船舶建造車間環境質量分析

劉玉君, 王力占， 李 瑞

(1.大連理工大學 船舶工程學院， 遼寧 大連 116024; 2.上海船舶工藝研究所， 上海 200023)

船舶建造車間環境質量分析

劉玉君1, 王力占2， 李 瑞1

(1.大連理工大學 船舶工程學院， 遼寧 大連 116024; 2.上海船舶工藝研究所， 上海 200023)

粉塵、噪聲以及有害氣體是船舶建造車間內主要的污染因子，造成這些污染的主要生產工藝有焊接工藝、打磨工藝、切割工藝。針對船舶建造車間污染情況，以某船廠管加工車間和鋼加工車間為研究對象，現場測量粉塵濃度、噪聲，收集污染氣體并化驗濃度，分析各污染因子數值在車間內大小及變化規律。經實驗驗證，粉塵濃度、噪聲、有害氣體濃度在船舶建造管加工車間與鋼加工車間內具有一定的變化規律，為加快“綠色造船”提供一定的參考。

綠色造船；車間；環境污染

0 引言

船舶建造車間內產生的污染是整個船舶建造過程中產生污染最為嚴重的階段之一，具有污染普遍性和排放多樣性等特征。我國與發達國家在船舶建造車間的綠色度方面有很大差距，由于控制污染難度大、投入多、涉及到的技術復雜，故運行起來比較困難。在船舶建造的整個生產工藝流程中，均存在著因建造車間污染處理設施布局不合理、不全面而造成各種污染問題。因此，如何盡可能減少船舶建造過程中產生的污染是當前亟待面臨解決的重大問題。

以船廠管加工車間和鋼加工車間為例，其每個生產工藝過程均會產生對車間環境有害的物質，主要包括在焊接工藝、打磨工藝、切割工藝過程中產生的粉塵、噪聲及其他有害氣體。因此，將綠色制造的概念引入船廠生產車間的環境質量評定體系，分析各有害物質在車間內的含量及變化情況，對車間環境質量做進一步的評估并采取相應措施就顯得尤為重要。例如：在污染物排放比較嚴重的工藝區域設置合理的污染物處理設備，有效控制污染物的排放；在車間整體污染比較嚴重的區域選擇合適的位置布置通風設備或重新布置車間內的生產工藝設備；對于污染物處理設施不合理的車間提出改進意見；對于新建車間的布局提出參考意見；等等。

本文以某船廠管加工車間和鋼加工車間為研究對象，現場測量粉塵濃度，噪聲，收集污染氣體并化驗濃度，分析各污染因子數值在車間內大小及變化規律。

1 船舶建造車間粉塵濃度測量試驗及變化規律

1.1 車間整體粉塵濃度測量試驗及變化規律分析

1.1.1 測量試驗的設計

(1) 管加工車間整體區域測量試驗設計。管加工車間區域測量點布置如圖1所示，其中B區～D區的a段以切割工藝為主，b段以平臺裝配、焊接、打磨工藝為主。分別在各加工區域的a段和b段中心位置處設置測量點，測量點高度距地面1.5 m，為人員正常工作、行走時的口鼻高度位置。同一測量點的測量時間間隔為30 min。測量設備選擇PM10/PM2.5大氣粉塵檢測儀。

圖1 管加工車間整體區域測量點的布置

(2) 鋼加工車間整體區域測量試驗設計。鋼加工車間區域測量點布置如圖2所示，其中A、C、E、G區以切割工藝為主，B、D、F、H區以焊接、打磨以及小組立工藝為主。在A區～H區中心位置處分別設置測量點，測量點高度距地面1.5 m，為人員正常工作、行走時口鼻高度位置。同一測量點的測量時間間隔為30 min。測量設備選擇PM10/PM2.5大氣粉塵檢測儀。

圖2 鋼加工車間整體區域測量點的布置

1.1.2 粉塵濃度隨工作時間的變化規律分析

表1所示為管加工車間B區(表中簡稱為管加B-1、管加B-2)、鋼加工車間C區(表中簡稱為鋼加C-1)、鋼加工車間D區(表中簡稱為鋼加D-1)測量點的半日統計數據，其變化情況如圖3所示。

