錢伯民 尚 軍

揚(yáng)州市廣陵區(qū)疾病預(yù)防控制中心

通過對焊接車間焊接過程產(chǎn)生的污染物原理進(jìn)行分析，確定了高效的通風(fēng)和凈化方式，并以某企業(yè)的焊接車間為例進(jìn)行了通風(fēng)系統(tǒng)改造設(shè)計(jì)的實(shí)例分析，希望能夠?yàn)橄嚓P(guān)的工作提供一定的參考。

焊接是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中一種先進(jìn)的工作方法，在機(jī)械加工中獲得了廣泛的應(yīng)用。但是，在焊接生產(chǎn)過程中，會(huì)產(chǎn)生大量的焊接煙塵及有害氣體，對工作環(huán)境造成極大的污染，嚴(yán)重危害焊接工人的身體健康。同時(shí)隨著我國工業(yè)化規(guī)模的不斷擴(kuò)大，焊接車間的規(guī)模也呈現(xiàn)出較快的發(fā)展趨勢，焊接煙塵所產(chǎn)生的危害日益嚴(yán)重，已經(jīng)成為當(dāng)前工業(yè)生產(chǎn)中的重點(diǎn)問題。

1 焊接煙塵產(chǎn)生的原理

在焊接過程中，焊接電弧的溫度通常能夠達(dá)到4000℃～6000℃的高溫，在這種溫度條件下，焊接材料以及母材的金屬元素被蒸發(fā)，金屬熔化產(chǎn)生的蒸汽會(huì)在空氣中迅速的氧化和冷凝，形成不同粒徑的細(xì)小固體粒子，同時(shí)還會(huì)產(chǎn)生CO2、NO2等有害氣體。焊接煙塵是有害氣體及金屬氧化物粉塵混合物，被分為煙和粉塵兩部分，其中粒徑小于0.1μm 的屬于煙，而直徑在0.1μm～10μm之間的屬于粉塵，它以氣溶膠的形態(tài)漂浮在焊接車間的空氣中。常用結(jié)構(gòu)剛焊條焊接過程中產(chǎn)生煙塵的化學(xué)成分如表1 所示。

在焊接過程中，不同類型的焊條所產(chǎn)生的煙塵量存在極大的差異，它與焊接的方式、焊條的型號、藥皮的類型、厚度等多種因素有關(guān)。

2 實(shí)例分析

改造項(xiàng)目概況

本文選擇某汽車零部件廠的焊接車間作為研究對象。該車間由于產(chǎn)能增加，原有的車間通風(fēng)系統(tǒng)無法滿足產(chǎn)能增加對通風(fēng)的需要，因此，需要以原有通風(fēng)系統(tǒng)的機(jī)組、主風(fēng)管為基礎(chǔ)適當(dāng)增加新系統(tǒng)進(jìn)行改造。改造車間的長度為90m，寬度為75m，內(nèi)部凈高為9m。通過對車間進(jìn)行實(shí)際勘察，目前車間內(nèi)投入使用的焊接工位在60 個(gè)左右，另外有一條正在進(jìn)行調(diào)試的焊接生產(chǎn)線，并預(yù)留了大約1500m2左右的焊接生產(chǎn)區(qū)域。車間焊接的工位除了少部分手工焊接工位未設(shè)置排風(fēng)罩外，其他焊接工位均設(shè)有局部排風(fēng)罩。

焊接車間內(nèi)的局部排風(fēng)罩主要分為兩種形式，第一種是焊接工位設(shè)整體性排風(fēng)罩，工位設(shè)在專用的半封閉性的小室內(nèi)，焊接件進(jìn)出口設(shè)有透明的塑料幕條，排風(fēng)口設(shè)置在小室的頂部，焊接人員在塑料幕條外部進(jìn)行焊接操作；另一種是在焊接工位頂部水平安裝的局部排風(fēng)罩，排風(fēng)罩的安裝高度在3m 左右，焊接機(jī)器人位于排風(fēng)罩底部進(jìn)行自動(dòng)焊接，焊接工位設(shè)置圍欄，避免作業(yè)期間人員進(jìn)入。

表1 常用結(jié)構(gòu)鋼焊條產(chǎn)生煙塵化學(xué)成分（%）

焊接車間煙氣擴(kuò)散狀況

焊接車間在進(jìn)行通風(fēng)系統(tǒng)改造之前，煙氣的擴(kuò)散主要有以下幾方面。

（1）半封閉性小室，操作人員在取出焊接件時(shí)，小室中的部分煙氣會(huì)溢出進(jìn)入到車間中。經(jīng)過對排風(fēng)罩截面風(fēng)速進(jìn)行測量，確定其中有少部分排風(fēng)罩的截面風(fēng)速能夠達(dá)到0.4m/s 左右，其余大部分均在0.2～0.3m/s 之間，而且小室中所溢出的煙氣與排風(fēng)罩截面風(fēng)速呈反比，風(fēng)速越低，煙氣的溢出量越大。從煙氣的實(shí)際溢出情況來看，排風(fēng)罩的排風(fēng)量明顯不足，排風(fēng)系統(tǒng)的部分支管只連接了一個(gè)排風(fēng)罩，而還有部分同樣直徑的支管連接多個(gè)排風(fēng)罩，系統(tǒng)風(fēng)量分配不均勻，導(dǎo)致部分排風(fēng)罩的風(fēng)量無法滿足實(shí)際需求。

（2）焊接機(jī)器人工位的排風(fēng)罩由于機(jī)器人高度的影響，通常安裝在較高的位置，焊接煙氣在上升過程中會(huì)向排風(fēng)罩外的區(qū)域進(jìn)行擴(kuò)散，而排風(fēng)罩由于空間限制無法增加覆蓋范圍。

