金屬表面處理的除塵設備選型要點

文·圖/王世洪

近幾年來相繼發生了“8·2”昆山粉塵爆炸等多起金屬加工過程中的粉塵爆炸事故，除塵系統不能正常有效運行、除塵設備選配使用不當是導致事故的主因。本文圍繞金屬表面處理中的鋁鎂制品的拋光和拋丸工藝如何選配除塵設備進行重點討論。

金屬表面處理主要是指拋光、打磨、拋丸、噴砂等金屬機械加工工藝，通常是對有色金屬壓鑄件（以鋁、鎂等有色金屬材料為主）深加工前進行的表面預處理手段，是保證產品品質的重要環節。

這個過程中會產生一定量的金屬或者金屬與非金屬的混合粉塵，當空氣中這類粉塵濃度達到爆炸極限，遇到點火源（拋光、拋丸均極易產生火星）極易產生爆燃事故。特別是鋁、鎂粉塵及含有鋁、鎂等有色金屬成分的混合粉塵的爆燃危害更大。

不及時收集排除粉塵，對作業人員的身體健康、安全生產、產品品質都會帶來較大影響，而直接收集后排至戶外又會污染大氣環境，為法律所禁止。除塵設備作為收集凈化粉塵污染物的核心裝置，就成了金屬表面處理工藝不可或缺的配套設備。

除塵設備的安全風險

從圖1可以看出，金屬表面處理產生的粉塵，主要通過管道輸送到除塵器里進行過濾收集起來集中處理。除塵設備作為粉塵的收集凈化裝置，其機體內是粉塵最為集中的區域。

2014年8月2日，江蘇省昆山經濟技術開發區的昆山市中榮金屬制品有限公司拋光打磨車間發生特大鋁鎂制品粉塵爆炸事故，造成146人死亡、114人受傷。

2015年5月13日，廣東珠海興利五金金屬制品有限公司發生鋁粉塵爆炸事故。

2016年4月29日，廣東深圳精藝星五金加工廠發生鋁粉塵爆炸事故。

以上3起事故均為金屬加工過程中發生的鋁鎂等金屬粉塵爆炸事故，除塵系統不能正常有效運行、除塵設備選配使用不當是導致事故的主因。

2016年8月29日，國家安全監管總局為了從根本上嚴防類似事故的發生，緊急發布AQ 4272-2016《鋁鎂制品機械加工粉塵防爆安全技術規范》，于2017年3月1日正式實施。

圖1 有色金屬壓鑄件表面處理配套除塵系統基本流程圖

根據該標準第5.2項、第5.3.2項和第5.4.1項的描述，除塵器是可以發生持續性粉塵爆炸的區域（20區），是除塵系統的最大風險源。

因此，加強對除塵設備的正確選擇和安全防護，是保證金屬表面處理產生的粉塵得到有效安全處理的至關重要的環節。其中，以鋁鎂制品的拋光和拋丸工藝安全風險更大。

近20年來，國內機械制造業的蓬勃發展，帶動了壓鑄產業有色金屬產品（主要以鋁、鎂等合金材料為主）拋光、拋丸等表面處理產業的興盛。如何保證對拋光、拋丸等表面處理過程中產生的粉塵進行有效安全的收集處理，成了業內和監管部門迫在眉睫的大事。除塵設備如若選配不當，不但拋丸機腔體爆燃的風險依然會存在，除塵設備又成為爆燃的一個風險源，還有可能加大爆燃事故的危害程度。

因此，本文圍繞金屬表面處理中的鋁鎂制品的拋光和拋丸工藝如何選配除塵設備進行重點討論。

除塵設備基本類型和特點

拋丸是為了清除工件表面的氧化物或雜質，是涂裝的前處理工序；拋光是通過合適加工設備和加工手段，增加工件的表面光潔度。

干式除塵器和濕式除塵器是拋光、拋丸等表面處理工藝使用的除塵設備的基本類型，也是AQ 4272-2016重點論述的核心對象。

干式除塵設備

主要是指袋式除塵器（濾筒除塵器是袋式除塵器的一種）。

優點：傳統的過濾形式，除了需要對收集的污染物和達到使用壽命的濾芯進行工業廢棄物處理外，沒有廢水的處理問題。如果嚴格按照標準采取相應的安全措施（如火星探測及滅熄、抑爆、隔爆、泄爆、惰化處理等手段），可以將安全風險降低到較低水平。特別適用于沒有污水處理條件和水資源匱乏的區域及粉塵與水接觸活性特強甚至產生高危污染物等極為特殊的工況。

缺點：壓力波動較大、除塵器腔體內粉塵濃度經常性處在爆炸限值范圍內，而拋光、拋丸產生的火星無法通過除塵器自身實現滅熄，很難從根本上消除安全隱患。AQ 4272-2016對干式除塵器的安全配置及管理使用做了詳盡細致的規定和要求。這些都導致安全防護投入成本和運行成本較高。因此，除了特殊情況外，鋁鎂制品拋光、拋丸等表面處理工藝在嚴格安全管理的大背景下，干式除塵器的市場份額會逐漸減少。

