整體通風除塵系統在重型結構件焊接車間的應用

2018-03-06 05:53:22姜紅艷孫艷軍

重型機械 2018年1期

姜紅艷，孫艷軍

（河北天擇重型機械有限公司，河北邯鄲056200）

0 前言

河北天擇重型機械有限公司重型結構件焊接車間主要承擔著液壓支架、刮板輸送機中部槽、冶金大型箱體及船舶電力等非標設備結構件的焊接工作。隨著裝備制造的發展，結構件的焊接工作量也越來越大，現在焊接車間每月的焊接工作量約為2 000 t鋼材，焊接過程中產生大量的有害物質給員工的身體健康和周圍的環境帶來了極大的影響。因此，對焊接車間的焊煙采取切實有效的治理措施，改善作業環境，保障員工的身心健康，減少對環境的污染，刻不容緩。

1 焊接煙塵的特點與危害

1.1 焊接煙塵的特點

焊接過程中產生大量的熱量，并且總是產生能夠懸浮在空氣中的氣態有害物和非常小的顆粒有害物，因此，焊接煙塵總是彌散懸浮在車間，直接影響工作人員的健康。

焊接煙塵的組分以及不同組分的含量，主要取決于焊接材料、被焊接材料、焊接工藝、以及焊接方法，因為焊接煙塵實際上就是這些相關材料被氧化以及互相之間反應的產物。采用不同焊接方法和焊接材料施焊時的煙塵量見表1。

表1 各種焊接方法的煙塵發塵量

2.2 焊接煙塵的危害

焊接及相關工藝在生產過程中產生的有害物質達二十多種，包括有毒的氣態物質，顆粒狀的有害物質，致癌的金屬氧化物，放射性物質等等。如果長時間在焊煙污染嚴重的條件下工作，沒有采取科學有效的保護措施，極易引發塵肺、貧血癥、支氣管炎、神經衰弱等各種職業病，嚴重威脅著職工的身心健康。

3 車間基本情況和凈化目標

該重型結構件焊接車間廠房長210 m，寬90 m，柱頂標高12.8 m，共分為4跨，每夸22.5 m，車間有二氧化碳氣體保護焊機200臺，焊接機器人10臺，不均勻分布在車間內。要求車間每小時換氣3次，車間3 m以下達到國家職業衛生法規要求：有害粉塵濃度≤4 mg／m3，焊接區域風速≤0.5 m／s。

4 整體通風除塵系統

通過大量的調研，結合該重型結構件焊接車間的實際生產特點，采用整體通風除塵的方式對焊接廠房進行凈化處理。

4.1 系統原理

焊接作業時會形成固有的熱源，產生熱氣流，由于焊接車間一般都比較高大，使得車間從上到下形成了較穩定的溫度梯度。在往室內送風時以較低風速（v＜0.2～0.5m／s），較大風量（根據車間空間確定風量大?。?，將溫差較小（Δt＝2～4℃）的新鮮空氣直接送入到室內的工作區域。低溫的新鮮空氣在自身重力的作用下先往下走，隨后在緩緩的向四周擴散，最終在地面上方形成一層薄薄的新鮮空氣層。如圖1所示焊接產生的熱氣流由于浮力的作用慢慢上升，并不斷卷吸帶走周圍的空氣，再加上新風通過風筒不斷的送入室內，車間上方的回風口不斷的抽吸室內的空氣，在多重作用下，使得工作區域地面上方的新鮮空氣緩緩向上移動，最終形成了類似于向上均勻流動的氣流，這樣，工作區域污濁的空氣逐步被后續新鮮的空氣所取代，達到車間空氣凈化的目的。

圖1 整體通風除塵原理

4.2 風機參數計算

按照生產布局把焊接車間分為了A、B、C、D四個區域，設計安裝四套通風凈化系統，每套通風凈化系統包括所在區域的送風管網、凈化系統、風機、回風系統、系統控制等。焊接車間空間高度平均取10 m，每個區域空間體積為210 m×22.5 m×10 m＝47 250 m3，每個區域每小時所需風量為47250 m3×3＝141 750 m3。

