機械制造企業煙塵粉塵綜合治理

王黎明 雷延花(青海油田機械廠安全科 甘肅敦煌 736202)

整治廠房工作環境，改善職工生產現場狀況，凈化生產過程中產生的有毒有害氣體及粉塵污染，保障職工的身體健康，減少職業病的發病率是確保安全生產的一項重要工作。

一、有毒有害氣體、粉塵的產生

1.焊接煙塵的產生

在焊接電弧的高溫作用下，焊材端部的液態金屬和熔渣激烈蒸發，同時在熔滴和熔池的表面上也產生蒸發，由于蒸發而產生的高溫蒸氣從電弧區被吹出后迅速被氧化和冷疑，變成細小的固態粒子，這些微小的顆粒分散懸浮于空氣中，彌散于電弧周圍，形成焊接煙塵。電弧的紫外線輻射作用于周圍環境空氣中的氧和氮形成臭氧和氮氧化物，以及氧化過程中產生的氣體

2.粉塵的產生

固體物料在生產加工(如破碎，研磨，篩分，切割等工序)儲運，包裝等生產過程中產生大量的粉塵。粉塵產生后，大部分漂浮于空氣中，體積越小，漂浮時間越長，被吸入的機會越高，其中小于五微米的塵粒，懸浮時間長，肉眼不可見。

二、以上污染對職工身體狀況及環境造成的危害

1.焊接煙塵的危害

焊接煙塵的危害是粉塵職業危害的一種，可導致塵肺病。焊接過程強烈散熱并排出粉塵和氣體。焊接電弧的高溫促使金屬，焊劑，保護氣體，合金元素猛烈的氧化和蒸發。通過空氣中氧氣的氧化，在空氣中形成了彌散的粉塵，而焊接時產生的對流氣流，把氣體和粉塵帶到上空，使生產車間含有大量粉塵和有害氣體。焊接粉塵彌散上升速度不大于0.08m/s,沉積很慢，因此大多數情況下，他們沿著房間的高度均勻的擴散，如煙塵中含有錳化合物，長期吸入錳化合物可發生慢性錳中毒，引起神精系統，肺，肝臟和血液等器官病變。其他金屬氧化物，如鉻的氧化物能夠積聚在身體中，引起頭痛，消化器官疾病和貧血，鉛的氧化物引起肺臟疾病。此外鋁，鎢，鐵，釩，鋅，銅，鎳和其他元素的化合物對身體也有明顯的不良作用。

2.粉塵對健康的危害

局部作用：接觸或吸入粉塵，首先對皮膚，角膜，粘膜等產生局部的刺激作用，并產生一系列的病變，如粉塵作用于呼吸道，早期可引起鼻腔粘模機能亢進，毛細血管擴張，久之便形成肥大性鼻炎，

全身作用：職工在沒有任何預防措施下，長時間進行切割和打磨等工作。工作時長期吸入過量的游離二氧化硅粉塵，會引致肺部組織損壞進而發展成肺部纖維化(也就是俗稱的矽肺)。

三、舊式高大廠房煙塵、粉塵污染現狀

舊式高大廠房焊接煙塵、粉塵的治理一直是一個技術難題，通過分層通風技術可以有效地解決焊接煙塵的污染問題。

焊接煙塵的治理是一項國際性技術難題，其困難主要表現在以下幾個方面：

1.焊接煙塵粒徑小，其粒徑在0.01-5μm，濾除困難；

2.焊接工位的多變性，使得焊接煙塵捕捉困難；

3.焊接煙塵熱氣流滯留特性，普通通風技術除塵困難；

4.焊煙除塵設備投資大，運行費用高，投入困難；

歐洲自20世紀20年代開始對焊接煙塵的危害進行研究，并立法對焊接煙塵進行治理。國內近10年來，已有越來越多的企業應用了焊煙治理設備，生產環境正得到逐步改善，但依然有很多焊接車間未采取任何治理措施。

