趙 鵬

（北汽福田汽車股份有限公司 制造本部，北京 102206）

二氧化碳（CO2）氣體保護(hù)焊在車身制造中廣泛應(yīng)用，是電阻焊接的重要補(bǔ)充方式[1]。CO2氣體保護(hù)焊會(huì)產(chǎn)生大量污染物，是焊接車間煙塵的主要來源。

1 CO2氣體保護(hù)焊的煙塵危害及主要處理方法

1.1 焊接煙塵的特點(diǎn)

焊接煙塵具有微粒較小、溫度較高、粘性較大、焊接煙塵產(chǎn)生量較大的特點(diǎn)[2]。對(duì)焊裝車間CO2氣體保護(hù)焊工位實(shí)地觀測，在凈高11m左右的廠房，煙塵在無風(fēng)條件下上升到距地面5～8m處橫向擴(kuò)散成片狀，周邊不斷彌散，進(jìn)而污染整個(gè)焊裝車間。

1.2 焊接煙塵的危害及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)

焊接煙塵可引起焊接塵肺、肺炎和血液系統(tǒng)疾病[3]，具有較大的危害性。

根據(jù)GB16194—1996《車間空氣中電焊煙塵衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定，焊接煙塵濃度應(yīng)小于等于6 mg/m3；按照北京市職業(yè)衛(wèi)生健康有關(guān)環(huán)境評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)GBZ21—2007《工作場所有害因素職業(yè)接觸限值》第1部分“化學(xué)有害因素”中對(duì)焊接煙塵的有關(guān)規(guī)定，焊接煙塵加權(quán)平均值應(yīng)小于等于4 mg/m3。

1.3 焊接煙塵的主要處理方法

焊接煙塵處理通常用到全面通風(fēng)、局部排風(fēng)和除塵處理[4]中的一種或多種，具體見表1。

表1 焊接煙塵的主要處理方法

1.4 各工廠采用的排煙除塵方式

各工廠通常根據(jù)不同的工藝條件，綜合采用多種排煙除塵方式，滿足焊接煙塵治理的需求，具體見表2。

表2 各工廠工藝條件及排煙除塵方式

2 CO2氣體保護(hù)焊煙塵治理實(shí)例解析

汽車焊接車間中，CO2氣體保護(hù)焊是車間煙塵的主要來源。因各焊裝車間CO2氣體保護(hù)焊工位設(shè)置上有較大差異，應(yīng)根據(jù)不同焊接車間實(shí)地情況，采用適宜的焊接煙塵治理方式。

以某車身車間焊接煙塵處理改造實(shí)例進(jìn)行介紹。

2.1 治理前車間概況

山東某裝焊車間廠房占地約30 000m2，其中一條焊裝線生產(chǎn)節(jié)拍10JPH（Jobs Per Hour，每小時(shí)生產(chǎn)量），有7個(gè)CO2氣體保護(hù)焊工位，工位各不相鄰，共有約20臺(tái)焊機(jī)。作業(yè)區(qū)域焊接煙塵濃度為2.8～8.5 mg/m3，部分區(qū)域超出國家標(biāo)準(zhǔn)。

廠房已設(shè)計(jì)整體機(jī)械通風(fēng)，換氣次數(shù)為3次/h。車間具備可移動(dòng)式焊接煙塵凈化機(jī)，由于工人焊接點(diǎn)位距離較大，需不斷調(diào)整機(jī)器及萬向吸塵臂的位置，無法滿足實(shí)際生產(chǎn)需要。

2.2 焊接煙塵治理設(shè)計(jì)方案

2.2.1 局部排風(fēng)系統(tǒng)風(fēng)量計(jì)算

車間面積較大，并已設(shè)計(jì)機(jī)械通風(fēng)系統(tǒng)；焊裝線CO2氣體保護(hù)焊工位固定且焊機(jī)數(shù)量較多，7個(gè)工位各不相鄰，因此考慮增加局部排風(fēng)系統(tǒng)。

每個(gè)工位設(shè)計(jì)單獨(dú)的密封房。由于工位零部件物流量較大，無法完全密閉，應(yīng)盡量采用軟簾與外部隔開。

單個(gè)工位面積約為36 m2，高度按4.5 m計(jì)算，單位密封房體積約為162 m3。排風(fēng)量L為

式中：V為密閉房體積，取值162 m3；N為換氣次數(shù)，次/h，根據(jù)除塵經(jīng)驗(yàn)取值30次/h。

根據(jù)式（1）計(jì)算理論上所需排風(fēng)量為L=4 860 m3/h，考慮到一定的漏風(fēng)系數(shù)（取值0.1），則所需排風(fēng)量為4 860 m3/h×1.1=5 346 m3/h。

2.2.2 冬季采暖設(shè)計(jì)

該工廠位于山東濰坊，冬季日均最低氣溫可達(dá)-6℃，車間內(nèi)溫度在全面通風(fēng)的條件下約為6～10 ℃，若有較大風(fēng)量排出，則溫度進(jìn)一步下降，不利于人員現(xiàn)場作業(yè)。

考慮設(shè)置送風(fēng)加熱系統(tǒng)，綜合評(píng)估各方案后發(fā)現(xiàn)運(yùn)營費(fèi)用過高，所以僅在風(fēng)機(jī)平臺(tái)處預(yù)留電加熱系統(tǒng)的設(shè)備位置。按工位70%空氣循環(huán)使用設(shè)計(jì)排煙除塵設(shè)備，可避免車間大量補(bǔ)入冷空氣，溫度降低。

