韓閏勞，林鋼，楊丹

(1.慶陽職業(yè)技術學院，甘肅慶陽745000;2.酒鋼集團蘭州長虹焊接材料有限責任公司，甘肅蘭州730000;3.武漢大學動力與機械學院，湖北武漢430072)

0 前言

國內(nèi)外有關監(jiān)測資料顯示，焊接煙塵中，氧化鐵一般占煙塵總量的35% ～56%，其次是氧化硅，其含量占10% ～20%，氧化錳占5% ～20%。焊接煙塵粒度范圍一般在0.1 ～11 μm 之間，其中粒度 3.3 μm 以下的占比約91%以上。焊條的發(fā)塵主要取決于其藥皮成分，焊條發(fā)塵實質上主要是過熱、藥皮成分蒸發(fā)的過程，在焊接過程中由于高溫燃燒產(chǎn)生的煙氣在電弧的推力作用下，焊條端部及其母材相應被熔化，熔液表面劇烈噴射由藥皮及焊芯產(chǎn)生的高溫高壓蒸汽并向四周擴散，過熱的熔滴上蒸發(fā)出來的金屬蒸氣在弧柱中激烈燃燒冷卻后得到的氧化物就是煙塵。產(chǎn)生的煙塵積聚后部分凝聚成固體微粒，形成氣體和固體微粒組成的混合物，在施焊區(qū)周圍成連鎖的不規(guī)則的樹枝狀霧團，冷卻過程中相互粘結，相對時間段內(nèi)漂浮在施焊區(qū)域，流動性相對較差。隨著溫度和濕度及作業(yè)環(huán)境變化，長時間積聚會粘附到附近的設施上，如果不進行抽排處理，焊工的身心健康將受到嚴重威脅［1－3］。

目前國內(nèi)焊接煙塵凈化處理措施主要有以下幾種:一種是焊工呼吸保護設備、吸氣焊槍和吸氣面罩式，這種方式只保護了焊工個人，對周圍環(huán)境無保護作用，適合特殊作業(yè)環(huán)境;一種是采用車間排風扇全面換氣的方式直接抽排式，這種方式屬于混合通風、稀釋焊煙濃度方法，能將一部分煙塵排至室外，但排煙效果并不明顯，在大部分工人操作地帶的煙塵濃度都遠遠超過允許值，特別是在一些封閉的和半開放的設備中進行作業(yè)時情況更為嚴重，同樣對周圍環(huán)境無保護作用;第三種是根據(jù)固定的焊接工位布置相應的分支抽風系統(tǒng)，安裝排煙罩進行排煙，匯流至總管道由抽排風機進行抽排。其抽排式有兩種形式，即直接排空式和過濾后排空式，兩種方式均未對有害氣體進行徹底凈化處理，造成作業(yè)區(qū)周圍環(huán)境的大氣污染;第四種是通過布袋除塵器收集后排空式，除塵效果好，但噪音大，影響附近人群身心健康;第五種是局部排風式，使用移動式煙塵凈化器局部煙塵抽吸設備，在特定的場合效果較好，但成本高，空間位置占比大，使用有一定的局限性［1，4］。

大部分專家多從焊條成分等方面著手，以減少產(chǎn)生有毒、有害污染源，固然可從根本上達到解決對環(huán)境降低污染的目的。但是，目前應用最廣泛的還是常規(guī)手工焊焊條，污染問題從根本上未得到解決，大部分企業(yè)或機構防治措施相對單一，只考慮了車間作業(yè)環(huán)境的污染問題，而對車間作業(yè)環(huán)境外的污染問題則少有考慮，有毒有害氣體未達標排放。有些生產(chǎn)車間或培訓機構雖然安裝了中央煙塵處理系統(tǒng)，往往運行一段時間后由于粘性煙塵積聚效應，造成煙氣通過率下降，導致作業(yè)環(huán)境再度污染，還是影響了焊接作業(yè)者身心健康。