青海油田機械廠始建于1993年，原設計主要功能是發動機修理和機械加工，多為單跨度高大廠房，只在廠房兩側高處設有通風設施。后因形勢的發展和油田實際需要，逐步發展成以容器制造、抽油機加工為主業。廠內目前的煙塵、粉塵主要來源于抽油機車間、壓力容器車間、工程項目部等焊接場所。隨著機械廠生產規模和工業產值的不斷攀升，各車間生產產品的種類、規模、數量也日益增大，從事焊接作業、機械加工及熱處理的人員和工作量的不斷增多，產生的煙塵、粉塵量也急劇增大。由于原設計的通風能力過小，安裝位置過高，無法有效排除煙塵，夏季采用開門、開窗戶的方式進行排煙。冬季為保持廠房溫度將門、窗關閉，煙塵無法排除。圖1為某焊接車間的狀況，污染十分嚴重，極大危害了員工的身體健康。圖1為某焊接車間的狀況，污染十分嚴重，極大危害了員工的身體健康。

圖1

各廠房原配置的通風設備已遠遠不能滿足目前安全環保、職業健康的要求，存在諸多問題，不能將焊接煙塵、粉塵及時有效的排出，主要表現在：

(1)固定通風設備老化、損壞。一部分是1993年建廠時設計安裝的，一部分是2006年通風設備整改時更換的，大部分運行至今已不能發揮正常有效的功能。設備、電氣線路老化，存在較大的安全隱患。

(2)通風設備功率不足，設備是按各車間原發動機修理生產能力配備的，如今各車間已成為抽油機、容器制造的主要生產場地，并生產能力逐年大幅提高，通風能力已遠遠不足，無法及時有效的將工作面上的煙塵、粉塵無法排除。

(3)通風設備安裝位置不合理。大部分廠房的通風實施安裝在廠房離地8.5米左右的墻體上，而工作面大部分在地面上，主要煙塵、粉塵集中在工作面上方2—3米處，被抽吸向上運行的范圍很小，不能起到及時有效排放的作用。

(4)通風設備防側風能力不強。部分通風實施未安裝防外界自然風影響的通風管道，在通風設備運轉產生的出風方向遇到對立排斥的自然風時，大大降低了設備的排風能力。

(5)通風設備配備不足。一是缺少可移動的、噪音低的、座地式排風設備，它主要是用于夏季廠房內、無風或空氣流動性差的環境，目的是制造流動空氣從而輔助煙塵流動擴散，另外它還可以降溫去暑；二是缺少有限空間和密閉容器內焊接煙塵抽排設備。每年在壓力容器、各類罐體、房體內的焊接工作量非常大，焊接煙塵、粉塵在這些有限空間內聚集不易擴散，必須依靠通風或抽排設備才能排除。以往是采取通壓縮空氣進入限空間擠壓幫助通風，壓縮空氣來源于空氣泵，各車間空氣泵的數量有限，且使用噪音大、移動不方便、占空間，效果也不太好。

目前，對于焊接煙塵的治理普遍采用勞動保護方法和局部治理方法。

勞動保護方案是通過配備吸塵面罩的形式來保護勞動者健康，該方法保護對象局限于焊接工人，整個車間環境無法改善。

局部除塵方案是直接針對焊接煙塵高濃度排放區域進行治理。局部除塵設備由兩部分組成：煙塵捕捉部分與煙塵過濾部分。局部除塵方法可以有效阻止無組織氣流在空間內帶動污染物擴散，并且消耗的空氣量較少。對于焊接車間，有固定工作臺的手工焊接，局部排風罩能將焊接煙塵基本上抽走，采用局部通風方式能夠取得較好的治理效果。投資少、效果顯著。但受現場布局、操作者習慣和設備運動空間限制大。

四、舊式高大廠房焊接煙塵治理要解決的主要問題

1.室內煙塵濃度過高對人體健康帶來的危害

焊接煙氣中的煙塵是一種十分復雜的物質，已在煙塵中發現的元素多達20種以上。

碳鋼CO2/MAG焊過程中的有害煙塵主要有Fe2O3、SiO2、MnO等，鋁合金M IG焊接過程中的主要煙塵成分為A l2O3顆粒，焊接過程中還會產生一些有害氣體，如臭氧、氮氧化物、一氧化碳、氟化物及氯化物等。

工人長期在焊接煙塵環境下作業，如果沒有適當的保護措施，將導致各種職業病，如塵肺、骨軟化癥、貧血癥等。有害氣體也會造成肺水腫、支氣管炎、急性哮喘癥、神經衰弱癥及慢性呼吸道炎癥等。

