某企業焊接車間通風系統改造

錢伯民 尚 軍

揚州市廣陵區疾病預防控制中心

通過對焊接車間焊接過程產生的污染物原理進行分析，確定了高效的通風和凈化方式，并以某企業的焊接車間為例進行了通風系統改造設計的實例分析，希望能夠為相關的工作提供一定的參考。

焊接是現代工業生產中一種先進的工作方法，在機械加工中獲得了廣泛的應用。但是，在焊接生產過程中，會產生大量的焊接煙塵及有害氣體，對工作環境造成極大的污染，嚴重危害焊接工人的身體健康。同時隨著我國工業化規模的不斷擴大，焊接車間的規模也呈現出較快的發展趨勢，焊接煙塵所產生的危害日益嚴重，已經成為當前工業生產中的重點問題。

1 焊接煙塵產生的原理

在焊接過程中，焊接電弧的溫度通常能夠達到4000℃～6000℃的高溫，在這種溫度條件下，焊接材料以及母材的金屬元素被蒸發，金屬熔化產生的蒸汽會在空氣中迅速的氧化和冷凝，形成不同粒徑的細小固體粒子，同時還會產生CO2、NO2等有害氣體。焊接煙塵是有害氣體及金屬氧化物粉塵混合物，被分為煙和粉塵兩部分，其中粒徑小于0.1μm 的屬于煙，而直徑在0.1μm～10μm之間的屬于粉塵，它以氣溶膠的形態漂浮在焊接車間的空氣中。常用結構剛焊條焊接過程中產生煙塵的化學成分如表1 所示。

在焊接過程中，不同類型的焊條所產生的煙塵量存在極大的差異，它與焊接的方式、焊條的型號、藥皮的類型、厚度等多種因素有關。

2 實例分析

改造項目概況

本文選擇某汽車零部件廠的焊接車間作為研究對象。該車間由于產能增加，原有的車間通風系統無法滿足產能增加對通風的需要，因此，需要以原有通風系統的機組、主風管為基礎適當增加新系統進行改造。改造車間的長度為90m，寬度為75m，內部凈高為9m。通過對車間進行實際勘察，目前車間內投入使用的焊接工位在60 個左右，另外有一條正在進行調試的焊接生產線，并預留了大約1500m2左右的焊接生產區域。車間焊接的工位除了少部分手工焊接工位未設置排風罩外，其他焊接工位均設有局部排風罩。

焊接車間內的局部排風罩主要分為兩種形式，第一種是焊接工位設整體性排風罩，工位設在專用的半封閉性的小室內，焊接件進出口設有透明的塑料幕條，排風口設置在小室的頂部，焊接人員在塑料幕條外部進行焊接操作；另一種是在焊接工位頂部水平安裝的局部排風罩，排風罩的安裝高度在3m 左右，焊接機器人位于排風罩底部進行自動焊接，焊接工位設置圍欄，避免作業期間人員進入。

表1 常用結構鋼焊條產生煙塵化學成分（%）

焊接車間煙氣擴散狀況

焊接車間在進行通風系統改造之前，煙氣的擴散主要有以下幾方面。

（1）半封閉性小室，操作人員在取出焊接件時，小室中的部分煙氣會溢出進入到車間中。經過對排風罩截面風速進行測量，確定其中有少部分排風罩的截面風速能夠達到0.4m/s 左右，其余大部分均在0.2～0.3m/s 之間，而且小室中所溢出的煙氣與排風罩截面風速呈反比，風速越低，煙氣的溢出量越大。從煙氣的實際溢出情況來看，排風罩的排風量明顯不足，排風系統的部分支管只連接了一個排風罩，而還有部分同樣直徑的支管連接多個排風罩，系統風量分配不均勻，導致部分排風罩的風量無法滿足實際需求。

