劉可卿

（中船第九設(shè)計(jì)研究院工程有限公司，上海 200063）

制造工程設(shè)計(jì)

大型分段裝焊工場(chǎng)設(shè)計(jì)

劉可卿

（中船第九設(shè)計(jì)研究院工程有限公司，上海 200063）

根據(jù)大型分段裝焊工場(chǎng)通風(fēng)除塵設(shè)計(jì)要求，在完成主體設(shè)計(jì)同時(shí)采用建筑自然通風(fēng)與環(huán)保局部煙塵治理相結(jié)合的方式，可有效解決裝焊工場(chǎng)大型化集中化帶來的焊接煙塵污染加劇的問題，有利于改善車間環(huán)境。

分段裝焊工場(chǎng);工程設(shè)計(jì);焊接煙塵;通風(fēng)除塵

【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.09.030

1 引言

焊接作為機(jī)械加工不可缺少的技術(shù)手段，是現(xiàn)代船舶制造的關(guān)鍵工藝技術(shù)。隨著我國(guó)造船工業(yè)的迅速發(fā)展，船舶行業(yè)分段裝焊工場(chǎng)日趨大型化，車間建筑尺寸也從單跨、數(shù)千平方米發(fā)展到了多跨、數(shù)萬平方米。裝焊工場(chǎng)的大型化對(duì)建筑、結(jié)構(gòu)、環(huán)保、節(jié)能等設(shè)計(jì)專業(yè)提出了新的要求，特別是裝焊作業(yè)集中化、規(guī)?；⒏咝Щ瘞淼暮附訜焿m污染加劇問題給廠房排煙除塵設(shè)計(jì)提出了新的課題。

2 工程概況

分段裝焊工場(chǎng)為主廠房2跨，主尺度（長(zhǎng)×寬×軌高）=237m×（48+48）m×15m，設(shè)24m露天堆場(chǎng)。車間主要承擔(dān)部件分段、平面分段的制造，包括焊接、裝配及預(yù)舾裝工作。車間內(nèi)設(shè)有1臺(tái)100(50+50)t橋式起重機(jī)，軌高為29m；5臺(tái)32/5t橋式起重機(jī)，軌高為15m；1臺(tái)25t橋式起重機(jī)，軌高為15m；6臺(tái)10t半門式起重機(jī)，上軌高度為9m。車間內(nèi)配置各類焊機(jī)300臺(tái)，主要采用CO2氣體保護(hù)焊、埋弧自動(dòng)焊等高效焊接設(shè)備。

3 工程設(shè)計(jì)

3.1 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

分段裝焊工場(chǎng)為2聯(lián)跨車間，占地面積23 409m2（含露天跨面積2 280m2），建筑面積21 129m2。車間結(jié)構(gòu)形式采用單層鋼結(jié)構(gòu)框排架，生產(chǎn)火災(zāi)危險(xiǎn)性類別為丁類，建筑耐火等級(jí)為二級(jí)。

車間總長(zhǎng)237m，寬96m，共2跨，跨度均為48m，柱距主要為6m、9m、12m、13m、24m（露天跨）和25m（中間通道）。車間屋蓋采用鋼網(wǎng)架，橫向采用鋼排架結(jié)構(gòu)，縱向采用鉸接排架并設(shè)柱間支撐，每個(gè)結(jié)構(gòu)單元縱向柱列中部設(shè)1道上下柱間支撐，兩端各設(shè)1道上柱間支撐。100t吊車運(yùn)行區(qū)的排架柱的下柱采用鋼管混凝土格構(gòu)柱，上柱采用H形截面鋼柱；其余區(qū)域的排架柱的下柱采用雙肢格構(gòu)鋼柱，上柱采用H形截面鋼柱。

車間屋面采用≥0.60mm厚彩色鍍鋁鋅壓型鋼板（不含油漆層），外墻面1.2m高度以下為蒸壓灰砂磚，上部為≥0.53mm厚單層鍍鋁鋅壓型鋼板。車間地坪主要為鋼筋混凝土地坪或通用地坪。

3.2 防火與消防設(shè)計(jì)

分段裝焊車間為單層鋼結(jié)構(gòu)廠房，生產(chǎn)火災(zāi)危險(xiǎn)性屬丁類，建筑耐火等級(jí)為二級(jí)，防火分區(qū)最大占地面積可不受限制。廠房安全出口的數(shù)目均大于2個(gè)，廠房?jī)?nèi)最遠(yuǎn)工作地點(diǎn)到外部出口的距離可不受限制，疏散門的寬度亦需滿足規(guī)范要求。二級(jí)耐火等級(jí)的丁戊類廠房的柱梁均可采用無保護(hù)層的金屬結(jié)構(gòu)，但使用甲乙丙類液體或可燃?xì)怏w部位的材料，在鋼柱表面噴涂防火涂料的防火保護(hù)，防火涂料厚度按消防規(guī)范二級(jí)耐火等級(jí)建筑構(gòu)件的要求確定。其他建筑構(gòu)件如屋頂承重構(gòu)件、非承重外墻的燃燒性能和耐火極限均達(dá)到二級(jí)耐火等級(jí)的相應(yīng)規(guī)定。