為此，國家對作業環境下污染物的濃度標準有一個嚴格的限制，在標準GBZ2-2002中規定了車間綜合粉塵濃度≤6mg/m3。

2.直接排放造成的室內溫度上升/下降、能量損失的問題。在有空調或供熱的車間，如果采用直排方式，在冬季勢必將室內的熱量連同污染物一起排至室外，其結果是室內熱能的大量損失。

3.焊接工藝要求

傳統的混合送風的方式來排除焊接煙塵，其風量大、和風速高，對于CO2氣體保護焊來說，當保護氣體周圍風速超過1m/s時，會吹走保護氣體，從而影響焊接質量。

4.提高生產效率。

采用局部除塵時，操作工人經常需要移動吸氣臂，以達到最有效的煙塵捕著效果，這樣勢必大大影響焊接工作效率。

五、舊式高大廠房煙塵、粉塵治理方案

針對機械廠舊廠房實際狀況，采取分層抽風和局部抽風過濾及保暖的綜合方法排出廠房內的焊接煙塵。

1.分層抽風原理

與傳統的混合送風治理焊接煙塵不同，本方案采用分層抽風技術對焊接煙塵進行治理。其原理如圖2所示。

圖2 分層抽風原理圖

在有熱源的車間，由于在高度上具有穩定的溫度梯度，以較低的風速(v＜0.2-0.5m/s)，較大的風量，將工作面上部的煙塵及時直接排出。而室內熱源產生的熱氣流，由于浮力作用而上升的煙塵，由上部的抽風設備將熱氣流在上升的途中排出室外，在后續新風的推動作用和抽風口的抽吸作用，地面上方的新鮮空氣緩緩向上移動，形成類似于向上的均勻流的流動，于是工作區的污濁空氣被后續的新風所取代。當達到穩定時，室內空氣在溫度、濃度上便形成兩個區域：上部混合區和下部單向流動的清潔區。

2.分層抽風除塵系統組成

分層抽風除塵系統主要由3大部分組成，即工作面抽風機、上部抽風機和局部抽風機組成(如圖3)。

圖3

局部抽風：用移動式焊煙凈化器將焊接點處(距焊接點0.3-0.5米)的絮狀煙霧及時過濾排出。

工作面抽風：用安裝在側墻上的風機將工作面上(距工作點2-3米處)移動式焊煙凈化器遺漏的煙霧排出。

上部抽風：是利用原有的通風機將彌漫在廠房上部的煙霧排出。

3.局部抽風原理

在固定工作面的側面或頂部設置排煙罩，利用風機的力盆，就地把煙塵抽走，并將煙塵過濾，使產塵設備產生的85%以上的煙塵從用移動式焊煙凈化器排出。達到改善室內環境的目的。(見圖4)

圖4

4.冬季氣溫較低問題的解決

北方冬季溫度較低，可達-30℃。大功率的抽風機勢必會降低廠房內溫度，為了滿足廣大職工冬季的保暖需求，就需要解決廠房內溫度過低的問題。采用“上送式電加熱型或者熱水型空氣幕”隔離車間大門外的冷空氣，并購置一定數量的熱水型暖風機(水電兩用機型)、柜式系列電加熱型暖風機，根據廠房的實際情況，采用不同的設備組合配置，配備到廠房。

5.通風控制

為達到良好的分層抽風除塵效果，根據焊接點開啟移動式焊煙凈化器及時將濃絮狀煙霧(距工作點0.3-0.5米處)；根據工作面的變化位置開啟下部抽風機，以及焊接工作面的多少決定開機的臺數，及時將絮狀煙霧層排除(距工作點2-3米處)；而上部風機由于煙霧已彌漫基本上處于全開狀態。(見圖5)

圖5

四、分層抽風治理焊接煙塵的優點

與傳統的混合送風除塵系統相比，采用分層抽風技術治理焊接煙塵有以下幾大優點：

1.因為煙塵的收集直接針對絮狀煙霧層部位，所以除塵效果顯著、排出及時，且不受焊接工件大小的影響、不受焊接工位變化的影響；

2.風機的開啟機動靈活，不受焊接工位變化的影響，利于室內空氣的調節；

3.焊煙除塵設備投資小，運行費用低；

4.操作者在工作的過程中不會受到風機的任何干擾，能極大地提高生產效率。

結束語

通過分層抽風技術治理焊接煙塵、粉塵效果明顯，員工的身心健康得到的保護，有效的落實了職業衛生健康政策。