展，船舶行業分段裝焊工場日趨大型化，車間建筑尺寸也從單跨、數千平方米發展到了多跨、數萬平方米。裝焊工場的大型化對建筑、結構、環保、節能等設計專業提出了新的要求，特別是裝焊作業集中化、規?；?、高效化帶來的焊接煙塵污染加劇問題給廠房排煙除塵設計提出了新的課題。

2 工程概況

分段裝焊工場為主廠房2跨，主尺度（長×寬×軌高）=237m×（48+48）m×15m，設24m露天堆場。車間主要承擔部件分段、平面分段的制造，包括焊接、裝配及預舾裝工作。車間內設有1臺100(50+50)t橋式起重機，軌高為29m；5臺32/5t橋式起重機，軌高為15m；1臺25t橋式起重機，軌高為15m；6臺10t半門式起重機，上軌高度為9m。車間內配置各類焊機300臺，主要采用CO2氣體保護焊、埋弧自動焊等高效焊接設備。

3 工程設計

3.1 建筑結構設計

分段裝焊工場為2聯跨車間，占地面積23 409m2（含露天跨面積2 280m2），建筑面積21 129m2。車間結構形式采用單層鋼結構框排架，生產火災危險性類別為丁類，建筑耐火等級為二級。

車間總長237m，寬96m，共2跨，跨度均為48m，柱距主要為6m、9m、12m、13m、24m（露天跨）和25m（中間通道）。車間屋蓋采用鋼網架，橫向采用鋼排架結構，縱向采用鉸接排架并設柱間支撐，每個結構單元縱向柱列中部設1道上下柱間支撐，兩端各設1道上柱間支撐。100t吊車運行區的排架柱的下柱采用鋼管混凝土格構柱，上柱采用H形截面鋼柱；其余區域的排架柱的下柱采用雙肢格構鋼柱，上柱采用H形截面鋼柱。

車間屋面采用≥0.60mm厚彩色鍍鋁鋅壓型鋼板（不含油漆層），外墻面1.2m高度以下為蒸壓灰砂磚，上部為≥0.53mm厚單層鍍鋁鋅壓型鋼板。車間地坪主要為鋼筋混凝土地坪或通用地坪。

3.2 防火與消防設計

分段裝焊車間為單層鋼結構廠房，生產火災危險性屬丁類，建筑耐火等級為二級，防火分區最大占地面積可不受限制。廠房安全出口的數目均大于2個，廠房內最遠工作地點到外部出口的距離可不受限制，疏散門的寬度亦需滿足規范要求。二級耐火等級的丁戊類廠房的柱梁均可采用無保護層的金屬結構，但使用甲乙丙類液體或可燃氣體部位的材料，在鋼柱表面噴涂防火涂料的防火保護，防火涂料厚度按消防規范二級耐火等級建筑構件的要求確定。其他建筑構件如屋頂承重構件、非承重外墻的燃燒性能和耐火極限均達到二級耐火等級的相應規定。

3.3 建筑節能設計

本項目擬建區域屬北溫帶東亞季風型大陸氣候區。車間局部屋面采用機械成型暗扣式透光板，可改善白天車間的采光環境，減少人工照明，節約電能。

單層鋼結構大車間建筑設計上積極采用自然通風，依靠合理設置百葉窗，組織氣流自然流通，再輔以屋頂通風器等手段排除有毒有害氣體，降低能耗。

3.4 環保設計

分段裝焊工場內配置300臺各類焊機，在焊接作業中產生大量的焊接煙塵。焊煙中含金屬氧化物粉塵、CO、Mn、O3等有害物質。由于焊煙粒徑很小，絕大部分金屬為可吸入粉塵，當操作工人長期在通風不良和沒有防護措施的環境中進行作業時，易患低熱、電焊塵肺等職業病，嚴重危害操作工人身體健康。

分段裝焊工場焊材年消耗量為780t，合計每年產生焊接煙塵6.24t。以往對焊接煙塵治理方法一般采用全室通風換氣措施，以降低工人呼吸帶空氣中的煙塵及有害氣體濃度。由于裝焊車間建筑尺寸較大，如采用機械通風換氣投資較大，無法在裝焊車間中廣泛使用；自然通風受氣候影響較大，廠房縱深處效果差；同時,又由于裝焊車間內焊接范圍廣、焊接位置隨時隨地移動，傳統局部通風凈化法給操作帶來不便，無法在實際操作中廣泛地使用。因此，采用全面通風凈化與新型局部通風凈化相結合，是全面、經濟、合理地治理焊接廠房內焊煙的有效方法。