濕式除塵設備

主要是指濕式除塵器。濕式除塵器俗稱“水除塵器”，它是使含塵氣體與液體(一般為水)密切接觸，利用水滴和顆粒的慣性碰撞，或者利用水和粉塵的充分混合作用及其他作用，捕集顆粒，或使顆粒增大，或留于固定容器內達到水和粉塵分離效果的裝置。

具體分類大致包括重力噴霧濕式除塵器，如噴淋洗滌塔；旋風式濕式除塵器，如旋風水膜式除塵器、水膜式除塵器；自激式濕式除塵器，如沖激式除塵器、水浴式除塵器；填料式濕式除塵器，如填料塔、湍球塔；水幕式濕式除塵器，如水幕、水簾式除塵器；文丘里濕式除塵器，如文丘里除塵器；機械誘導除塵器，如撥水輪除塵器。

濕式除塵設備的過濾介質是水，水具有滅熄火星的自然屬性，因此，對于拋光、拋丸等極易產生火星的工藝來說，絕大多數情況下，通過直接滅熄點火源（火星）的濕式除塵方式，無疑是最實用、最安全、最便捷的粉塵凈化方式。因此，在鋁鎂等金屬制品粉塵治理方面，AQ 4272-2016以及AQ 4273-2016《粉塵爆炸危險場所用除塵系統安全技術規范》均對濕式除塵方式予以了充分肯定。今后，濕式除塵設備在鋁鎂制品拋光、拋丸等表面處理工藝的市場份額會越來越大。

幾種常見濕式除塵設備特點

正壓送風噴淋逆洗式除塵裝置（AQ 4272-2016標準已經明確禁止）

原理：拋光打磨產生的粉塵通過管道末端的風機收集后，正壓吹送到圓柱體或者方形體或者通風巷道，圓柱體或者方形體或者通風巷道安裝的噴淋裝置噴射水霧對通過的氣流進行洗滌，粉塵顆粒物與水霧接觸混合沉降后被收集清理。

特點：這種裝置結構簡單，投資成本低，被拋光行業特別是小企業大量應用。但是，環保不達標、腔體內容易聚集氫氣、耗水量大、污水難以處理。目前已經被國家標準嚴禁使用，但仍被一些企業違規使用。

噴淋洗滌塔（包括填料塔、湍球塔）

圖2 噴淋洗滌塔

原理：拋光、打磨產生的粉塵通過管道末端的風機負壓收集到塔體，塔體上部安裝的噴淋裝置噴射水霧對通過的氣流進行洗滌，粉塵顆粒物與水霧接觸混合沉降后被收集清理。如果有填料層，則填料層形成水膜可對通過的粉塵顆粒進行第一級吸附，噴射的水霧進行二級吸附，粉塵顆粒物與水膜、水霧接觸混合沉降后被收集清理。

特點：主要應用在電子、化工等工藝產生的酸堿廢氣的酸堿中和，可以附帶處理濃度不高的粉塵，或者作為主除塵設備的前端預處理設備。

應用在鋁鎂拋光粉塵處理方面應該注意的事項：噴淋裝置對噴淋頭品質、水壓、水質要求較高。過濾效率較低，適用于粉塵濃度很低的粉塵，如果粉塵含有布輪、輪等纖維狀粉塵及拋光膏、拋光蠟等成分，粉塵與填充層接觸易堵塞不易清理、污染物處理繁瑣、占地空間大、有爆炸風險。目前有廠家通過不設填充層、加高塔體高度、增加噴淋裝置層數和數量來提高過濾效率，有一定效果，但耗水量大、占用場地大、維修繁瑣等問題無法從根本上解決。

目前，由于該裝置長期在電子、化工等領域大量應用，在多數人的認知中，噴淋塔幾乎成了濕式除塵設備的代名詞，盡管存在這樣、那樣的問題，仍然被大量使用。環保排放標準的嚴格執行，客觀上會限制這類裝置的應用。在粉塵產生量不高、經濟承受能力不強的企業中有一定市場。

水幕式濕式除塵裝置

原理：打磨拋光粉塵通過幕墻裝置下端出風口進入風機，水泵將水打入水幕頂部的蓄水槽，水槽水漫溢出順著幕墻自由落體，在幕墻下端出風口形成水簾（水幕），粉塵顆粒物與水幕接觸混合沉降后被收集清理。

特點：這種裝置結構簡單、投資成本低，在個別大工件拋光打磨和噴漆類小企業有應用。但是，過濾效率低、耗水量大、污水難以處理。目前被個別應用在拋光打磨工位前的預處理，主要用來滅熄火星和吸收少量粉塵。受末端風機風量變化的影響，水幕很難穩定形成對除塵口的全覆蓋，作為預處理，未能過濾的粉塵受潮極易吸附在除塵管道上，掛壁沉積甚至板結，反而影響整體的吸塵效果。目前雖有業內專業人士嘗試推廣，但個人觀點，發展前景暗淡。在粉塵產生量低、經濟承受能力不強的企業中有一定市場。