（3）焊接部件在焊接之前未對表面油污清理，增加焊接過程中的煙氣量。

改造目標(biāo)

本次對焊接車間的改造主要是對焊接工位煙氣的溢出進(jìn)行控制，減少煙氣在車間內(nèi)部的擴(kuò)散。通過組織氣流的有序流動(dòng)，提高車間內(nèi)部煙氣排出的效率，提高車間內(nèi)部的空氣質(zhì)量，改善焊接工作環(huán)境。

氣流組織設(shè)計(jì)

在保證分量滿足車間正常通風(fēng)的基礎(chǔ)上，順暢的氣流組織是對焊接車間通風(fēng)系統(tǒng)改造的關(guān)鍵。良好的氣流組織的設(shè)計(jì)可以有效提高車間煙氣的排出效率，避免煙氣在車間局部集聚。由于是對原有系統(tǒng)進(jìn)行改造，因此要充分利用原有的系統(tǒng)、風(fēng)管和排風(fēng)罩，提高改造工程的經(jīng)濟(jì)性。

每個(gè)排風(fēng)罩均是車間中的吸風(fēng)點(diǎn)，且高度基本上處于離地面3.5m 以內(nèi)的高度范圍。同時(shí)在車間底部大約2m的高度設(shè)置低速置換送風(fēng)口，使冷風(fēng)在送出后能夠下沉到人員活動(dòng)的區(qū)域范圍，通過送風(fēng)口配合各個(gè)排風(fēng)罩的吸風(fēng)效果，可以在整個(gè)車間的底部區(qū)域形成一個(gè)循環(huán)的空氣流動(dòng)環(huán)路，從而實(shí)現(xiàn)對車間內(nèi)工作區(qū)域空氣流動(dòng)的有效控制，提高工作區(qū)域的空氣質(zhì)量。

在焊接過程中，由于高溫產(chǎn)生的大量熱量被冷空氣吸收后會(huì)形成上升氣流。這些上升氣流挾帶焊接煙塵上升到排風(fēng)罩吸風(fēng)口被吸入通風(fēng)系統(tǒng)。另外，逃逸的煙氣在上升到車間內(nèi)的一定高度之后會(huì)逐漸向四周擴(kuò)散，經(jīng)過一段時(shí)間的積累之后會(huì)形成煙氣滯留帶。針對這一問題，根據(jù)實(shí)際煙氣滯留帶的位置設(shè)置獨(dú)立的排風(fēng)系統(tǒng)，將滯留在車間一定高度的煙氣收集處理之后排至車間外部。

夏季送冷風(fēng)可以促進(jìn)熱煙氣的上升，而在春秋季節(jié)同樣可以利用溫度較低的室外空氣。在冬季向車間內(nèi)送入熱風(fēng)時(shí)，由于熱空氣上升的速度較快，很難形成空氣流動(dòng)環(huán)路，而如果直接送入室外新風(fēng)，則可能由于室外空氣外度過低而影響車間內(nèi)部的舒適度。因此，選擇合適的送風(fēng)溫度在冬季通風(fēng)非常關(guān)鍵，根據(jù)車間內(nèi)部的實(shí)際溫度變化，通常選擇14～19℃左右的送風(fēng)溫度，這樣既能保證車間內(nèi)部空氣的循環(huán)流動(dòng)，同時(shí)也能保證溫度的舒適性。

煙霧控制措施

在進(jìn)行焊接車間通風(fēng)系統(tǒng)的改造過程中，可以通過下面的措施來控制煙霧在車間內(nèi)部的擴(kuò)散。

（1）增加車間的總體排風(fēng)量30 萬m3/h，通過增加6臺(tái)5 萬m3/h 的風(fēng)量排風(fēng)機(jī)來實(shí)現(xiàn)總體排風(fēng)量的提升，總風(fēng)管按照現(xiàn)有排風(fēng)管的高度進(jìn)行安裝；

（2）對各排煙罩的排煙風(fēng)量進(jìn)行重新分配，通過對排煙罩加裝調(diào)節(jié)閥的方式控制風(fēng)量；

（3）增加風(fēng)量為30 萬m3/h 的補(bǔ)風(fēng)系統(tǒng)。在車間外墻的綠化帶中增設(shè)5 臺(tái)風(fēng)量為6 萬m3/h 的空調(diào)機(jī)箱，送風(fēng)管的高度設(shè)置在8m 左右的位置，末端則使用低速置換式送風(fēng)口，這樣可以有效避免送風(fēng)氣流對排煙罩產(chǎn)生影響；

（4）焊接部件在進(jìn)行焊接作業(yè)之前對其表面的有無進(jìn)行徹底清理，可以有減少焊接過程中煙塵的產(chǎn)生量；

（5）所有排風(fēng)系統(tǒng)都需要安裝煙塵處理設(shè)備，在煙塵達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)之后，才能向室外進(jìn)行排放。

3 結(jié)束語

焊接車間在經(jīng)過通風(fēng)系統(tǒng)改造之后，排風(fēng)罩的排煙能力明顯提高，煙氣的總體溢出量減少，車間內(nèi)部的空氣得到明顯改善，同時(shí)通過合理的氣流組織設(shè)計(jì)，使車間內(nèi)部形成了空氣流動(dòng)環(huán)路，有效提升了車間內(nèi)部的舒適度。經(jīng)過測量，車間在通風(fēng)系統(tǒng)改造之后，工作區(qū)域的煙氣濃度降低到2.2～3.5mg/m3的水平，滿足了GBZ2.1-2007《工作場所有害因素職業(yè)接觸限值》中的標(biāo)準(zhǔn)。