大型船舶企業場房煙塵粉塵污染治理的有效方法——區域置換通風治理方案

牟永生，殷志和

(青島北海船舶重工有限責任公司，山東 青島 266520)

1 焊接和切割煙塵、粉塵治理的必要性

職業衛生是關系到千百萬產業工人的生命安全和身體健康的一項重大公眾衛生問題，而粉塵引起的塵肺病是我國最主要的職業病。衛生部在2011年4月28日發布的權威通報顯示，2010年新發各類職業病18128例，其中塵肺病新增14495例，死亡748例。最近30年中國累計報告職業病50多萬例，其中塵肺病約占職業病總數的80%。2011年12月31日中華人民共和國第十一屆全國人民代表大會常務委員會第二十四次會議通過關于修改《中華人民共和國職業病防治法》的決定，進一步明確和理順了相關部門在職業病防治工作中的監管職責。中船重工集團公司十分重視職業病防治，并行文要求成員單位中相關單位集中開展焊接煙塵污染防治專項技術改造工作，以大幅度降低粉塵污染，加強企業職業衛生保護，改善員工生產作業條件和保障員工健康。

2 焊接和切割煙塵、粉塵治理的難點

隨著我國船舶工業的發展，船舶建造流水作業模式已經在大型造船企業普遍采用。要實現造船建造流水作業模式就需要超大型船體裝焊場房，而超大型船體裝焊場房的出現，使造船焊接作業中產生的大量煙塵、粉塵的治理難度大大增加。

以本公司聯合場房為例，雖然在鋼材預處理線、等離子切割線、型材切割線等均配套了相應除塵、凈化設備，但以手工焊接、切割工位為主的聯合場房部件裝焊線、平面場房肋板裝焊線和曲面場房產生的大量焊接和切割煙塵、粉塵彌漫整座場房，污染值嚴重超標。

從理論上講全室通風除塵方案能夠有效治理焊接和切割產生的煙塵、粉塵，但聯合場房實在太大，建筑面積約8萬m2，總容積約192萬m3，根據測算，在這樣大的場房采用全室通風除塵方式，需要配套185kW強制排風除塵系統28套，才能滿足國家相關標準、規范 (每小時換氣2次)要求。該方案設備及基礎建設費約3360萬元，每年電力費用約900萬元，每年消耗品及維護費用約336萬元，顯然，這是企業難以接受的。搖臂式除塵設備也是治理焊接和切割煙塵、粉塵的方法之一，但因受固定位置的局限性，在大型場房無法實現全方位覆蓋，而且投資規模超過2000萬元。現從企業已配套的流動式除塵設備試點情況看，因需要經常移動設備和拖帶除塵風管，既降低了工作效率也使交叉作業難以實現 (除塵風管纏繞在一起)，出現了有除塵設備而很少有人使用的困境，如實施大面積配套，不僅浪費資金，而且也難以實現治理目標。

3 探尋污染氣體的流動規律

為了制定行之有效的治理方案，本人從尋找污染氣體的流動規律著手。通過對企業3大場房夏、秋、冬3個季節的觀察發現:在天氣晴朗 (氣壓正常)工作時間1 h內，熱濁氣流會迅速上升到8～16m高度空域滯留，隨著時間的延續污染層氣體在溫度降低后慢慢下移，在工作2 h后污染層氣體據地面約4 m，在工作3 h后污染層氣體據地面約0.5m，在雨雪天氣 (氣壓較低)污染層氣體下降速度加快 (最大時加快1倍)。從實際情況看，污染層氣體下降速度與大氣壓力成負關聯，而與季節關聯不大。這一現象完全符合空氣流動學原理，也就是相對熱的空氣向上流動，相對冷的空氣向下流動;相對氣壓高的區域空氣向相對氣壓低的區域空氣流動。混合氣體滯留在8～16m高度是因為污染層氣體在密度、溫度、大氣壓力的共同作用下，在一定時間內形成平流層。隨著時間的推移平流層氣體的溫度下降，污染層氣體的重力大于上浮力，自然會出現下移現象。

通過以上觀察分析確定，污染氣體的流動是有規律的，摸清了它的流動規律，充分利用它的流動特性和平流層特性對癥下藥，就可以找到氣體污染治理的有效方法，從而達到事半功倍的效果。

