（山推工程機(jī)械股份有限公司，山東 濟(jì)寧 272073）

1 機(jī)械制造焊接煙塵問題

機(jī)械制造行業(yè)因機(jī)械產(chǎn)品特點(diǎn)，主體多為結(jié)構(gòu)件，在產(chǎn)品制造方面主要有焊接、加工及涂裝等工序，均會產(chǎn)生焊煙、油霧和廢氣，因此也成為環(huán)保政策落實(shí)的重點(diǎn)對象。目前工程機(jī)械行業(yè)大型構(gòu)件焊接廣泛采取鍍銅實(shí)芯焊絲，焊絲表面要鍍一層銅粉的工藝達(dá)到保護(hù)焊絲不被氧化的作用，但鍍銅也帶來焊接過程中煙霧大、弧光輻射、有害氣體、噪聲等一系列問題，尤其是CO2氣保焊，因其具有熔深大、焊接效率高的特點(diǎn)被工程機(jī)械企業(yè)普遍采用。

焊接煙塵問題是困擾作業(yè)環(huán)境的主要問題及關(guān)鍵控制點(diǎn)。據(jù)有關(guān)資料分析，焊接煙塵中直徑在0.1～10μm 之間的粉塵顆粒物對人體健康影響較大，CO、NO2、酚苯類化合物可通過呼吸系統(tǒng)進(jìn)入到血液中造成人體中毒，還會作為單體存在于肺組織內(nèi)，引發(fā)操作者患上職業(yè)病，如塵肺等。隨著國家環(huán)保政策的逐級落實(shí)，要求企業(yè)在發(fā)展的同時(shí)落實(shí)主體責(zé)任，把以人為本放在首位，并把對大氣污染降到最低，為此，工程機(jī)械企業(yè)積極落實(shí)國家環(huán)保政策同時(shí)執(zhí)行相關(guān)職業(yè)衛(wèi)生安全，逐步對結(jié)構(gòu)件焊接場所采取必要的凈化措施，以改善作業(yè)環(huán)境。

2 結(jié)構(gòu)件車間現(xiàn)狀

工程機(jī)械制造企業(yè)在車間工藝規(guī)劃普遍存在一個(gè)慣例，就是結(jié)構(gòu)件制造車間按照工藝流程進(jìn)行布局，這樣就會出現(xiàn)焊接設(shè)備與加工設(shè)備交叉放置的情況，這對焊煙收集凈化處理帶來不小的難度。焊接溫度高，焊接煙塵在車間內(nèi)隨熱空氣上升穩(wěn)定至6～8m 高度并長時(shí)間聚集層，濃度增大，會隨著氣壓進(jìn)行流動，導(dǎo)致整個(gè)車間內(nèi)部充滿煙塵，針對圖1 所示A 區(qū)的治理進(jìn)行方案選型并驗(yàn)證效果。

圖1 焊接特殊分布圖

以我公司結(jié)構(gòu)件為例，焊接工廠A 區(qū)為3 個(gè)24m 標(biāo)準(zhǔn)跨車間，其中焊接區(qū)為兩跨，另一跨為涂裝生產(chǎn)線，整個(gè)焊接作業(yè)面積為9 800m2（二跨廠房198m×48m），除少量加工工序外共102 個(gè)組焊工位（人工組對25 個(gè)、人工焊接及修磨48個(gè)，機(jī)器人焊接25 個(gè)，專機(jī)焊接4 個(gè)），焊點(diǎn)多且分布分散，另外工件尺寸大、重量較重，作業(yè)期間需要采取行車吊裝，物流移動頻繁的特點(diǎn)。

針對焊接工藝特點(diǎn)進(jìn)行分析如下：焊接煙塵種類主要為二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊接煙塵；灰塵特性為干性；焊接電流：300～350A；焊接電壓：30～35V；實(shí)芯焊絲，焊絲直徑?1.2～1.6mm，工作時(shí)間8h/d，焊材耗用量為1 900kg/d。

