機加工車間油霧產(chǎn)生的危害及其控制技術

機械工業(yè)第四設計研究院 韓志峰

機加工車間油霧產(chǎn)生的危害及其控制技術

機械工業(yè)第四設計研究院 韓志峰

在車、銑、鉆、磨等金屬加工過程中，由于金屬切削液的使用，會在空氣中形成大量的油霧顆粒。金屬加工潤滑劑是一種非常復雜的混合物，它除了含有烴類組成外，通常還可能含有磺酸鹽、脂肪胺、硝酸鹽、染色劑、殺菌劑等各種化學物質。如果是已經(jīng)投入使用的潤滑劑，由于烴類的氧化、微生物的繁殖或外界雜質的污染，金屬加工潤滑劑中就有可能含有更多對人體和生態(tài)環(huán)境有害的化學物質。因此，控制金屬加工車間的油霧濃度，是關系到生產(chǎn)企業(yè)職業(yè)安全衛(wèi)生的重要措施。

一、金屬加工車間油霧產(chǎn)生的機理

為了有效地潤滑、冷卻和清洗，金屬切削液在使用過程中要經(jīng)歷泵循環(huán)、噴射與高速旋轉的刀具或工件激烈撞擊和高溫蒸發(fā)等過程，這就決定了其油霧產(chǎn)生的原因非常復雜，機械、物理和化學的因素互相交織，共同作用。但是，并非所有因素都對油霧的產(chǎn)生具有決定性影響，加工過程中金屬切削液油霧的形成主要可以歸因于兩種機理，霧化和蒸發(fā)：霧化是機械能轉化為液滴表面能的過程，主要是由于液體對機床系統(tǒng)內的固定及旋轉單元的激烈沖擊，被其打碎，形成細小液滴漂浮在工作環(huán)境中；蒸發(fā)的發(fā)生是由于切削區(qū)產(chǎn)生大量的熱，這些熱量傳入切削液，使它的溫度明顯高于飽和溫度，在固、液接觸面上就發(fā)生沸騰并產(chǎn)生蒸汽。這些蒸汽隨后以周圍空氣中的小液滴或其他粒子為核心凝結，形成油霧。

二、油霧的存在形式

金屬切削過程可以產(chǎn)生以下3類油霧：

1.由噴射沖擊產(chǎn)生的干凈油霧，不含固體粉塵。

2.因加熱或高速切削的高溫導致蒸發(fā)或灼燒而產(chǎn)生的煙霧。

3.磨削時金屬切削液噴射產(chǎn)生的含磨削粉塵的油霧。

油霧產(chǎn)生的方式不同，其顆粒直徑范圍也有較大區(qū)別。一般情況下，機械霧化過程產(chǎn)生的油霧主要以液滴形態(tài)存在，液滴直徑范圍較寬，通常為2～10um。蒸發(fā)產(chǎn)生的油蒸汽在冷凝過程中也會形成直徑非常細小的冷凝懸浮體，粒徑通常為2um以下。醫(yī)學研究證明，油蒸汽和大顆粒液滴對人體肺部的危害相對較小。以油蒸汽形態(tài)存在的油霧被吸入肺部又被呼出，它們并不會被肺泡捕獲，而大顆粒的油滴無法通過鼻子和支氣管進入肺部。只有以液滴形式存在，且直徑小于5um的油霧顆粒才能順利到達肺泡，并在肺部沉淀，從而對人體造成較大的危害。

三、油霧的危害

金屬切削液油霧的存在使得火災隱患大大增加，同時在有油霧的地板上滑倒的可能性增加，帶油霧的空氣排出車間，還會對環(huán)境造成污染。金屬切削液油霧最大的危害還在于影響接觸它的工人身體健康，工人長期暴露在金屬切削液油霧中會導致疾病、過敏性皮膚病和惡性腫瘤等疾病，并且可能造成遺傳性影響。金屬切削液成分復雜，其中的添加劑和污染物都可能作為刺激因素誘發(fā)突發(fā)性哮喘，惡化原有哮喘的病情，或引起無哮喘病人的氣道不適。即使油霧濃度僅為0.41～0.55mg/m3，工人長期接觸這種油霧仍會導致慢性支氣管炎、胸部不適和氣道刺激等。早期并沒有對暴露在金屬切削液油霧中的工人進行過敏性肺炎方面的研究，然而由于近年患過敏性肺炎的工人數(shù)量的激增，長期接觸油霧會導致肺炎這一事實得到了研究和證實。同時有關數(shù)據(jù)也顯示金屬切削液油霧對工人肺功能會產(chǎn)生影響，并且肺功能下降大多都是不可恢復的。

