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如何改善车间电焊烟尘环境?

时间:2018-06-14 09:57   来源:国迈   访问量:

1. 概述

进入21世纪以来,环保成为媒体上热门的词汇之一。企业不仅要最大化地追求经济利益,还必须考虑工人安全、健康,注重社会效益,减轻和避免造成环境污染。随着社会文明的不断向前,各个方面都向着人性化方向发展。ISO14000标准在国内不断普及,要求企业发展的同时,把对环境的污染和破坏降到最低。近来,欧美推出了社会责任认证标准(SA8000),从人本管理的角度,要求企业必须承担环境和社会责任。如果不通过此认证,不只是订单受影响的问题,而是将被排斥出欧美市场。

焊接作为一种金属热加工的基本方法,在冶金、石化、机械制造、造船等许多工业部门中得到了广泛的应用。但焊接生产过程中会产生一些对人体健康有害的气体、粉尘等物质,尤其是在狭小密闭的容器内施焊时,焊接烟尘浓度会高达100mg/m3以上,在有些通风不良的条件下甚至高达800mg/m3。这样恶劣的工作条件对焊接人员的身体健康构成了严重的威胁。采取必要技术手段改善作业环境,降低焊接烟尘对工人的健康危害和对环境的污染,已成为一些企业正面临的任务。

2000年以来,工程机械持续快速发展,工程机械80%以上的钢铁材料,主要是通过焊接成各种结构件,生产过程中焊接量大,并产生大量有害的焊接烟尘。为此,工程机械企业积极探索,并与相关环保研发机构、企业合作,对焊接车间采取必要的通风除尘措施,以改善作业环境。

2. 焊接烟尘及其危害

(1)焊接烟尘的产生  

焊接是利用电能加热,促使被焊接金属局部达到液态或接近液态,而使之结合形成牢固的不可拆卸接头的工艺方法。焊条在高温下被熔化达到沸点,部分产生高温蒸气。这种高温蒸气一脱离电弧高温区便迅速氧化并冷凝成细小的固态分散粒子,悬浮在空气中,形成了焊接烟尘,如表1所示各种弧焊方法的烟尘发尘量

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(2)焊接烟尘的成分  

焊接烟尘的化学成分,取决于焊接材料(焊丝、焊条、焊剂等)和被焊接材料成分及其蒸发的难易。不同成分的焊接材料和被焊接材料,在施焊时将产生不同成分的焊接烟尘(见表2)。

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(3)焊接烟尘的特点及危害  

焊接烟尘的特点有:①焊接烟尘粒子小,烟尘呈碎片状,粒径为1mm左右。②焊接烟尘的粘性大。③焊接烟尘的温度较高。④焊接过程的发尘量较大。一般来说,1个焊工操作1天所产生的烟尘量60~150g。

由于焊接烟尘颗粒直径非常小,鼻毛、鼻粘膜起不到阻碍作用,可侵入肺的深部并沉积下来。如果被溶解,就可以直接侵入血液造成中毒,有的作为单体停留在肺组织内,导致尘肺疾病。由于焊接烟尘中含有氰化物和锰的氧化物,会导致氢中毒和锰中毒。一些带有底漆的工件在焊接过程中还会产生含锌或铅的烟尘,对人体健康产生危害。

3. 焊接车间保护工人健康的措施

为降低焊接车间内的烟尘量,保护工人身体健康,国家规定有一定的技术性标准和强制性措施。目前常用的方法主要有车间通风、除尘和个人劳动保护。

(1)通风  

通风即车间内空气与车间外空气保持良好的流通,通过流动的气流使焊接烟尘快速扩善,随空气一起流出车间,减少车间烟尘滞留量,起到净化车间空气的效果,从而减轻烟尘对工人生体健康的危害。通风的途径除了在车间厂房设计时考虑较多的窗户外,还可以增加墙面风机和屋顶风机加快空气的流动速度,以增加通风效果。通风不对焊接烟尘进行收集和任何的处理,只是通过车间内外空气交换来降低车间内烟尘含量。