3 方案設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)方案時(shí)，考慮車間具備的環(huán)境為三相交流電源：380V（±15%）50Hz，單相交流電源采取220V（±15%）50Hz，環(huán)境溫度為-20～45℃，濕度：50%～90%，壓縮空氣為0.5～0.7MPa。廢氣凈化的目標(biāo)為車間內(nèi)部空氣品質(zhì)達(dá)到職業(yè)衛(wèi)生要求，即焊接車間總塵的8h 工作日時(shí)間加權(quán)平均濃度不超過4mg/m3，任何一次短時(shí)間（15min）接觸的濃度均不超過8mg/m3。

同時(shí)在改善結(jié)構(gòu)件車間環(huán)境的同時(shí)避免對作業(yè)效率、操作便捷性等方面帶來不良影響，制定吹吸式整體循環(huán)凈化方案，經(jīng)過論證并考慮到老車間下部布局基本已定，不適合進(jìn)行全局調(diào)整，因此采取平流層吹吸式方案。

為保證焊接電弧穩(wěn)定性，空氣流動不得大于2m/s。設(shè)計(jì)的焊煙凈化工藝流程大致為：焊接產(chǎn)生的煙塵及有害煙氣通過負(fù)壓的抽風(fēng)管道吸附到主機(jī)內(nèi)的除塵濾筒器內(nèi)，然后通過活性炭過濾凈化把潔凈空氣送到吹風(fēng)管道里反吹回車間，焊接灰塵通過濾筒內(nèi)的定時(shí)反吹功能把灰塵帶到底部的儲灰箱內(nèi)，然后人工統(tǒng)一收集處理。

按照J(rèn)GJ 353-2017《焊接作業(yè)廠房供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》的相關(guān)要求，采取通風(fēng)換氣措施來凈化焊煙廢氣需應(yīng)按照下式計(jì)算

Ly——消除焊煙所需風(fēng)量（m3/h）；

m——焊煙產(chǎn)生量（mg/h）；

ρy——車間內(nèi)容許焊煙的最高濃度（mg/m3）；

ρx——凈化后中焊煙的質(zhì)量濃度（mg/m3）；

β——排風(fēng)效率，排風(fēng)口布置在合適的高度區(qū)域，排風(fēng)效率取80%～90%。

現(xiàn)場采用直徑?1.2mm 實(shí)芯焊絲，根據(jù)常用焊接方法的發(fā)塵量，按發(fā)塵量7g/kg 選取。工作時(shí)間按8h 工作制，根據(jù)日消耗焊絲1.9t，則日產(chǎn)生焊接煙塵量M1=7（g/kg）×1900（kg）=13300g=1.33×107mg，則產(chǎn)生的焊接煙塵量m=M1/8=1.66×106mg/h。

根據(jù)車間職業(yè)健康衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)要求，則

由于車間面積較大，為了達(dá)到更好的焊接煙塵凈化效果，設(shè)計(jì)時(shí)考慮一定的富余，則車間焊接煙塵整體治理最終設(shè)計(jì)風(fēng)量Q≥500000m3/h。

4 設(shè)備選型

4.1 主機(jī)選型

根據(jù)設(shè)計(jì)風(fēng)量Q=500000m3/h，選擇某公司的除塵器機(jī)型WLC-25YT，單臺處理風(fēng)量500 000m3/h，電機(jī)功率22kW，共布局20 臺主機(jī)，具體布局如圖2 所示。

圖2 方案布局示意圖

該款濾筒除塵器由風(fēng)機(jī)、電機(jī)與過濾單元、電控分開設(shè)置，風(fēng)量較大，采用模塊化設(shè)計(jì)，可以根據(jù)風(fēng)量的需要采用若干個(gè)模塊拼裝而成。風(fēng)機(jī)、電機(jī)設(shè)計(jì)隔音罩及消音器，使大風(fēng)量風(fēng)機(jī)的噪聲降到最低，達(dá)到國標(biāo)要求。

除塵器選用的濾材使用壽命長，選用進(jìn)口濾材——聚酯基材，基材表面覆PTFE 膜，有一定的防水性，較傳統(tǒng)的纖維或超細(xì)纖維覆膜濾材使用壽命長2～3 倍。電控箱外掛式處理使整個(gè)設(shè)備更為統(tǒng)一，且有效地降低了粉塵對電氣元件的影響，同時(shí)根據(jù)設(shè)備現(xiàn)場運(yùn)行環(huán)境的要求，電控箱的安裝位置更為靈活，指示燈帶的使用更是增加了設(shè)備的科技感與未來感。