（2）焊接機器人工位的排風罩由于機器人高度的影響，通常安裝在較高的位置，焊接煙氣在上升過程中會向排風罩外的區域進行擴散，而排風罩由于空間限制無法增加覆蓋范圍。

（3）焊接部件在焊接之前未對表面油污清理，增加焊接過程中的煙氣量。

改造目標

本次對焊接車間的改造主要是對焊接工位煙氣的溢出進行控制，減少煙氣在車間內部的擴散。通過組織氣流的有序流動，提高車間內部煙氣排出的效率，提高車間內部的空氣質量，改善焊接工作環境。

氣流組織設計

在保證分量滿足車間正常通風的基礎上，順暢的氣流組織是對焊接車間通風系統改造的關鍵。良好的氣流組織的設計可以有效提高車間煙氣的排出效率，避免煙氣在車間局部集聚。由于是對原有系統進行改造，因此要充分利用原有的系統、風管和排風罩，提高改造工程的經濟性。

每個排風罩均是車間中的吸風點，且高度基本上處于離地面3.5m 以內的高度范圍。同時在車間底部大約2m的高度設置低速置換送風口，使冷風在送出后能夠下沉到人員活動的區域范圍，通過送風口配合各個排風罩的吸風效果，可以在整個車間的底部區域形成一個循環的空氣流動環路，從而實現對車間內工作區域空氣流動的有效控制，提高工作區域的空氣質量。

在焊接過程中，由于高溫產生的大量熱量被冷空氣吸收后會形成上升氣流。這些上升氣流挾帶焊接煙塵上升到排風罩吸風口被吸入通風系統。另外，逃逸的煙氣在上升到車間內的一定高度之后會逐漸向四周擴散，經過一段時間的積累之后會形成煙氣滯留帶。針對這一問題，根據實際煙氣滯留帶的位置設置獨立的排風系統，將滯留在車間一定高度的煙氣收集處理之后排至車間外部。

夏季送冷風可以促進熱煙氣的上升，而在春秋季節同樣可以利用溫度較低的室外空氣。在冬季向車間內送入熱風時，由于熱空氣上升的速度較快，很難形成空氣流動環路，而如果直接送入室外新風，則可能由于室外空氣外度過低而影響車間內部的舒適度。因此，選擇合適的送風溫度在冬季通風非常關鍵，根據車間內部的實際溫度變化，通常選擇14～19℃左右的送風溫度，這樣既能保證車間內部空氣的循環流動，同時也能保證溫度的舒適性。

煙霧控制措施

在進行焊接車間通風系統的改造過程中，可以通過下面的措施來控制煙霧在車間內部的擴散。

（1）增加車間的總體排風量30 萬m3/h，通過增加6臺5 萬m3/h 的風量排風機來實現總體排風量的提升，總風管按照現有排風管的高度進行安裝；

（2）對各排煙罩的排煙風量進行重新分配，通過對排煙罩加裝調節閥的方式控制風量；

（3）增加風量為30 萬m3/h 的補風系統。在車間外墻的綠化帶中增設5 臺風量為6 萬m3/h 的空調機箱，送風管的高度設置在8m 左右的位置，末端則使用低速置換式送風口，這樣可以有效避免送風氣流對排煙罩產生影響；

（4）焊接部件在進行焊接作業之前對其表面的有無進行徹底清理，可以有減少焊接過程中煙塵的產生量；

（5）所有排風系統都需要安裝煙塵處理設備，在煙塵達到排放標準之后，才能向室外進行排放。

3 結束語

焊接車間在經過通風系統改造之后，排風罩的排煙能力明顯提高，煙氣的總體溢出量減少，車間內部的空氣得到明顯改善，同時通過合理的氣流組織設計，使車間內部形成了空氣流動環路，有效提升了車間內部的舒適度。經過測量，車間在通風系統改造之后，工作區域的煙氣濃度降低到2.2～3.5mg/m3的水平，滿足了GBZ2.1-2007《工作場所有害因素職業接觸限值》中的標準。