我們經(jīng)過多次嘗試，反復實踐，對我院焊接培訓車間焊接煙塵抽排系統(tǒng)進行了改造，設計建造了一種往復式高壓水流沖刷式焊接煙塵收集處理系統(tǒng)，成功地解決了這方面的問題。

1 焊接培訓車間基本概況

焊接培訓車間占地面積200 m2，建設總共投資150多萬元，承擔著中、高級焊工操作技能培訓和技能鑒定等工作。共有50個工位，可同時進行手工焊條電弧焊、二氧化碳氣體保護焊、鎢極氬弧焊、氣焊與氣割等基本的操作訓練，培養(yǎng)出的學員大部分就業(yè)于煤電、煤化、石化等產(chǎn)業(yè)，年培訓能力200人以上。年培訓時間約300天，其平面布置見圖1。

圖1 焊接培訓車間平面布置

根據(jù)車間功能分區(qū)情況，設計有兩組主抽排系統(tǒng)，一組是二氧化碳氣體保護焊、氬弧焊區(qū)，該區(qū)有20個工位。另一組為焊條電弧焊區(qū)，該區(qū)有30個工位。其主管道采用直徑200～600 mm的錐形螺旋變徑式結構，每個工位分支管道直徑均為150 mm，分支管道與主管道正向夾角為30°，工位分支管道安裝懸停吸氣臂，在垂直分支管道下端和吸氣臂連接處裝有64 W管道引風機。吸氣臂排煙罩吸風口采用變徑式設計，可根據(jù)實際需要進行調(diào)整，以保證焊接過程中焊接煙塵盡可能集吸。工作時，管道引風機和主風機將焊接煙塵送入主管道，通過煙塵過濾裝置進行過濾抽排。但該系統(tǒng)長時間運行會造成煙氣通過率下降，甚至造成過濾器堵塞現(xiàn)象，使車間煙塵量濃度嚴重超標，影響操作者身心健康，而且檢修頻次高。

2 改進后系統(tǒng)組成及工作原理

將原有的煙塵過濾裝置改為往復式高壓水流沖刷收集裝置。該裝置安裝在主管道主風口和引風機中間，由進出水平衡系統(tǒng)、U形拐臂式過濾板高壓沖洗排管、電氣控制系統(tǒng)組成。進出水平衡系統(tǒng)由過濾器底部水封裝置(設有開啟和關閉閥門)、補給水箱、沉淀池、高壓水泵、循環(huán)水泵等組成。電氣控制系統(tǒng)主要是過濾板堵塞報警裝置和清洗操作控制系統(tǒng)組成。U形拐臂式過濾板高壓沖洗排管裝置采用并聯(lián)連接方式，在沖洗排管上安裝有數(shù)個高壓噴嘴，按高壓水噴射覆蓋區(qū)域重合度及噴射力設置噴嘴間隔及噴射水壓，以保證清洗效果，往復動作由液壓或鏈傳動及滑塊機構正反向運動方式來實現(xiàn)。

往復式高壓水流沖刷收集裝置系統(tǒng)啟動后，打開水封裝置和沉淀池連接的閥門，帶有高壓噴頭的排管在傳動機構的驅動下來回往復運動，高壓噴嘴持續(xù)噴射高壓水清洗過濾板，將附著在過濾板上的煙塵沖刷掉，使煙塵隨水流沉淀在過濾器的底部，隨廢水流入廢水收集沉淀池。

正常工作時過濾板下部處于水封狀態(tài)，水封裝置閥門始終關閉，以保證煙塵正常抽排。煙塵通過過濾板三次過濾后由5 m排氣筒排放。同時，煙塵中的易溶于水的有毒有害物質在抽排過程中被過濾器下部水封部分吸收，有效的緩解對外部環(huán)境的污染［2］。停機清洗時，水封裝置閥門打開，水封解除，沖洗廢水直接排入廢水收集池沉淀，沉淀后的水可重復利用，沉淀固廢交由有資質的收集處理單位收集處理，其組成及原理見圖2。