3.3 建筑節(jié)能設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目擬建區(qū)域?qū)俦睖貛|亞季風(fēng)型大陸氣候區(qū)。車間局部屋面采用機(jī)械成型暗扣式透光板，可改善白天車間的采光環(huán)境，減少人工照明，節(jié)約電能。

單層鋼結(jié)構(gòu)大車間建筑設(shè)計(jì)上積極采用自然通風(fēng)，依靠合理設(shè)置百葉窗，組織氣流自然流通，再輔以屋頂通風(fēng)器等手段排除有毒有害氣體，降低能耗。

3.4 環(huán)保設(shè)計(jì)

分段裝焊工場(chǎng)內(nèi)配置300臺(tái)各類焊機(jī)，在焊接作業(yè)中產(chǎn)生大量的焊接煙塵。焊煙中含金屬氧化物粉塵、CO、Mn、O3等有害物質(zhì)。由于焊煙粒徑很小，絕大部分金屬為可吸入粉塵，當(dāng)操作工人長(zhǎng)期在通風(fēng)不良和沒有防護(hù)措施的環(huán)境中進(jìn)行作業(yè)時(shí)，易患低熱、電焊塵肺等職業(yè)病，嚴(yán)重危害操作工人身體健康。

分段裝焊工場(chǎng)焊材年消耗量為780t，合計(jì)每年產(chǎn)生焊接煙塵6.24t。以往對(duì)焊接煙塵治理方法一般采用全室通風(fēng)換氣措施，以降低工人呼吸帶空氣中的煙塵及有害氣體濃度。由于裝焊車間建筑尺寸較大，如采用機(jī)械通風(fēng)換氣投資較大，無法在裝焊車間中廣泛使用；自然通風(fēng)受氣候影響較大，廠房縱深處效果差；同時(shí),又由于裝焊車間內(nèi)焊接范圍廣、焊接位置隨時(shí)隨地移動(dòng)，傳統(tǒng)局部通風(fēng)凈化法給操作帶來不便，無法在實(shí)際操作中廣泛地使用。因此，采用全面通風(fēng)凈化與新型局部通風(fēng)凈化相結(jié)合，是全面、經(jīng)濟(jì)、合理地治理焊接廠房?jī)?nèi)焊煙的有效方法。

新型局部焊煙凈化采用高真空焊接煙塵凈化技術(shù)，該技術(shù)在焊煙產(chǎn)生初期，尚未完全擴(kuò)散至室內(nèi)時(shí)，利用高負(fù)壓在第一時(shí)刻對(duì)焊煙進(jìn)行捕捉，是對(duì)污染物治理效率最高、最有成效的方法，其系統(tǒng)風(fēng)量、功耗較低，可起到事半功倍的效果。該技術(shù)可應(yīng)用于裝焊車間手工焊、半自動(dòng)焊、自動(dòng)焊和機(jī)器人焊接等工位，捕集率達(dá)到80%～90%，凈化效率為99%。

按焊機(jī)同時(shí)使用效率50%計(jì)算，分段裝焊車間在局部焊煙凈化上配置25套集中式JY-ZK-600型高真空焊接煙塵凈化機(jī)組。每套高真空焊接煙塵凈化系統(tǒng)可連接6臺(tái)焊機(jī)。高真空焊煙凈化機(jī)組可布置于鋼立柱間電焊機(jī)鋼平臺(tái)下，管道以系統(tǒng)的形式均勻分部，并設(shè)置即插即用快速插口。系統(tǒng)配備不同長(zhǎng)度的耐磨、耐壓、耐高溫空軟管與快速插口連接。焊煙吸口可與焊槍綁定對(duì)焊煙進(jìn)行源頭捕集。軟管輕便，長(zhǎng)度可達(dá)30m，可以完全覆蓋焊接區(qū)域，滿足較長(zhǎng)構(gòu)件的焊接作業(yè)。