除塵器過濾單元采用端蓋式濾芯快速安裝方式，更便于濾芯的拆卸及維護(hù)，濾芯豎裝使其清灰更加徹底干凈，濾芯過濾面積較大風(fēng)速較低使用壽命更長。

4.2 風(fēng)機(jī)選型

根據(jù)整體布局圖設(shè)計(jì)風(fēng)機(jī)全壓，濾筒的初始阻力為210Pa，整體設(shè)備的初阻力為200Pa 左右，當(dāng)設(shè)備運(yùn)行一段時(shí)間后，濾筒表面黏附了大量的細(xì)小粉塵顆粒物，增大了濾筒的阻力，使得濾筒的阻力變大，最終上升到濾筒的最大阻力650Pa，整體設(shè)備阻力為850Pa。根據(jù)管道尺寸大小、管道長度、彎頭數(shù)量，按照國家管道壓力計(jì)算方式，最終整套系統(tǒng)阻力為＜2 000Pa，為了使風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)靜壓不在風(fēng)機(jī)壓力上限值（當(dāng)風(fēng)機(jī)壓力一直處于風(fēng)機(jī)壓力的上限值時(shí)，容易減少風(fēng)機(jī)運(yùn)行壽命），最終風(fēng)機(jī)全壓設(shè)計(jì)為2 400Pa。只有選取合適的風(fēng)機(jī)壓力，風(fēng)機(jī)效率才會體現(xiàn)得更加完美，當(dāng)風(fēng)機(jī)壓力過高或過低，風(fēng)機(jī)的效率就會更低，出現(xiàn)抽不動風(fēng)的問題。最終選擇某知名品牌風(fēng)機(jī)型號：300-450A，風(fēng)機(jī)配變頻電機(jī)，配置的電機(jī)型號為22KW-4P，整套系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行最大風(fēng)量可達(dá)28 500m3/h。

根據(jù)車間電焊煙塵濃度P＜4mg/m3要求，按設(shè)計(jì)風(fēng)量500 000m3/h，則車間電焊煙塵濃度P2=Q2/M2=（1.66×106mg/h）/（500 000m3/h）=3.32mg/m3，符合室內(nèi)職業(yè)健康衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)根據(jù)DB37/2376-2019《區(qū)域性大氣污染物綜合排效標(biāo)準(zhǔn)》標(biāo)準(zhǔn)要求車間電焊煙塵濃度P＜4mg/m3，按單臺風(fēng)機(jī)最大風(fēng)量28 500m3/h，總風(fēng)量為長570 000m3/h，則車間電焊煙塵濃 度P2=Q2/M2=（1.66×106mg/h）/（570 000m3/h）=2.91mg/m3；NO2平均容許濃度P＜5mg/m3要求，按設(shè)計(jì)風(fēng)量500 000m3/h，則車間NO2濃度P2=Q2/M2=（4.11×104mg/h）/（500000m3/h）=0.082mg/m3；臭氧最高容許濃度P＜0.3mg/m3要求，經(jīng)計(jì)算臭氧濃度P2=Q2/M2=2850mg/h/500000m3/h=0.0057mg/m3，符合室內(nèi)職業(yè)健康衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。

4.3 過濾元件

本方案采用高效PTFE 覆膜濾材制作的濾筒作為過濾元件。為了保持濾材的可靠性，本方案采取壓力傳感器控制的脈沖進(jìn)行反吹來實(shí)現(xiàn)。分別在進(jìn)氣管道和出氣管道靠近主機(jī)的地方安裝兩個(gè)探頭式壓力傳感器，并預(yù)設(shè)的警戒值，當(dāng)進(jìn)出口壓差達(dá)到警戒值時(shí)，脈沖電磁閥接到信號氣動，壓縮空氣從閥口噴出，通過各個(gè)濾筒的引流管實(shí)現(xiàn)對濾筒的吹掃，直到壓差低于另設(shè)定的下限值時(shí)才停止；下限值與預(yù)設(shè)警戒值構(gòu)成一個(gè)區(qū)間，有效地控制脈沖閥的打開頻次，確保運(yùn)行可靠。

