降低水泥包裝作業場所粉塵危害

文·圖/殷德山 袁春賢

近年來，我國水泥行業發展迅速，水泥生產企業存在的職業危害因素包括粉塵、噪聲、高溫、振動4種，而水泥粉塵能夠導致塵肺病，是水泥生產企業職業危害因素中最具傷害性的危害因素。從生產工藝來看，水泥熟料生產中，粉碎、研磨、過篩、配料出窯、包裝、裝車等工序均有大量粉塵產生，而包裝和裝車作業中的插袋和碼袋作業，粉塵濃度最高，職業危害最嚴重。

原國家安全生產監督管理總局職業健康司組織對陜西、山東、云南、甘肅、遼寧、貴州6個省的36家水泥生產企業進行了調研，并對全國31家企業水泥包裝和裝車2個崗位的粉塵濃度進行了現場檢測，發現31家企業包裝和裝車崗位粉塵濃度均超過了國家職業衛生標準，總塵濃度最高超標115倍。主要原因是包裝與裝車工藝設備落后，達不到有效的防塵效果。

我國現有水泥生產企業仍以人工插袋、人工碼袋裝車方式為主，極個別采用全自動化設備。如果按照水泥年均產量和水泥散裝率推算，全國從事水泥包裝和裝車從業人數約為1萬6 000人。袋裝水泥的長期需求，短期內難以將包裝、裝車設備實現升級換代的困境，以及包裝、裝車作業從業人員眾多的事實，決定了包裝和裝車2個環節水泥粉塵危害治理的迫切性。

為有效控制作業場所粉塵危害，保護勞動者的職業健康權益，原國家安全監管總局發布了《關于加強水泥制造和石材加工企業粉塵危害治理工作的通知》，通知要求，水泥制造企業必須著重對包裝和裝車環節進行綜合防塵工程治理。為了降低粉塵危害，很多企業對相關設備進行了技術改造。由中國安全生產科學研究院職業危害研究所承擔的“十二五”國家科技支撐項目——《水泥生產與石棉開采典型作業場所防塵技術裝備研究及工程示范項目》旨在通過研究適合水泥生產企業包裝和裝車道2個作業場所的通風集塵形式，并輔以風量自動調節技術，優化氣流組織，以達到包裝和裝車作業崗位良好通風降塵效果，減少作業人員罹患塵肺病的風險。該項目已于2018年5月驗收。項目研制出的包裝作業場所通風集塵裝置、裝車作業通風集塵裝置，降低粉塵危害效果較為明顯，2種裝置均已獲得國家專利。本文主要介紹其中包裝作業場所通風集塵裝置及其應用改造案例。

包裝崗位粉塵超標原因

研究團隊在原國家安全生產監督管理總局的組織和協調下，調查了9家水泥企業和2家水泥機械制造企業。通過調查了解，摸清了水泥企業包裝和裝車作業場所主流工藝設備、作業特點、粉塵擴散狀況、現有通風除塵設施的防護狀況以及工人的作業特點及規律。

通過現場調研、發煙測試、氣流組織數值模擬等分析發現，包裝崗位粉塵超標有兩大原因：

2.2.1 他人的偏見：Byrne等[15]認為當患者感覺他人的對待有差異時就會產生病恥感，這種感覺很難量化，會產生在公眾里“格格不入”或者是“異常醒目或突出”的錯覺。在經歷疾病過程中，患者常強迫用他人存在偏見的想法來看待自己，產生自我歧視，加重內在病恥感。

1.水泥粉塵塵化源頭多、沉降速度慢

水泥作為粉料時具有一定流動特性，而漂浮在空氣中又沉降很慢，基本處于懸浮狀態。包裝設備缺陷、水泥袋質量不達標等諸多因素形成了包裝作業場所的諸多粉塵泄露問題，導致粉塵無組織擴散嚴重，主要塵化源有8個。

（1）包裝機葉輪灌裝時，水泥粉料和夾雜的空氣一同進入水泥袋，空氣的積聚在袋子內部形成一定的氣壓，氣流從水泥袋縫隙漏出時形成誘導氣流，從而造成粉塵外逸。

（2） 灌裝完畢后部分出料嘴閥門卡澀，以及出料嘴內存灰傾灑，造成少量漏灰。另外，部分企業還存在膠皮夾管疲勞失效造成的全程噴撒問題。

（3）卸袋時滿袋掉落到卸包機皮帶時，沖擊作用下皮帶的振動提供了粉塵飛揚的動力源頭。

（4）由于水泥袋在灌裝時形成的內部氣壓在充裝作業過程中未完全釋放，袋內氣象空間余壓尚存時，導致泄漏氣流塵化作用持續存在于整個皮帶運輸過程中。雖然運輸皮帶距離插袋崗位有一定距離，但這些粉塵可在外界不利風向條件下進入包裝崗位。

（5）除塵器排灰管排灰時直接排入卸包機后端底部集灰口，由于管道末端（泄灰口）在集灰口篦子以上，并且未進行密閉。在外界風力作用下，泄灰口成為粉塵發生源。

（6）包裝車間側面過道內作業人員通過壓縮空氣清吹衣服上的粉塵，清吹過程中造成了二次揚塵，含塵氣流進入包裝車間，造成空氣污染。

（7）包裝機本體的旋轉運動形成誘導氣流，為揚起的粉塵提供了二次動力，造成粉塵污染至更大的范圍（見圖1）。

圖1 包裝機周邊粉塵分布示意圖

2.現有除塵系統除塵效率低下

（1） 卸包機排風罩罩口氣流受附近側向風干擾，造成卸包機排風罩排風效果不好，同時從卸包機進入的氣流對包裝作業空間的下行氣流產生干擾，影響排風效率。

（2）從煙塵流動的軌跡和檢測結果看，插袋工位周圍氣流混亂，作業人員呼吸帶的空氣不是新風。由此可以推斷，現有包裝機周圍的半密閉罩不能使作業空間形成足夠的負壓，不能形成有效的下行氣流，達不到排風效率。

