船舶制造業(yè)焊接煙塵治理實踐

文/孫彥

隨著我國造船工業(yè)技術的發(fā)展，船體裝焊車間日趨大型化，車間建筑尺寸已從單跨、數(shù)千平方米發(fā)展到多跨、數(shù)萬平方米，由焊接煙塵造成室內作業(yè)衛(wèi)生條件下降的問題日趨嚴重。船舶制造業(yè)是典型的勞動密集型行業(yè)，從業(yè)者以打磨工、焊接工居多，打磨工長期接觸噪聲和金屬粉塵，焊接工長期接觸電焊煙塵，患職業(yè)病的概率較大。

近年來，大船集團致力于煙塵治理措施的試點及應用，多次與科研院所共同研究煙塵治理方案，并在公司粉塵作業(yè)集中區(qū)域進行試點，經(jīng)過多年不懈的努力，取得了較好的成效。

船舶制造業(yè)職業(yè)危害因素主要來源及現(xiàn)狀

焊接煙塵：焊接時，焊絲和鋼板在電弧高溫下（3 000～6 000 ℃）發(fā)生熾熱的冶金反應，產生大量的金屬氧化物，以氣溶膠狀態(tài)散發(fā)到空氣中，經(jīng)迅速冷凝而形成粒徑很小（大多數(shù)為0.4～0.5 um）的電焊煙塵。電焊煙塵是常見的危害巨大的職業(yè)危害因素之一，基于焊接方法與焊接對象的不同，可能產生包括錳、鐵、鋁、銅等金屬及其氧化物的有害因素。長期接觸電焊煙塵會導致接觸者在肺內滯留沉積，最終形成電焊工塵肺。

切割粉塵：等離子切割機在切割金屬時，產生大量煙霧，其成分主要為金屬及其氧化物粉塵。由于煙霧粒徑很小，很大部分為可吸入粉塵（即可直接進入肺泡的粉塵），當操作工人長期在通風不良和沒有防護措施的環(huán)境中進行作業(yè)時，易患低熱、塵肺等職業(yè)病，嚴重危害操作工人的身體健康。

打磨粉塵：船廠打磨粉塵的主要來源為焊縫打磨、工件打磨、碳弧氣刨等工位打磨。由于作業(yè)點分散，目前除做好個人防護之外，打磨粉塵尚無有效的治理措施。長期吸入打磨粉塵可導致塵肺等職業(yè)病。

以大船集團為例，通過分析近10年的作業(yè)場所職業(yè)病危害因素監(jiān)測結果，發(fā)現(xiàn)焊接煙塵、二甲苯、噪聲、手傳振動等職業(yè)病危害因素均有不同程度的超標，其中焊接煙塵超標尤為嚴重。裝焊廠房平面流水線CO2保護焊電焊塵超限倍數(shù)達4.34，船艙內CO2保護焊電焊塵超限倍數(shù)達4.72。由此可見，船舶行業(yè)粉塵危害程度比較嚴重的是焊接煙塵，包括廠房內和密閉艙室內焊接作業(yè)。此類工業(yè)性粉塵必須通過通風除塵技術從源頭上控制濃度，減少對此崗位作業(yè)人員的健康的影響。

焊接煙塵工程治理

由于我國船舶行業(yè)焊接工藝機械化程度不高，仍以手工為主，包括電弧焊和半自動焊，工位移動工件不動，使得焊接煙塵產生點不斷變化，給車間設置排煙凈化裝置造成一定困難，加上過去重視程度不夠，所以許多焊接工藝操作沒有排煙凈化裝置，產生的煙塵全部散發(fā)在室內，造成車間煙霧彌漫，可見度低，同時導致了以電焊工塵肺、慢性錳中毒為代表的焊接類職業(yè)病問題。

圖1 高真空焊煙凈化系統(tǒng)主機

針對以上問題，大船集團在分段裝焊廠房進行了焊接煙塵工程治理試點及推廣。根據(jù)曲面分段裝焊和平面分段裝焊不同的作業(yè)特點，分別與科研機構共同研究設計了專題治理方案。曲面分段裝焊和平面分段裝焊均采用了局部凈化和全面通風相結合的凈化方式。局部凈化采用了目前國際上焊接煙塵治理最先進的技術之一——高真空焊接煙塵治理技術，其技術要點是在焊煙產生初期，尚未完全擴散至室內時，利用高負壓在第一時刻對焊煙進行捕捉，是一種對污染物治理效率最高、最有成效的方法，其系統(tǒng)風量、功效較低，可起到事半功倍的效果，真正減少焊煙污染。