表1 車間粉塵濃度隨工作時間的變化情況 mg/m3

圖3 車間粉塵濃度隨工作時間的變化情況

由測量數據可知：

(1) 在3 h監測過程中，車間粉塵濃度整體增加了0.1 mg/m3左右；

(2) 作業前30 min(13:30～14:00)，由于車間內整體粉塵濃度偏低且擴散均勻，粉塵濃度增加不明顯；

(3) 作業30 min后(14:00～16:30)，各測點處限定時段內粉塵濃度增幅穩定在0.02～0.03 mg/m3；

(4) 在3 h監測過程中，不同車間的切割工藝區粉塵濃度均顯著低于焊接打磨工藝區。

1.1.3 粉塵濃度隨測量高度的變化規律分析

表2所示為管加工車間C區(表中簡稱為管加C-1、管加C-2)、鋼加工車間E區(表中簡稱為鋼加E-1、鋼加E-2)測量點某時刻不同高度下的粉塵濃度統計數據，其變化情況如圖4所示。

表2 車間粉塵濃度隨測量高度的變化情況

圖4 車間粉塵濃度隨測量點高度的變化情況

由測量數據可知：

(1) 隨著測量點高度從0.3 m提高到1.5 m，粉塵濃度減小0.15 mg/m3左右；

(2) 隨著測量點高度每增加0.3 m，各測量點粉塵濃度降幅基本穩定；

(3) 不同車間的切割工藝區粉塵濃度均顯著低于焊接打磨工藝區。

1.2 車間典型工位粉塵濃度測量試驗及變化規律

1.2.1 測量試驗的設計

布置測量點時，選擇工人接觸電焊粉塵濃度最高的時段進行短時間接觸采集。待焊接工位周圍基本達到穩定狀態時(施焊開始5 min后)開始測量粉塵濃度。

在操作工人口鼻高度1.5 m處，以操作工人為圓心，在其口鼻與地面相平行的平面上，以0.4 m為半徑，于8個不同角度分別設置測量點進行測量，測量點布置如圖5所示。測量設備選擇PM10/PM2.5大氣粉塵檢測儀。

圖5 典型工位環境指標測量點示意圖

1.2.2 焊接工位粉塵濃度變化規律分析

表3和表4所示為管加工車間、鋼加工車間各一典型焊接工位(無外設除塵設備)、2個時刻(08∶00，11∶00)的粉塵濃度測量數據，其濃度變化示意圖分別如圖6和圖7所示。

表3 管加工車間某焊接工位粉塵濃度 mg/m3

表4 鋼加工車間某焊接工位粉塵濃度 mg/m3

圖6 管加工車間焊接工位粉塵濃度變化規律分析

圖7 鋼加工車間焊接工位粉塵濃度變化規律分析

由測量數據可知：

(1) 在3 h監測時間內，固定測量點的粉塵濃度增加1 mg/m3左右；

(2) 全部測量數據均高于《車間空氣中電焊粉塵標準》規定的電焊粉塵最高容許濃度6 mg/m3，各點測量濃度均值顯著高于規定的濃度值；

(3) 同工位、同時刻下，不同角度測得的粉塵濃度存在差異；

(4) 同工位的粉塵濃度數據與作業時刻無相關性。

2 船舶建造車間噪聲測量試驗及變化規律

2.1 車間整體噪聲測量試驗及變化規律

2.1.1 管加工車間整體噪聲測量試驗及變化規律

在管加工車間B區、C區的a段(切割區域)和b段(焊接打磨區域)中心位置處設置測量點，記為B-a、B-b、C-a、C-b。測量點高度距地面1.5 m處；以0.4 m為半徑，于8個不同角度分別設置測量點進行測量。測量點布置如圖5所示。表5為管加工車間整體噪聲測量數據。測量設備選擇Tes-1352噪聲計。

由測量數據可知：

(1) 處于a段區域的噪聲數據相較于b段區域低2dB左右；

(2) 同類型工藝的區域噪聲水平無顯著差異。

2.1.2 鋼加工車間整體噪聲測量試驗及變化規律

在鋼加工車間C區～F區中心位置處設置測量點，記為C-1、D-1、E-1、F-1。測量點高度距地面1.5 m；以0.4 m為半徑，于8個不同角度分別設置測量點進行測量，測量點布置如圖5所示。測量設備選擇Tes-1352噪聲計。表6為鋼加工車間整體噪聲測量數據。

