焊接煙塵處理方案設計選型

王星鑫

（中車蘭州機車有限公司新廠建設辦公室，甘肅蘭州 730050）

1 工程概況

本項目位于蘭州郊區，在單層鋼結構廠房中間跨靠東側墻體，該區域三面開放，東側墻壁為鋼結構100 mm 厚玻璃絲綿夾芯板墻體，焊接工位布局分為2 個區域，集中焊接區面積約5500 m2，屋頂為人字形，在屋脊設計有通風器排煙天窗，屋頂上順坡布置數條采光帶。該區域北邊布置10 臺焊機，南邊布置9 臺焊機（圖1）。

圖1 集中焊接區工藝布置

該區域生產中主要采用SMAW（Shielded Metal Arc Welding，手工電弧焊）和MAG 焊（Metal Active Gas Arc Welding，熔化極活性氣體保護電弧焊）2 種方法。焊接方法施焊時每分鐘的發塵量和熔化每千克焊接材料的發塵量見表1[1]。

表1 常用焊接方法的發塵量

焊接煙塵主要包括氣體、煙霧、灰塵等，其中主要的有害成分有金屬和非金屬氧化物、氟化物、各種鹽類以及一氧化碳、二氧化碳、氮氧化物等[2]。相關研究發現，焊接煙塵的粒徑范圍為（0.001～100）μm，其中（0.1～0.2）μm 所占提及百分比最大[3]。這些顆粒度很小的焊接煙塵更容易被吸入體內，而且很容易在人體滯留，難以排出體外，以致在人體內形成物理性抗原，不斷刺激滯留部位器官的吞噬細胞產生免疫防護，最終導致該器官的病變（表2、圖2）[1]。

表2 相關煙塵粒度比較

圖2 焊接作業產生的主要有害氣體及其危害

鑒于以上情況，需要在焊接區域設計一種煙塵處理方案，來保障職工的健康的工作環境。在工業應用中，國內外普遍采取的通風排煙措施主要有點排煙、局部排煙、全面通風、置換通風、全室空氣凈化、誘導式通風等方式。各種排煙措施的原理及特點如表3 所示。

表3 各種通風排煙措施的原理及特點

2 設計方案

根據實際生產情況具有工件大小、形狀多樣、工位相對固定等特點，選擇局部排煙的方式選購焊煙除塵設備。通過市場調研了解，以局部排煙為原則設計選用設備，擬采用的煙塵凈化設備是市場主流的濾筒式凈化器，過濾處理后的排放濃度可以達到5 mg/m3。鑒于整套設備要適應焊接現場存在天車的情況，提出如下3 種解決方案。

方案1：采用埋地管路設計，南北區各一套焊接煙塵凈化處理設備。采用將吸塵管路埋入地溝，再在相應工位伸出柔性吸氣臂的方式來實現焊接煙塵的吸收處理。每臺焊機布置一套吸塵管路，最后整體進入排煙總管。將總管接入集中式焊接煙塵處理器，經過過濾凈化處理，將達標后的廢氣排放到室外（圖3）。

圖3 管路埋地式焊煙除塵方案

方案2：通過鋼結構支架將廢氣總管布置在焊接區域的南北兩側，在每個工位上針對每個焊機設置一套帶有一定角度、可折疊鋼結構的吸氣管支路，盡可能的覆蓋整個焊接區域，將每個工位焊機產生的焊接煙塵最大程度地吸入排煙總管，將總管接入集中式焊接煙塵處理器，經過過濾凈化處理，將達標后的廢氣排放到室外（圖4）。

圖4 可折疊鋼結構吸氣支路焊煙除塵方案

方案3：在各焊接工位采用（3～5）m 的柔性吸氣臂進行煙塵捕捉。各個工位吸塵口將煙塵捕捉收集匯集到主風管，吸氣臂的外壁管為進口聚氯乙烯（Polyvinyl Chloride，PVC）材質與玻纖符合螺紋鋼絲管，主風管將含塵氣體送入除塵主機集中凈化處理，潔凈的空氣通過風機出達標排放（圖5）。

圖5 旋轉+柔性伸縮臂焊接煙塵處理方案

3 技術參數選型

以上3 種方案中，方案1 占用空間少，可以留出足夠的生產空間，但是埋地管道在使用過程中會存在檢修不便等問題；方案2 的管道因為只能在管長方向進行折疊，從而改變從主管到支管管口的距離，這種方案不能保證在焊接區域南北兩側留出足夠的空間供天車及工件使用；相比于前2 個方案，方案3 可以通過將排煙支管旋轉靠至焊接區域南北側的方式來提供足夠的生產空間。但同樣存在一個問題是，再中間區域要布置兩條鋼結構支架，會影響工件的來回吊運并且影響廠房內整體的美觀度。

經過投資成本與設備選用等多方面考慮，決定在焊接區的南北靠墻側按照方案3 的設計布置可旋轉伸縮的鋼結構除塵系統，靠近中間安全通道側采用地溝的方式鋪設排煙總管，使用方便拆裝檢修且有足夠承重的地溝蓋板，地溝管道安裝完畢后使地溝蓋板保持與地面平齊等高，保證安全通道上平整無障礙。方案3 采用吸出式（負壓式）通風方式，清灰方式為自動+手動。選擇的設備主要技術要求見表4。

表4 選擇的設備及其技術參數

4 結論

焊接煙塵的處理問題與焊接工藝等密切相關，在焊接工藝既定的條件下選擇集中式的焊接煙塵處理系統，在每個工位設置風量調節閥，通過變頻系統控制實現風量的增減。另外，設置可伸縮旋轉的支管路增加了系統的靈活性和有效性，可以在改善職工的工作環境、滿足環保要求的同時為工廠節約能耗，為廠房集中焊接區提供了節能環保的解決方案。