通风对于减轻车间焊接烟尘能起到一定效果,而且成本低。但是,对于焊接量和烟尘量较大的车间,效果并不理想。车间内外焊接烟尘最终要么进入大气,要么降落到地面,对车间内外环境和空气仍然会造成一定的污染。而且通风有很大的地域局限性,在冬天,北方地区车间通风会造成大量热量损失,致使车间温度较低,影响车间工人作业。如果补给热风,会大量消耗能源。在南方炎热地区,如果夏天车间采用制冷空调降温,也不能采用通风方式来降低车间焊接烟尘浓度。

(2)除尘  

除尘与通风的区别主要是增加了对焊接烟尘的收集和集中处理。除尘主要有两类:一类是通过在焊接点或焊接烟尘产生的位置安装吸气头,在焊接烟尘未大范围扩散之前就把它吸入管道,再通过管道集中输送到车间外或进行集中处理。这类方法的优点是焊接烟尘不扩散到车间,对工人健康影响最小。当然,如果不经处理直接排放到大气也会对自然环境造成污染。如果通过有效的过滤处理,空气可循环进入车间,这对于冬季北方进行取暖的车间和夏季南方装有制冷空调的车间而言,是最佳的选择方式,可避免热量和冷量的损失。另一类是在焊接烟尘扩散到车间后,在通风的基础上,增加诱导风机等辅助手段,将烟尘随空气通过屋顶集中排放。烟尘如果直接排放到大气,也会对环境造成污染。

(3)劳动保护?

主要对个人而言,对阻止焊接烟尘的扩散、减轻车间焊接烟尘量、净化车间空气起不到作用。防止烟尘的个人劳动保护一般是普通口罩。现在出现了一些新的焊接专用保护罩,不仅可以避免弧光对眼睛的伤害,而且带有一种过滤装置,通过管道向操作者输送进化后的空气,完全避免吸入带有焊接烟尘的空气,对劳动者起到了很好的保护效果。缺点是不能改善车间环境状况,而且保护罩价格昂贵,难以普及应用。

4. 除尘技术及应用

不管是净化车间空气还是保护劳动者身体健康,除尘是最好的办法。不同除尘方法效果不同,下面介绍几种常用的焊接车间除尘技术。

(1)屋顶排尘?

主要是通过车间顶部排风装置将焊接烟尘随空气一起从车间底部排除。该办法是通过在车间屋顶合适的位置安装送风和排风装置,通过送风和排风,使得车间烟尘气流向着排风的方向流动,从车间顶部排除。

由于焊接烟尘往往上升到一定高度后悬浮,形成高浓度的烟尘层,使得流动困难。为此,根据高浓度的烟尘层的位置高度,可在车间内部一定高度的合适位置安装诱导风机,使悬浮的焊接烟尘流动起来。诱导风机主要运用理论来自空气动力学中,即少量高速喷流气体的扰动特性。扰动喷流能够有效地诱导周围静止的空气,而带动空气流通。在无风管的条件下根据动量守恒定律:喷流的中心速度由出口点起逐渐减低,但是喷流宽度逐渐增加,所诱导周围的空气量也逐渐增加。根据这个原理,新风被诱导,被送到必要的区域,与带有烟尘的空气混合,最后经排风机排至室外。根据车间高度、宽度及烟尘滞留特点,以适当的系统设计布置,实现最佳的室内气流组织,达到高效经济的通风除尘效果。

屋顶除尘比普通通风效果好,车间内外换风量小,而且成本低,易于改造和施工。但是,屋顶排尘的效果仍然不佳。由于焊接烟尘需要先扩散到车间,车间空气质量仍然较差,工人吸入烟尘的几率仍然较大。车间换风量仍然较大,北方地区冬天车间的采暖使其应用受限。一些南方企业在车间内装了空调,夏天使用空调时就不能让车间内外空气交换过快。而且,风机的质量和寿命对运行效果影响很大。

(2)工位集中除尘  

普通的工位除尘是在车间内部铺设通风管道,在焊接工位设置通风口,在车间外部设置大功率风机,将焊接时产生的烟尘靠风机的吸力有通风口吸入,再通过气体输送采用管道集中排除车间,如图1所示。

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图 1

车间内部与通风口压力相比,处于微正压。由于空气流向是从高压到低压,焊接产生的烟尘就会随气流进入通风管道。采取这种办法,通风口与烟尘源较近,扩散的烟尘大大减少,对烟尘的吸入比例较高。由于烟尘扩散减少,车间空气状况大大改善,工人吸入烟尘的可能性大大降低。缺点是需要在车间内部铺设较长的管道,不易于改造施工,维护和寿命也是问题。而且管道和焊接烟尘采集点都是固定的,离集尘点越远,收集的效果就越差。