表5 管加工車間整體噪聲測量數據 dB

表6 鋼加工車間整體噪聲測量數據 dB

由測量數據可知：

(1) 以切割工藝為主的C區、E區噪聲平均值相比以焊接打磨工藝為主的D區、F區噪聲平均值低2～3 dB；

(2) 同類型工藝的區域噪聲水平無顯著差異。

2.2 典型工位噪聲測量試驗及變化規律

試驗重點考察切割、打磨、焊接3類工藝的噪聲指標，測量點設置如表7所示。測量點高度距地面1.5 m；以0.4 m為半徑，于8個不同角度分別設置測量點進行測量，測量點布置如圖5所示。表8～表10分別為切割工位、焊接工位和打磨工位噪聲測量數據。測量設備選擇Tes-1352噪聲計。

表7 典型工位噪聲測量點選擇

表8 切割工位噪聲測量數據 dB

表9 焊接工位噪聲測量數據 dB

表10 打磨工位噪聲測量數據 dB

由測量數據可知：

(1) 71個數據點超過《工業企業噪聲設計控制規范》里規定的噪聲限值85 dB，數據達標率26.04%；

(2) 鋼加工車間各工位噪聲水平普遍高于管加工車間，其中切割、焊接工位高于管加工車間10%以上。

3 船舶建造車間有害氣體收集與濃度

使用QC-1S單氣路大氣采樣儀(見圖8)、專用抽氣泵與專用鋁箔氣體采樣袋對管加工車間、鋼加工車間共計9個焊接工位測量點進行采樣，并委托大連理工大學精細化工國家重點實驗室進行成分檢測。

圖8 QC-1S大氣采樣儀

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檢測結果如表11所示。

表11 焊接工位CO濃度測量數據 ppm

由測量數據可知：焊接工藝區CO濃度值遠超過《室內空氣質量標準》的相關要求10 mg/m3，相當于8.73 ppm，未檢測出NOx和SOx相關成分。

4 結論

本文以船舶建造管加工車間和鋼加工車間為研究對象，設計試驗現場測量粉塵濃度，分析測量點粉塵濃度隨車間內工作設備工作時間增加而變化的情況及粉塵濃度隨距地面高度增加而變化的情況。設計試驗測量噪聲大小，分析了車間整體噪聲水平，比較分析了典型工藝區(焊接工藝、打磨工藝、切割工藝)噪聲情況。設計試驗對船舶建造管加工車間和鋼加工車間氣體進行收集，檢測有害氣體含量及成分，分析了典型工藝區(焊接工藝)以及車間整體區域有害氣體濃度以及變化情況。粉塵濃度及變化規律、噪聲及變化規律為研究船舶建造車間內通過優化各設備工藝參數，工藝路線達到降低粉塵濃度、減小噪聲大小的目的提供了一定的參考價值，對研究船舶建造車間內工藝除塵設備以及降噪系統的布置具有一定的幫助，同時為“綠色造船”助一臂之力！

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Analysis of Environmental Quality for Shipbuilding Workshop

LIU Yujun1, WANG Lizhan2， LI Rui1

(1.School of Naval Architecture and Ocean Engineering, Dalian University of Technology, Dalian 116024, Liaoning, China；2.Shipbuilding Technology Research Institute， Shanghai 200032， China)

During the process of ship building, dust, noise and carbon monoxide in the production workshops are the main factors that cause the pollution of the workshop. However, the main manufacturing processes which cause these pollution are the welding process, the grinding process and the cutting process. The size of dust’s concentration and the noise level，the carbon monoxide collection and the concentration testing are made，and the rules of pollution factors are analyzed. The experimental results show that the concentration of dust, noise, and the concentration of harmful gas have a certain change in the shipbuilding workshop, which provide a certain reference value for speeding up the “green shipbuilding” .

green shipbuilding； workshop； environment pollution

高等學校博士學科點專項科研基金(編號：20130041110011)。

劉玉君(1962-)，男，博士，教授，研究方向為船舶與海洋結構物先進制造技術。

U673

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