風機功率（kW）＝風量（m3／h）×風壓（Pa）／（3600×風機效率×機械傳動效率×1000）。

回風機全壓取1 800 Pa，送風機全壓取1 200 Pa，風機效率取0.8，機械傳動效率取0.98。

回風機功率＝141750（m3／h）×1800（Pa）／（3600×0.8×0.98×1000）＝90 kW，取120 kW。

送風機功率＝141750（m3／h）×1200（Pa）／（3600×0.8×0.98×1000）＝60 kW，取80 kW。

4.3 系統特點

整體通風除塵系統如圖2所示，氣流組織采用上回下送，即上部回風（排風），下部送風的方式。主送風管道布置在車間上方兩側，送風支管道順著每個鋼構立柱布置，即在每跨兩側的立柱處設置送風筒，送風筒安裝在距離地面2 m的高度，室外空氣經送風機組內的過濾器過濾后被送入車間。在焊接車間每跨天車的上方布置兩條回風管道，管道上安裝回風百葉。生產過程中產生的焊煙、粉塵在熱上升氣流和送風氣流的共同作用下被回風百葉吸收進入回風管道，經過回風機排出室外。每個焊接工位的風機控制系統與電焊控制室信號通訊相關聯，根據各分區電焊機開啟臺數，線性計算需要的送風風量，調節送風機轉速。焊接車間保持微負壓，回風機根據檢測的負壓值自動調整頻率和轉速，保持送回風風量的平衡。工作的人員呼吸到新鮮的空氣，需要往車間送入一定量的新風，送排風機組上設有新風閥，用來調節進入室內的新風量。在冬季采暖期間，采用80%的回風和20%的新風運行模式?；仫L經過高效過濾段凈化過濾后，在和新風進行混合，然后由送風筒送入車間內。利用送排風機組中的調節閥來控制回流空氣與戶外補充新鮮空氣的比例，既保證車間內不斷有新鮮空氣補充，又能減少室內的熱能損失。新風閥開度隨室外氣溫可在0～20%范圍內自動調節，達到節能的目的。在非采暖季節，采用全新風的運行模式，新風閥全部打開，混風閥關閉，旁通閥打開，回風經濾筒過濾后經旁通閥直接排至室外，保證車間內良好的空氣品質。

圖2 整體通風除塵系統圖

圖3 送排風組合機組

焊接煙塵的粒徑非常微小，其尺寸一般小于1μm，是一種可吸入的空氣污染物質，普通的過濾裝置無法有效過濾掉其中的有害物質。為了保證能有效的過濾掉有害物質，采用了聚四氟乙烯（PTFE）覆膜濾筒式的過濾裝置，其特殊的微孔過濾覆膜孔徑可控制到0.1μm，對0.1μm以上超細粉塵的除塵效率可達到＞99.8%，特別適合金屬焊接、切割煙塵的凈化過濾。采用集中式煙塵處理設備，脈沖反吹清灰，確保過濾精度。脈沖反風自動清灰使用無油無水壓縮空氣工作壓力為0.6 MPa，由壓差控制的按濾筒阻力和間隔時間兩種方法設定脈沖周期，自動對濾筒定期輪流進行清灰。

組合式送排風機組如圖3所示，主要有回風段、噴淋段、回風機段、排風段、新風段、初效過濾段、送風機段、送風段等組成。車間內污染空氣經回風機吸入高效過濾器，焊接煙塵過濾后進入到噴淋室，一方面處理可溶性有毒有害氣體，另一方面過渡季節等焓降溫。為了使在車間

根據焊接車間生產工藝要求，送風末端的送風器采用了圓柱型的電動送風筒，其特點一是風量大，可以最快的速度對室內的空氣進行置換；二是風速慢，可避免因送風速度過大影響氣體保護焊的焊接質量。該送風裝置還可以根據季節的不同變換送風的方向角度，充分利用冷熱空氣密度的不同，有利于氣流組織的運動。夏季送風時，將送風口的方向向上調整，使氣流從向上的角度進入車間，之后依靠冷熱空氣的比重差向下運動；在春秋季，送風溫度與室內溫度相差不大，送風口的方向保持水平方向；在冬季的時候，將送風口的方向調整為朝下，利用送風時較快的風速將熱空氣吹向車間底部，然后在慢慢向上運動，保持車間整體溫度。

4.4 實際應用效果

焊接車間采用整體通風除塵系統前后焊煙檢測見表2。

表2 治理前后車間焊煙檢測表 mg／m3

0.1μm以上顆粒治理后支架焊接二線檢測地點電焊煙塵治理前電焊煙塵治理后其他粉塵治理前其他粉塵治理后氧化鋅治理前氧化鋅治理后0.1μm以上顆粒治理前2.0 1.2 1.2 0.6 0.18 0.09 5.2 0.52中部槽焊接線 1.9 1.1 1.2 0.6 0.16 0.08 5.2 0.52結構件焊接線 1.9 1.1 1.2 0.6 0.16 0.08 5.2 0.52點對焊接線 1.6 0.8 0.6 0.3 0.12 0.06 5.2 0.52治理效果降低40% 降低50% 降低50% 凈化率90%以上