金屬切削液油霧的另一大危害是其致癌的可能性。金屬切削液的致癌性主要取決于其添加劑的濃度、受污染情況和使用條件。目前，還沒有針對人類進行的金屬切削液致癌性方面的研究，雖然對于金屬切削液及其油霧使人致癌傾向仍有爭論，但以動物為研究對象的試驗研究則發(fā)現(xiàn)，切削液的油霧能夠導致皮膚瘤/皮膚癌刺瘤、肺癌和胰腺癌。

四、國內外關于油霧控制的法律法規(guī)

由于金屬加工潤滑劑的致病傾向和不可避免地與生產(chǎn)工人的密切接觸，美國政府工業(yè)衛(wèi)生學家協(xié)會(ACGIH)于20世紀60年代初就提出了車間油霧最高限值為5mg/m3的控制標準。其他一些國家如英國、澳大利亞、比利時、民主德國、意大利、荷蘭、瑞士也都相繼制定了5mg/m3的金屬加工潤滑車間油霧限值。日本、芬蘭、瑞典制定了3mg/m3的限值。1998年，美國國家職業(yè)安全與健康協(xié)會提出了金屬加工潤滑劑油霧控制限值為0.5mg/m3控制標準，并認為此標準接受了嚴格的審查、討論和實際應用，被廣大業(yè)主視為一個合情合理的指導線，隨后被職業(yè)安全與健康管理委員會金屬加工液標準顧問委員會認可。

我國近年來相繼出臺了許多環(huán)保和職業(yè)保護的法定標準，GBZ1-2002《工作場所有害因素職業(yè)接觸限值》中規(guī)定了329種化學物質的最高限量，但是對于普通的生產(chǎn)企業(yè)來講，很難了解潤滑劑產(chǎn)品中都含有哪些化學物質，即使知道了化學物質的品種，靠工廠去測試空氣中的那么多化學物質也是一件很困難的事情，因此相比之下，測試空氣中油霧濃度更便于操作與控制，我們可以暫時參考國外0.5mg/m3的限值規(guī)定。

五、國內外機加工車間油霧控制的現(xiàn)狀

對美國的大型汽車制造廠生產(chǎn)車間金屬加工液油霧情況進行的測試表明，在10年以前，美國大型汽車制造廠大部分已經(jīng)將金屬加工液油霧濃度控制在0.5mg/m3以下。而我國隨著經(jīng)濟的發(fā)展，對加工車間油霧危害的認識也在逐步深入，相當多的國內企業(yè)也開始在新建項目中考慮實施油霧凈化系統(tǒng)，保護工人的健康。根據(jù)我院所做的或參與過的6家國外加工車間項目及13家國內加工車間項目的油霧凈化情況統(tǒng)計，6家國外加工企業(yè)中有5家對對車間內油霧進行了凈化處理，在13個國內加工車間項目中有9個采取了集中的或者單機的油霧凈化措施，并且根據(jù)對項目后的回訪情況，以上實施油霧凈化的車間內的衛(wèi)生環(huán)境均有了大幅度的改善。

控制車間大氣中的油霧顆粒濃度主要有機械和化學兩種方法。機械方法包括安裝排風扇、油霧捕集器、在機床周圍設置防護罩或防濺擋板等同時為滿足環(huán)保要求，排出的氣體應對油霧進行過濾處理，油霧過濾器是完成這一任務的重要設備，質量良好的設備油霧捕集率可達到98%以上。我院所做或參與一系列加工車間項目采用的均是機械油霧凈化方法，采取排風罩將加工中心內的油霧就地補集，由風機抽到集中的或者單機的油霧凈化器，經(jīng)過凈化器內特殊的濾料過濾處理后排放。排放的方式分為兩種，一種是接至車間外15m高空排放，滿足規(guī)范要求，另一種是在出風口增加高效過濾器直接排到車間內。