文丘里（文氏管）除塵器

原理：除塵裝置由文氏管和脫水器組成。含塵氣流高速通過文氏管的喉管，高壓噴水裝置將噴入喉管的水迅速分散為霧滴，塵粒與霧滴發生強烈碰撞、凝聚，并被捕獲，由脫水器除去。

圖3 文丘里（文氏管）除塵器

特點：文氏管除塵器結構簡單，維護管理容易，過濾效率較高。壓力穩定但壓力損失大，耗水量較大，高壓噴水裝置對水質要求較高，噴水裝置容易產生故障影響除塵效率，垃圾處理相對繁瑣。

目前，該裝置更多地被用來處理熱處理過程中產生的高溫油脂煙氣。適用于自身要求較高、經濟承受能力較強的企業。

渦旋式（自激式）濕式除塵器

原理：一款吸塵和凈化共用同一個動力源的濕式除塵器。以自帶風機形成的負壓為動力，水箱中的水被吸入不同形狀的翅片組合的氣流通道，并在通道內形成渦旋狀水團（循環渦旋水團組水道），含塵氣流與通道內的渦旋水團充分接觸混合沉降后被收集清理。

特點：壓力穩定，過濾效率較高，適用范圍廣，維護簡便，故障隱患點少，運行成本較低，耗水量不高，對水源水質要求不高。自動清淤裝置解決了污染物難以收集的問題，特別適用于拋光、拋丸等金屬表面處理工藝。但機體結構較其它濕式除塵設備復雜、成本較高。由于技術領先，具有較好的發展前景。適用于自身要求較高、經濟承受能力較強的企業。

圖4 渦旋式（自激式）濕式除塵器

除塵系統的選用要點與注意事項

除塵設備自身應該壓力穩定

吸塵效果穩定有效，是除塵系統安全運行的基本保障。除塵設備自身的壓力穩定是保證吸塵效果穩定的主要環節。

對于干式除塵設備和靠填充物提高過濾效率的濕式除塵設備而言，濾袋和填充物經過一段時間的使用后，必然出現透氣性下降、阻力提高的結果，這個時候，風機的能力必然下降，吸塵效果下降。久而久之，系統運行出現問題，對于處理易燃易爆粉塵的除塵系統而言，安全風險提高。

因此，只有及時清理或更換濾料（填充物）才能降低系統的安全風險。一方面這項工作本身具有一定安全風險，同時也增加了系統的運行成本。實際生產運行過程中很難保證這項工作的及時執行。應該選擇自身壓力穩定的除塵設備【如渦旋式（自激式）濕式除塵器或文丘里（文氏管）除塵器】。

選配除塵設備的注意事項

含有拋光膏和纖維粉塵的鋁鎂拋光粉塵：這類粉塵有一定的粘性，極易在管道掛壁，粉塵容易懸浮在水面影響過濾效率。盡可能縮短甚至取消收塵管道，直接選用高過濾效率、可以及時消除粉塵張力的濕式除塵設備，是解決這種拋光打磨工藝粉塵問題的關鍵。也是粉塵處理的難點。目前，具備這些能力的除塵設備主要是渦旋式（自激式）濕式除塵器。

異形大體積鋁鎂制品拋光打磨工件粉塵：該工藝的難點在于很難設計出滿足吸塵效果的吸塵罩，采用拋光打磨作業空間和除塵設備一體式的綜合除塵裝置，是解決這個問題的關鍵。目前，經過改良設計的拋光打磨作業空間和除塵設備一體式的渦旋式（自激式）濕式除塵裝置在這方面進行了有益的嘗試。但投資成本較高。

拋丸機選配除塵設備時需要注意：吸風量應足以保證拋丸機腔體始終處于微負壓狀態。拋丸機腔體內產生的鋁鎂等金屬混合物粉塵聚集在拋丸機機體內極易發生燃燒甚至爆炸，吸風效果必須持續穩定，避免拋丸機腔體內粉塵聚集，這就要求為其配套的除塵設備自身壓力必須長期穩定。為了最大限度降低除塵器爆燃風險，除塵器的安全設計和配置應該符合國家及地方的安全標準和要求。除塵設備除了要滿足安全需求和吸塵效果的需求外，過濾效率也應該符合國家、當地環保部門的排放標準和企業的排放要求。

AQ 4272-2016標準的實施，對促進鋁鎂等金屬制品粉塵的安全治理具有重大的指導作用。但受基礎理論不健全、時間緊迫等客觀條件以及編撰團隊專業背景等限制，新標準在涵蓋各類不同的除塵工藝方面，在促進除塵工藝、除塵技術的進步和提高方面還存在一定的提升空間。