圖2 往復式高壓水流沖刷收集裝置

3 兩種裝置效果分析

3.1 原系統(tǒng)裝置效果分析

原系統(tǒng)長時間運行會造成焊接煙塵聚積粘附于過濾網(wǎng)上，造成煙氣通過率大大下降，甚至造成過濾網(wǎng)堵塞，車間煙塵量濃度遠超過國家關于焊接車間衛(wèi)生標準的相關規(guī)定，致使培訓工作無法正常進行。清理時發(fā)現(xiàn)有片狀板結物質粘附于濾網(wǎng)上，垂直分支管道下端和吸氣臂連接處管道引風機葉片上以及主管道內(nèi)壁煙塵積聚也非常嚴重。檢修時只得關閉系統(tǒng)，拆下管道引風機和過濾器過濾板進行人工清洗，由于焊接工位較多，清洗工作費時費力。據(jù)統(tǒng)計，系統(tǒng)每檢修清洗一次用時最少6～8 h，每月平均堵塞2～3次。

3.2 改進后的裝置效果分析

改進后的往復式高壓水流沖刷式焊接煙塵收集處理系統(tǒng)，采用自動往復式高壓水流沖刷機構，不用拆除過濾器的過濾板進行單獨沖洗，在高壓水流的往復沖刷作用下，附著在過濾網(wǎng)上的片狀板結物得到有效的清除，煙塵中的無機氧化物、氮氧化物、氟化物等有毒固體塵粒也隨水流進入沉淀池，減少了煙塵中的有害物質對操作人員和室外環(huán)境的污染。經(jīng)現(xiàn)場測定，往復沖洗時間約15 min左右就可達到煙塵正常排放要求，不會影響系統(tǒng)正常工作。

本系統(tǒng)使用后，運行順暢，使用半年來，未發(fā)現(xiàn)管道引風機和過濾器過濾網(wǎng)堵塞現(xiàn)象。排氣筒排出的尾氣中無機氧化物、氮氧化物、氟化物、臭氧、CO等濃度均小于國家規(guī)定要求。經(jīng)環(huán)保部門現(xiàn)場檢測表明，本排煙處理系統(tǒng)使用后，車間內(nèi)煙塵濃度達到《車間空氣中電焊煙塵衛(wèi)生標準》(GB16194－1996)，車間空氣中電焊煙塵最高容許濃度為6 mg/m3，《工業(yè)企業(yè)設計衛(wèi)生標準》(TJ36－79)，氧化錳(換算成 MnO2)為 0.2 mg/m3、氟化物為 1mg/m3中規(guī)定要求［1］，改進后車間主要有害物質檢測濃度見表1。

表1 改進后車間內(nèi)有害物質濃度(mg/m3)

4 結論

(1)往復式高壓水流沖刷式焊接煙塵收集處理系統(tǒng)的研制和使用，解決了常規(guī)的煙塵抽排過濾系統(tǒng)煙塵在過濾板上積聚引起堵塞造成抽排除塵效率下降的難題，過濾板清洗效果明顯。

(2)實踐證明，自動往復式高壓水流焊接煙塵沖刷機構可以有效地減少焊工工作環(huán)境內(nèi)外煙塵的排放、保護焊工的身心健康，節(jié)能環(huán)保效果較明顯，使用效果良好，達到了除塵、煙氣凈化的效果，具有廣泛的推廣價值。

［1］ 蘇建華.焊接車間電焊煙塵凈化技術研究［J］.電器工廠設計，2002(3):26－32.

［2］ 陳劍虹，張德鄰，李啟業(yè)，等.堿性焊條發(fā)塵致毒影響因素的研究［J］.焊接學報，1980(2):53－65.

［3］ 蔣建敏，李現(xiàn)兵，王智慧，等.焊接煙塵發(fā)塵機理及其影響因素［J］.焊接，2006(1):7－11.

［4］ 楊桂茹，呂同輝，云霞，等.焊接煙塵的影響因素及其防護措施［J］.焊接，2002(7):35－36.