目前的油霧凈化器采用有靜電和分離膜等多種方法處理油霧。靜電凈化的原理是采用電暈放電的方法，將空氣電離，使空氣中的油煙霧粒子帶上電荷，并通過電場使帶電粒子在電場力的作用下向放電極運動，放電后堆積從而回收，而排出則是潔凈空氣。靜電凈化器的特點是：裝置的小型化（占地面積與機床控制柜相當），方便配置于任何設備旁邊，適合多臺設備的凈化要求。油霧分離膜過濾層共有三層，第一層為金屬過濾網(wǎng)，攔截大顆粒油滴和固體物質，第二和第三層為油霧分離膜層，吸附較大顆粒的油滴。油霧分離膜應用聚合表面活性劑技術，能快速吸附空氣當中的碳氫化合物（包括脂肪、油污和油脂）、霧狀有機物、機加工油霧、油煙、霉菌、微生物和微粒，并將這些污染物從廢氣中永久地分離出來。它能降低油滴的接觸角，很容易快速吸附油滴，同時，不會堵塞，即使飽和了也基本上不產(chǎn)生壓降。油霧分離膜過濾層攔截下來的油滴通過廢油排放口進入集油槽或集油桶。化學法是采用特殊的低油霧機加工潤滑劑，這里不進行深入討論。

六、工程實例

1.安徽江淮汽車股份有限公司年產(chǎn)10萬臺自動變速箱項目。在本項目中，機加工車間自動變速器的缸體、缸蓋生產(chǎn)線大部分采用先進的生產(chǎn)設備，由機械加工和凈化裝置兩部分組成的箱式密封生產(chǎn)裝置，機加工方式為濕式，加工過程產(chǎn)生的少量皂化油霧通過設備自身攜帶的凈化裝置，將產(chǎn)生的油霧收集后，經(jīng)過離心除油、濾料吸附凈化（凈化效率可達98%）后，廢氣就地室內排放，廢機油收集后外賣。通過類比調查，廢氣中油霧原始濃度約為30mg/m3。擬建項目變速器的缸體、缸蓋生產(chǎn)線機械加工過程產(chǎn)生的皂化油霧廢氣量為10000m3/h，廢氣中油霧原始濃度約為30mg/m3，經(jīng)凈化處理后油霧排放濃度為0.6mg/m3，年排放量為0.00452t/a，對外環(huán)境影響較小。

2.奇瑞汽車有限公司年產(chǎn)40萬臺發(fā)動機改擴建項目。本項目機械加工車間的廢氣治理措施為將加工機床、清洗機等設備產(chǎn)生的油霧經(jīng)設備自帶的過濾裝置治理后直接排入室內，環(huán)境影響評價結論為：奇瑞汽車有限公司第二發(fā)動機廠項目增產(chǎn)40萬臺/年發(fā)動機項目，符合我國的產(chǎn)業(yè)政策，符合清潔生產(chǎn)要求，項目清潔生產(chǎn)達到本行業(yè)國內先進水平，與城市規(guī)劃的產(chǎn)業(yè)布局完全相符。在采取相應環(huán)保措施后，各項污染物排放穩(wěn)定達標，對環(huán)境的影響均在標準允許的范圍。綜上所述，項目建設在環(huán)境上是可行的。

七、結論

機加工車間切削液油霧產(chǎn)生的危害已經(jīng)引起了全世界的充分重視，而設置油霧凈化系統(tǒng)雖增加了項目投資，但是可以大幅度降低油霧的危害，提高勞動安全衛(wèi)生水平，減少大氣污染物的排放，已經(jīng)成為一種發(fā)展趨勢。我國也應加快相應的工作，制定出對油霧的控制標準，對工程設計和實施進行指導，保護勞動者的健康。