每套高真空焊接煙塵凈化系統(tǒng)可連接6臺焊機，凈化系統(tǒng)主機如圖1所示，高真空焊煙凈化系統(tǒng)根據(jù)車間內焊接工位密集程度不同均布。系統(tǒng)配備不同長度直徑為41 mm的耐磨、耐壓、耐高溫高真空軟管，如圖2所示，軟管可連接高真空吸口，每個吸口均易于軟管插入和取出，吸口可與焊機綁定對焊煙進行源頭捕集。軟管輕便，長度可達40 m，可以完全覆蓋焊接區(qū)域，滿足較長構件的焊接作業(yè)。

經(jīng)局部焊煙凈化后，理想狀態(tài)下能消除80%的焊煙。經(jīng)對曲面分段裝焊工場和平面分段裝焊工場采取局部凈化和全面通風相結合的凈化方式后，可明顯降低此區(qū)域焊接煙塵濃度，改善作業(yè)人員的工作環(huán)境。

在焊接煙塵職業(yè)危害風險控制措施中，焊接煙塵工程治理屬于“工程技術控制措施”，而焊接煙塵自動化改造屬于“改變工藝減輕危害性措施”。焊接煙塵自動化改造在風險控制措施選用中優(yōu)先于焊接煙塵工程治理，控制職業(yè)危害風險的效果也要優(yōu)于焊接煙塵工程治理。

焊接煙塵自動化改造

在焊接煙塵自動化改造方面，大船集團率先在行業(yè)內進行了大型分段制造數(shù)字化車間試點，如圖3所示。數(shù)字化車間先后投入全位置焊接機器人4臺、焊接寫字機械手1臺、雙絲埋弧焊接拼板裝置1臺、打磨分類機器人工作站1座、小組立機器人工作站1座。通過這些機械化設備，使原作業(yè)區(qū)域的小組立（小組立是船舶制造的一種生產管理模式，是船體分段裝配的一個生產階段。就是將兩個或兩個以上的零件組成構件的生產過程，如拼裝T型材、肋板上安裝加強材、加強筋開孔等。）人員從53人減少到29人，人員減少45%；大組立（大組立是船舶制造的一種生產管理模式，是船體分段裝配的一個生產階段。就是將零件和部件組成分段的生產過程。）人員從200人減少到160人，人員減少 20%；達到了“機械化減人、自動化換人”的目的。人員的減少，大幅度降低直接接觸粉塵、噪聲、弧光等危害因素人員數(shù)量，降低了職業(yè)病發(fā)病概率。

數(shù)字化車間建成之前三個月，小組立平均物量1 800 t（小組立每月平均使用物料為1 800 t），自建成后一個月周期內，小組立物量已經(jīng)達到3 000 t，較以前物量完成提高了40%左右。在生產物量恒定的情況下，員工可大幅度減少加班工作時間，直接接觸職業(yè)危害因素時間縮短32%。

數(shù)字化車間通過信息化建設可實現(xiàn)生產流暢、生產資源配置合理精準，降低生產管理、協(xié)調人員配比及施工協(xié)調、等待、返修時間，提高生產效率。

通過數(shù)字化車間整體施工解決方案的實施，轉變傳統(tǒng)施工模式，員工實現(xiàn)遠距離操控作業(yè)和設備實施輔助作業(yè)，增大員工接觸職業(yè)危害因素距離，從而減少作業(yè)人員職業(yè)病危害因素接觸。

目前，數(shù)字化車間僅是大船集團邁出船舶智能制造的第一步，距離全面實現(xiàn)智能制造還有很大差距。下一步，大船集團將逐步完善數(shù)字化車間項目設備配套工作。把數(shù)字化車間項目在企業(yè)內進行整體推進，在造船全過程的作業(yè)中，逐步實現(xiàn)“機械化減人、自動化換人”的目標。這也是船舶制造業(yè)電焊煙塵治理的最高效的措施，對其他制造業(yè)焊接煙塵治理有很好的借鑒。