全面通風(fēng)凈化使用1種可替代天窗的屋頂通風(fēng)器，其是1種無動(dòng)力的環(huán)保型、節(jié)能型、輕型現(xiàn)代化排風(fēng)裝置。同時(shí)，外墻的7～11.9m和25～32.5m標(biāo)高處設(shè)置鋁合金通風(fēng)百葉，與屋頂通風(fēng)器形成自然對(duì)換氣流，增大換氣量，為生產(chǎn)創(chuàng)造良好的工作環(huán)境。

通過局部通風(fēng)和全室通風(fēng)措施相結(jié)合的方式使車間內(nèi)焊接煙塵滿足國(guó)家有關(guān)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)《工作場(chǎng)所有害因素職業(yè)接觸限值化學(xué)有害因素》（GBZ 2.1—2007）中的有關(guān)規(guī)定。

3.5 電氣設(shè)計(jì)

分段裝焊工場(chǎng)配置2座10/0.4kV變電站，其中1座設(shè)置1臺(tái)1 250kV·A干式變壓器，另外1座設(shè)置1臺(tái)2 000kV·A干式變壓器；均為車間內(nèi)架空變電站。為減少電能損耗，節(jié)約投資，變電站均深入車間的負(fù)荷中心。變電所照明按二級(jí)負(fù)荷供電，其他設(shè)備按三級(jí)負(fù)荷供電。

車間照明照度200lx（7W/m2）。照明光源選用高光通量金屬鹵化物燈，并配置節(jié)能型電感鎮(zhèn)流器和電容補(bǔ)償；熒光燈采用高效節(jié)能型熒光燈，并配置電子鎮(zhèn)流器。

建筑物屋面設(shè)接閃帶防直擊雷，利用與接地干線相聯(lián)的屋頂彩鋼板作防雷接閃器。防雷引下線除優(yōu)先采用土建結(jié)構(gòu)主鋼筋，接地極優(yōu)先采用樁基垂直主鋼筋外，還輔以人工接地極；變電站接地制式為TN-S制。接地方式采用共用接地，接地電阻小于或等于1Ω。

3.6 給排水設(shè)計(jì)

車間用水直接接自廠區(qū)給水環(huán)網(wǎng)，排水采用分流制。雨水經(jīng)廠區(qū)雨水管網(wǎng)收集后直接排入水體。車間內(nèi)一般無害廢水直接排入廠區(qū)污水管，有害生產(chǎn)廢水需單獨(dú)收集并經(jīng)環(huán)保專業(yè)處理達(dá)標(biāo)后方可排入廠區(qū)污水管。

根據(jù)規(guī)范要求，本車間可不設(shè)室內(nèi)消火栓系統(tǒng)，室外消防用水量20L/s，由廠區(qū)給水管網(wǎng)上的室外消火栓供給。車間內(nèi)按消防要求均配置一定數(shù)量手提式干粉滅火器。

4 結(jié)語

在大型分段裝焊工場(chǎng)的設(shè)計(jì)工作中，完成車間主體部分設(shè)計(jì)的同時(shí)需特別關(guān)注建筑通風(fēng)與排煙除塵的設(shè)計(jì)工作。本設(shè)計(jì)中采用了建筑屋頂通風(fēng)器、側(cè)墻百葉等自然通風(fēng)措施與環(huán)保局部源頭焊煙治理凈化措施相結(jié)合的方法來解決集中焊接作業(yè)帶來的焊煙污染問題，實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行過程中獲得了良好的效果，節(jié)約能耗，改善了車間作業(yè)環(huán)境，可為類似大型裝焊廠房的設(shè)計(jì)提供一定的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和指導(dǎo)。

【1】GB50016—2014建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范[S].

【2】GB 50019—2015工業(yè)建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

【3】GB Z2.1—2007工作場(chǎng)所有害因素職業(yè)接觸限值化學(xué)有害因素[S].

【4】GB 50057—2010建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

【5】GB 50034—2004建筑照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)[S].

【6】GB 50015—2010建筑給水排水設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

The Design of Large Scale Assembly Welding Shop

LIU Ke-qing
（ChinaShipbuildingNDRIEngineeringCo.Ltd.，Shanghai 200063，China）

According to the requirements of ventilation and dust purification in the design of large scale assembly welding shop,in thecompletionofthemaindesignatthesametime,thecombinationofnaturalventilation in buildingsand the local environmental protection dustpurification, can effectivelysolve thewelding fume pollution problemswhich caused bythe assemblyweldingworkshop of large centralized.Thentheenvironmentoftheworkshopcanbeimproved.

assemblyweldingshop;engineeringdesign;weldingfume;ventilationandpurification

TU275.3

B

1007-9467（2016）09-0112-02

2016-05-12

劉可卿（1983～）,男，江蘇常州人，工程師，從事環(huán)境工程研究，（電子信箱）mg0625061@163.com。