若工位溫度不滿足作業(yè)要求，首先可在滿足工位煙塵排放標(biāo)準(zhǔn)的條件下適度降低風(fēng)速，其次可以提高生產(chǎn)線邊供暖熱水的循環(huán)速度，再次可以補(bǔ)充電加熱空調(diào)設(shè)備。

2.2.3 送風(fēng)設(shè)計(jì)

增加送風(fēng)設(shè)施，既能夠提升冬季生產(chǎn)線溫度，也可影響密封罩內(nèi)的煙塵氣流，同時(shí)兼顧了操作人員的舒適性。

送風(fēng)的風(fēng)速會(huì)影響焊接點(diǎn)焊接效果，焊點(diǎn)處風(fēng)速應(yīng)滿足≤2.0 m/s的工藝要求，否則CO2氣體起不到保護(hù)作用，影響焊接質(zhì)量。送風(fēng)的風(fēng)管對(duì)物流也有較大不利影響，因此應(yīng)考慮采用合理的送風(fēng)方式。規(guī)劃沿密封房內(nèi)的工藝立柱每3 m設(shè)置一個(gè)送風(fēng)口，送風(fēng)支管道延伸到車間底部約0.5 m高處，端部獨(dú)立的送風(fēng)罩口具備調(diào)節(jié)風(fēng)速和送風(fēng)角度的功能。

送風(fēng)風(fēng)量按照4 860 m3/h設(shè)計(jì)，略低于排風(fēng)量5 346 m3/h，保持工位微負(fù)壓，既能增加工位新鮮空氣流入，也對(duì)冬季保溫起到一定作用。送排風(fēng)風(fēng)機(jī)采用變頻電機(jī)，一方面根據(jù)各工位生產(chǎn)及污染情況適度降低排風(fēng)和送風(fēng)風(fēng)速，盡可能降低焊接點(diǎn)附近風(fēng)速；另一方面綜合冬季工位溫度控制與焊接煙塵情況，適度調(diào)整送排風(fēng)風(fēng)速。

2.2.4 設(shè)計(jì)方案

在焊接煙塵超標(biāo)的工位采用局部下送風(fēng)上排風(fēng)的處理方案，分別設(shè)置焊裝煙塵處理系統(tǒng)及內(nèi)循環(huán)系統(tǒng)，在風(fēng)機(jī)邊預(yù)留增加電加熱空調(diào)的位置，如圖1所示。

圖1 局部排風(fēng)系統(tǒng)平面示意圖

密封房內(nèi)采用吊頂錐形排氣罩，送風(fēng)支管道延伸到車間底部約0.5 m高，端部設(shè)有送風(fēng)罩口。送風(fēng)和排風(fēng)管道均布置在密封房外側(cè)頂部，整合成排風(fēng)管道和送風(fēng)管道各一條至風(fēng)機(jī)處。排風(fēng)和送風(fēng)煙囪從風(fēng)機(jī)處沿廠房立柱伸出屋面，間隔6 m。密封房效果如圖2所示。

圖2 密封房效果示意圖

根據(jù)工位物流要求，能夠全部密封的工位采用整體密封，無法全部密封的工位采用部分密封加軟簾的方式處理。用彩鋼復(fù)合板、鋼型材對(duì)各區(qū)域進(jìn)行密封，無法密封處用PVC透明軟簾做圍擋，盡量保證工作區(qū)域照明度和密閉性。

車間外新風(fēng)或循環(huán)風(fēng)通過送風(fēng)機(jī)組進(jìn)入車間內(nèi)各工位區(qū)域，管道支管延伸到距離地面0.5 m處，送風(fēng)口均勻排布，操作人員可根據(jù)需求調(diào)整送風(fēng)角度和風(fēng)速。從密封房下部送入空氣后，區(qū)域內(nèi)的污濁熱空氣向上方匯集，在上升過程中污濁的熱氣流不斷卷吸周圍空氣，上升至排風(fēng)罩口處，氣流被抽吸入罩口，進(jìn)入排風(fēng)機(jī)組，經(jīng)濾筒過濾后的氣體部分通過煙囪排入大氣，部分回流至送風(fēng)系統(tǒng)，循環(huán)利用。

在車間立柱下方設(shè)有風(fēng)機(jī)控制箱，送風(fēng)和排風(fēng)量均可根據(jù)現(xiàn)場需求調(diào)整。

2.3 治理效果

送、排風(fēng)系統(tǒng)安裝完畢后，操作工位焊接點(diǎn)附近風(fēng)速為0.7～1.3 m/s，滿足焊點(diǎn)處風(fēng)速≤2.0 m/s的要求。焊接煙塵濃度為0.2～1.8 mg/m3，達(dá)到設(shè)計(jì)規(guī)范要求。

3 結(jié)束語

在汽車焊接車間，CO2氣體保護(hù)焊已成為煙塵污染的重要源頭。在現(xiàn)階段無法用更清潔環(huán)保的焊接方式替代的情況下，利用通風(fēng)除塵方式降低CO2氣體保護(hù)焊煙塵污染已成為共識(shí)。利用現(xiàn)有條件積極有效地采取防護(hù)措施，能夠最大限度地降低危害。