在实际应用中,需根据厂房结构、车间大小、焊接点位置分布等计算、设计和布局管道、选择风机,是一项较为复杂的工程。如果设计不合理,即使投入大量的资金和设备也不能取得良好的效果。

新的工位除尘采用了分散的烟尘净化器,就近对焊接烟尘进行过滤处理,效果很好,净化后的空气直接循环进入车间。

(3)焊接烟尘净化器净化  

焊接烟尘净化器净化是工位除尘的一种。不同于普通工位除尘,烟尘净化可以不铺设集中管道,将吸入的烟尘引入过滤系统,过滤后的干净空气重新排放到车间,烟尘则沉积到容器。如图2所示。焊接烟尘净化器由净化器、吸气臂和吸气罩组成,净化器一般分上中下三箱体,上箱体有引风机、脉冲阀、气包、脉冲清灰控制仪,中箱体有喷吹管,下箱体为焊烟过滤室,内部有滤筒及活性碳,底部设有积尘斗,积尘斗用于及时收集滤筒下粉尘。

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图 2

焊接烟尘净化器的工作原理:引风机运转时,含尘气体由进风口进入除尘器,在除尘器内气流被强制改变风向且流速减慢,烟尘随气流穿过滤筒时,被滤筒过滤而阻留在其外壁,净化后的气体由滤筒内上升进入中筒体,经风机从风出口经活性碳二次过滤排出,当滤筒表面粉尘较多时,操作脉冲按钮,脉冲喷吹控制仪开始工作,电磁脉冲阀工作,使气包内的压缩空气经喷吹管喷高速射到滤筒内,同时诱导数倍于喷射气量的周围空气进入滤筒,造成滤筒内瞬时正压,使积附在滤筒外壁的粉尘落于灰斗中,并于停机后排出机外收集起来。

采用焊接烟尘净化器可在过滤除烟尘及旋焊处,以小风量高压头就近搜集处理。其特点是经过滤,烟尘净化率达99.9%,净化器能将0.3mm的微小颗粒过滤,不会对车间及外部环境造成任何污染,能耗小,灵活机动,不焊不开机,操作方便,烟尘气体经净化后可排入车间循环使用,有效避免冬季热量损失。吸气臂具有很大的柔性,可360°旋转,吸气罩可在一定范围内随焊枪移动。吸气臂直径和长度可根据实际情况选择。

单体焊接烟尘净化器可固定在一个工位使用,也可以移动到任意工位使用(底部装有轮子),对焊接工位不固定的车间非常方便。另外,焊接烟尘净化器还可以带两个吸气臂,同时用于距离较近的两个焊接工位。

(4)采用吸尘焊枪  

吸尘焊枪是一种将焊枪与抽风吸嘴组合在一起的焊接装置。吸尘焊枪的效果与移动式焊接烟尘净化器相同,即在焊接烟尘未扩散前就将其吸入管道,有害气体可远离呼吸区,能有效避免焊接烟尘对车间的污染和对人体健康的危害。吸尘焊枪仅仅是吸取焊接烟尘,对焊接烟尘净化处理还需要配置焊接烟尘净化器,其工作原理如图3所示。

图3 吸尘焊枪工作原理

吸尘焊枪的吸风口与焊接烟雾产生源距离较近,一般只有几厘米,因此抽风的效果较好。工人操作时,只要移动吸气焊枪,吸嘴也就同时移动,无需另外的动作,对一些较为复杂的结构件,其吸尘效果作用是无法替代的。

5. 结语

焊接烟尘污染环境,危害人体健康,但是只要有焊接生产,就不可避免地产生焊接烟尘。工程机械生产中,焊接是必不可少的,因此就不得不面对焊接烟尘的污染与危害。但是,面对焊接烟尘,应积极采取措施,使其对人体、对环境的危害尽可能的降低。工程机械生产遍布全国,而中国国土面积大,不同地区气候差距大,因此对焊接车间除尘的方法有着不同的需求。企业应根据所在地区的气候环境、焊接量大小、车间设施等选择合适的焊接烟尘处理方式,并有针对性地布局除尘设备,已达到最佳的效果。

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