4 區域置換通風是超大型場房氣體污染治理的有效方法

置換通風的工作原理是:在機械排風口的“抽吸”作用下產生空氣負壓源，使滯留在排風口附近的含有焊接煙塵及其它粉塵的污染空氣 (經過濾除塵后)被排出場房外;在空氣負壓源的引導作用下，新鮮空氣從工場兩側墻面設置的自然通風器和門窗低速進入車間底部工作區，因為新鮮空氣比場房內的污染空氣溫度低，在重力作用下新鮮空氣下沉;室內熱污染源產生的熱濁氣流由于浮力作用而上升，這樣通過空氣負壓、熱濁氣流上升、新鮮空氣下降3個作用力的“推動”，使6m以下工作區域的熱濁氣體迅速有序地上升到6m以上非工作區域，6m以下工作區域的空氣不斷被后續新鮮空氣所取代，這樣6m以下工作區域始終充滿了新鮮空氣。進入6m以上非工作區域熱濁氣流在繼續上升的同時與場房內空氣混合，混合后的氣體滯留在8～16m高度形成污染層氣體。在10m高度設置機械排風口，污染層氣體在機械排風口的“抽吸”作用下經過濾除塵后被排出場房外。

置換通風充分利用冷、熱氣體自身產生的動力，只要施加一個較小負壓動力源就可以使場房內空氣形成有序流動，從而達到治理目的。區域置換通風是在實現區域治理的同時又采用分層治理方法，最大限度的縮小治理容積，這樣既達到了治理目的又節約了大量開支。

5 區域置換通風方案必須因地制宜精確設計

本方案機械排風口設置在10m高度，并以10m以下區域容積為排風量計算數值，是在分析污染層滯留高度的基礎上，綜合排風量、排風速度、平流層 (污染層)滯留時間和下降速度、場房布局、工作層高度等多種因素后確定的。它的實施基礎是該場房兩側墻面已經設置了自然通風器且有足夠的進風面積，適應于冬季最低溫度－6℃以上的地區。在寒冷地區因為沒有自然通風器，而且冬季也不宜敞開門窗，這就需要在場房兩側墻面底部設置通風加熱裝置，具體方案另行論述。

值得注意的是機械排風量必須進行精確設計，排風量太小，導致污染層氣體在未排出前已經下降到6m以下工作區域;排風量太大，設備配套費和能源消耗費增加，造成浪費。

6 聯合場房區域置換通風實施方案

聯合場房共6跨，主要分為鋼材預處理、切割、冷加工、部件焊接4個生產區域。鋼材預處理、切割、冷加工3個生產區域，由于自身配套相應除塵、凈化設備，6m以下工作空間達到國家有關職業病防治法律、標準規定，方案只對部件焊接生產區域進行治理。

部件焊接生產線布置在聯合工場1、2、3、4跨之間西部區域，總面積28000m2，該區域10m以下空間總容積280000m3。該區域置換通風送風量計算如下:置換通風換氣次數設計為2次/h，以工作區高度10m計，總排氣量為28000×10×2=560000m3/h，設計配套強制排風系統4套，每套排風量為140000m3/h。

置換通風布置:從車間南側向北，第2立柱、第3立柱各安裝1套排風管道，第4立柱安裝2套排風管道。排風管道安裝在立柱側面，排風管道底部高度距離地面約10m處。

7 聯合場房區域置換通風治理費用和治理效果預測

聯合場房區域置換通風治理方案設備及基礎建設費約480萬元，每年電力費用約128萬元，每年消耗品及維護費用約48萬元，比全室通風除塵方案節約設備及基礎建設費約2880萬元，每年節約電力費用、消耗品及維護費約1060萬元。

該治理方案的實施，不僅使聯合場房6m以下工作空間達到GBZ 2.1－2007《工作場所有害因素職業接觸限值化學有害因素》中“車間內焊煙濃度低于4mg/m3”的規定，而且排放標準也達到了國家有關空氣污染治理法律、法規規定。特別是它消除了絕大部分PM2.5的氣體排放，既保護了工作人員，也保護了大氣環境。

8 實施計劃

該方案已通過企業和相關設計單位審核，并列入企業綜合治理場房內部焊接煙塵、粉塵規劃，現已完成初步設計，計劃2013年實施。