（4）多數企業采用的是回轉式包裝機，包裝機旋轉時，機器周圍會形成旋轉風，干擾包裝機底部排風罩的排風效率。

包裝作業場所通風集塵裝置原理及功能

包裝作業場所通風集塵裝置采用了對粉塵源盡量封閉的原則設計了組合式排風罩，它由包裝機大容積罩、卸包機排風罩聯體組成。包裝機大容積罩以改善包裝機周圍的氣流結構，提高排風的粉塵捕集效率為目的，使工人操作位處于新風補入口，保證工人呼吸新鮮空氣。此外，通過在排風罩開口對面上部設置一定流量的排風來實現大容積罩負壓均勻性，提高上部換氣效率，提高工作位（即氣流入口）工人呼吸帶高度處的氣流速度。

包裝作業場所通風集塵裝置具有抗外界干擾能力強、粉塵捕集效率高等優點。該裝置改變了原有包裝機周圍通風組織不良的現狀，能夠實現局部氣流組織優化的功能，提升氣流入口（工作位）處的氣流速度均勻性，達到粉塵污染控制與捕集的目的，從而降低插袋工位處的粉塵污染，減少插袋工罹患職業病的風險。

應用改造案例

包裝作業場所通風集塵裝置已在營口天瑞水泥有限公司、新疆阜康天山水泥有限責任公司多臺生產線上得以應用，目前系統運行良好，通風除塵效果顯著。本技術應用企業均具有行業代表性，采用半自動化生產工藝，在袋裝水泥裝車線上均采用回轉式包裝機和移動式高臺水泥裝車機等主流生產設備。技術應用前雖然兩家企業主設備新舊程度不同，并歷經多次通風系統改造，但包裝和裝車作業崗位仍存在不同程度的超標現象。

以營口天瑞水泥有限公司為例，實施改造前，該企業采用半自動回轉式包裝機進行水泥裝袋，包裝機底部、卸包機等關鍵部位設置了排風設施，但粉塵濃度依然超標。現場檢測粉塵濃度顯示，總塵47.69 mg/m3，呼塵7.57 mg/m3，超標倍數分別為12.0和5.1。其生產設備、生產工藝和作業崗位粉塵濃度基本代表了目前多數水泥生產企業的水平。

針對上述超標問題，項目組經過細致的現場調研，對其包裝和卸運區域進行了組合式排風裝置改造，降塵效果顯著，達到了國家職業接觸限值。

改造方案

1. 采取密封措施提高局部負壓

針對卸包機排風罩排風效果不好的問題，研究人員采取密封措施提高局部負壓的辦法，將卸包機和清包機之間的正包機進行半封閉，一方面使得卸包機排風罩的排氣氣流速度有一定程度的提高，吸塵效果有所改善；另一方面，能夠減少外界氣流對包裝機作業空間內氣流的干擾。

2. 創造一個較為穩定的負壓帶

而要解決包裝作業工位存在的回轉風問題、氣流組織混亂問題，以及插袋工人呼吸帶空氣污染的問題，研究人員認為，必須在作業人員呼吸帶位置創造一個較為穩定的負壓帶，有利于新風的補入，同時規范氣流，提高氣流向下流動的效率。

圖2 包裝崗位通風除塵系統示意圖

圖3 改造前，無通風設施，粉塵飛揚

為此，研究人員建議把包裝機從半封閉改為整體密閉，以形成足夠大的封閉空間，利于形成穩定的負壓，并將插袋工站立部位作為新風入口。

3．設置氣幕隔離裝置

為了避免包裝機旋轉形成的貼壁氣流在進風口處對新鮮氣流的污染，插袋工作位兩側設置氣幕隔離。

圖4 改造后，通風集塵效果

改造效果

改造后，該企業包裝崗位通風除塵系統見圖2，回轉式包裝機周圍設有半密閉罩把包裝機攔腰圍擋。包裝作業時，包裝機逆時針方向旋轉，插袋工在包裝機旁的工位處插袋，袋子從料嘴受料灌裝，灌裝完成后在卸包機上方落袋，經由卸包機、正包機、清包機及皮帶輸送機輸送到裝車機，進行裝車作業。

通過搭建實驗裝置，進行上述改造后，研究人員通過現場測試和數值模擬，發現從進風口送入清潔空氣之后，在密閉且負壓較大的環境下，氣流被有效地規范，包裝機的揚塵沒有外泄，插袋工位保持了新鮮氣流，在負壓環境的影響下，污染氣流從底部排風罩被抽走，包裝作業空間形成了良好的氣流循環。

現場工程改造完成后，研究人員現場粉塵檢測發現，插袋工呼吸帶總塵由47.69 mg/m3下降為4 mg/m3以下，符合工作場所國家職業接觸限值要求。改造前后作業現場對比見圖3、4。

本次工程防護設施改造的特點是成本低，可行性強。工程防護設施改造簡單，改造成本較低，由本單位自己的檢修隊伍施工作業，所使用的材料主要有：2 mm厚鋼板、角鐵、鋼筋、U型鋼、焊條、螺栓、鋼管等，設備、工具包括電弧焊槍、氧氣罐、乙炔罐、錘子、米尺等。

這一改造成果獲得國家實用新型專利，同時列入2015年重點推廣的先進安全技術裝備目錄。