新型局部焊煙凈化采用高真空焊接煙塵凈化技術，該技術在焊煙產生初期，尚未完全擴散至室內時，利用高負壓在第一時刻對焊煙進行捕捉，是對污染物治理效率最高、最有成效的方法，其系統風量、功耗較低，可起到事半功倍的效果。該技術可應用于裝焊車間手工焊、半自動焊、自動焊和機器人焊接等工位，捕集率達到80%～90%，凈化效率為99%。

按焊機同時使用效率50%計算，分段裝焊車間在局部焊煙凈化上配置25套集中式JY-ZK-600型高真空焊接煙塵凈化機組。每套高真空焊接煙塵凈化系統可連接6臺焊機。高真空焊煙凈化機組可布置于鋼立柱間電焊機鋼平臺下，管道以系統的形式均勻分部，并設置即插即用快速插口。系統配備不同長度的耐磨、耐壓、耐高溫空軟管與快速插口連接。焊煙吸口可與焊槍綁定對焊煙進行源頭捕集。軟管輕便，長度可達30m，可以完全覆蓋焊接區域，滿足較長構件的焊接作業。

全面通風凈化使用1種可替代天窗的屋頂通風器，其是1種無動力的環保型、節能型、輕型現代化排風裝置。同時，外墻的7～11.9m和25～32.5m標高處設置鋁合金通風百葉，與屋頂通風器形成自然對換氣流，增大換氣量，為生產創造良好的工作環境。

通過局部通風和全室通風措施相結合的方式使車間內焊接煙塵滿足國家有關衛生標準《工作場所有害因素職業接觸限值化學有害因素》（GBZ 2.1—2007）中的有關規定。

3.5 電氣設計

分段裝焊工場配置2座10/0.4kV變電站，其中1座設置1臺1 250kV·A干式變壓器，另外1座設置1臺2 000kV·A干式變壓器；均為車間內架空變電站。為減少電能損耗，節約投資，變電站均深入車間的負荷中心。變電所照明按二級負荷供電，其他設備按三級負荷供電。

車間照明照度200lx（7W/m2）。照明光源選用高光通量金屬鹵化物燈，并配置節能型電感鎮流器和電容補償；熒光燈采用高效節能型熒光燈，并配置電子鎮流器。

建筑物屋面設接閃帶防直擊雷，利用與接地干線相聯的屋頂彩鋼板作防雷接閃器。防雷引下線除優先采用土建結構主鋼筋，接地極優先采用樁基垂直主鋼筋外，還輔以人工接地極；變電站接地制式為TN-S制。接地方式采用共用接地，接地電阻小于或等于1Ω。

3.6 給排水設計

車間用水直接接自廠區給水環網，排水采用分流制。雨水經廠區雨水管網收集后直接排入水體。車間內一般無害廢水直接排入廠區污水管，有害生產廢水需單獨收集并經環保專業處理達標后方可排入廠區污水管。

根據規范要求，本車間可不設室內消火栓系統，室外消防用水量20L/s，由廠區給水管網上的室外消火栓供給。車間內按消防要求均配置一定數量手提式干粉滅火器。

4 結語

在大型分段裝焊工場的設計工作中，完成車間主體部分設計的同時需特別關注建筑通風與排煙除塵的設計工作。本設計中采用了建筑屋頂通風器、側墻百葉等自然通風措施與環保局部源頭焊煙治理凈化措施相結合的方法來解決集中焊接作業帶來的焊煙污染問題，實際生產運行過程中獲得了良好的效果，節約能耗，改善了車間作業環境，可為類似大型裝焊廠房的設計提供一定的設計經驗和指導。

【1】GB50016—2014建筑設計防火規范[S].

【2】GB 50019—2015工業建筑供暖通風與空氣調節設計規范[S].

【3】GB Z2.1—2007工作場所有害因素職業接觸限值化學有害因素[S].

【4】GB 50057—2010建筑物防雷設計規范[S].

【5】GB 50034—2004建筑照明設計標準[S].

【6】GB 50015—2010建筑給水排水設計規范[S].

The Design of Large Scale Assembly Welding Shop

LIU Ke-qing
（ChinaShipbuildingNDRIEngineeringCo.Ltd.，Shanghai 200063，China）

According to the requirements of ventilation and dust purification in the design of large scale assembly welding shop,in thecompletionofthemaindesignatthesametime,thecombinationofnaturalventilation in buildingsand the local environmental protection dustpurification, can effectivelysolve thewelding fume pollution problemswhich caused bythe assemblyweldingworkshop of large centralized.Thentheenvironmentoftheworkshopcanbeimproved.

assemblyweldingshop;engineeringdesign;weldingfume;ventilationandpurification

TU275.3

B

1007-9467（2016）09-0112-02

2016-05-12

劉可卿（1983～）,男，江蘇常州人，工程師，從事環境工程研究，（電子信箱）mg0625061@163.com。