4.4 清灰系統(tǒng)

清灰系統(tǒng)運(yùn)行狀況及便捷性直接能影響整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行可靠性，本方案采用壓縮空氣脈沖清灰，可采用在線、離線兩種狀態(tài)清灰方式，也可實(shí)施人工手動，如清灰系統(tǒng)出現(xiàn)故障或者效果不好將直接導(dǎo)致整個(gè)除塵系統(tǒng)失效；如清灰系統(tǒng)運(yùn)行良好，可延長濾筒的使用壽命，降低系統(tǒng)能耗，可大大降低運(yùn)行維護(hù)成本。

清灰系統(tǒng)設(shè)置有分氣包實(shí)現(xiàn)集灰盒自動裝卸及密封，同時(shí)配備精密油水過濾器，實(shí)現(xiàn)油水的分離，保證供氣壓力和流量的可靠性，確保滿足各種運(yùn)行工況下的清灰需求。

4.5 脈沖電磁閥

脈沖式電磁閥是濾筒式過濾設(shè)備清灰系統(tǒng)的關(guān)鍵元件，型號選用合適與否直接關(guān)系到除塵器設(shè)備的穩(wěn)定性、可靠性以及清灰效果，也可有效降低運(yùn)行維護(hù)成本。選用某公司的RFS 電磁脈沖閥，噴吹壓力＜0.7MPa，DC24V，1.0″。一般膜片的壽命要≥100 萬次，才能滿足脈沖電磁閥的高效運(yùn)行要求、最大限度地減少了后期設(shè)備運(yùn)行成本及維保工作量。根據(jù)車間環(huán)境資源供氣壓力介于0.5～0.6MPa 時(shí)，脈沖噴吹時(shí)間＜0.2s，單個(gè)電磁脈沖閥噴吹時(shí)壓縮空氣耗用量＜30L，極大地降低了壓縮空氣耗用量，有效地減少了壓縮空氣站的工作量，真正地做到了環(huán)保節(jié)能。電磁脈沖閥在出廠時(shí)已經(jīng)安裝在氣包上，在車間內(nèi)均進(jìn)行了壓力測試、氣密性試驗(yàn)和可靠性試驗(yàn)，極大地保障了設(shè)備安裝精度和使用性能。

5 應(yīng)用效果

此整體式循環(huán)回收除塵系統(tǒng)主要由主機(jī)（風(fēng)機(jī)、除塵器）、降噪設(shè)備、管道、終端吸氣裝置、終端送氣裝置和電控柜構(gòu)成（圖3）。其循環(huán)除塵系統(tǒng)凈化主要原理依靠主機(jī)風(fēng)機(jī)風(fēng)量通過一側(cè)進(jìn)風(fēng)管把車間內(nèi)有焊煙的空氣吸入管道，通過主機(jī)內(nèi)帶有超濾pp 覆膜的濾筒進(jìn)行過濾后，然后經(jīng)過凈化活性炭進(jìn)行除異味，最后通過另一側(cè)吹風(fēng)管道送回到車間內(nèi)，車間對稱互補(bǔ)安裝，以實(shí)現(xiàn)車間氣流的規(guī)律性，考慮到煙塵聚集高度，水平吹洗管道安裝高度也在此位置，并采取水平層風(fēng)幕封堵焊煙外逸，以此實(shí)現(xiàn)凈化效率高的目的。

圖3 車間整體除塵凈化示意圖

該車間管道式整體負(fù)壓凈化方式，不需要在每個(gè)工位進(jìn)行可移動煙塵收集裝置的安裝，不僅車間內(nèi)部擴(kuò)散的煙塵大大減少，車間空氣狀況大大改善，同時(shí)不影響正常的操作作業(yè)，且對環(huán)境溫度影響較小，節(jié)約大量能耗，有利于焊接質(zhì)量的穩(wěn)定，是一種值得推廣的環(huán)保除塵技術(shù)。