試析焊接車間通風(fēng)除塵與空調(diào)設(shè)計

張小寧

（馬鋼集團設(shè)計研究院有限責(zé)任公司，安徽 馬鞍山 243000）

1 焊接車間通風(fēng)除塵

為了明確焊接車間通風(fēng)除塵及空調(diào)設(shè)計的要點，本文將焊接車間作為研究對象，根據(jù)置換通風(fēng)除塵的工作原理，結(jié)合焊接車間的具體參數(shù)，進行焊接車間的空調(diào)設(shè)計，從而為工業(yè)企業(yè)進行焊接車間的通風(fēng)除塵及空調(diào)設(shè)計提供理論及實踐參考。該焊接車間的跨距為33m；長度為207m，面積約為6831m2，焊接車間產(chǎn)生的煙塵為碳鋼焊接煙塵。根據(jù)GBZ2.1-2007 的相關(guān)要求，焊接車間的電焊總塵不可以超過4mg/m3；焊接區(qū)域的風(fēng)速不可以超過0.5m/s，避免風(fēng)速過高影響焊接質(zhì)量。

在焊接車間生產(chǎn)過程中，產(chǎn)生的煙塵為塵粒，會在重力、浮力和阻力的影響下進行運動。如果三者保持平衡狀態(tài)，塵粒將會懸浮在焊接車間的空間內(nèi)。置換通風(fēng)除塵主要是按照下側(cè)送上回的方式進行氣流的輸送，對于存在熱源的焊接車間，焊接車間內(nèi)的空氣和熱源能夠組成將自然對流作為核心的熱交換，從而向塵粒施加熱浮力，并對周圍的空氣產(chǎn)生影響，引導(dǎo)塵粒向排風(fēng)口運動，結(jié)合抽風(fēng)口的抽吸作用，實現(xiàn)有效的通風(fēng)除塵[1]。

2 焊接車間的空調(diào)設(shè)計

2.1 焊接車間的空調(diào)設(shè)計要點

根據(jù)置換通風(fēng)除塵的原理，結(jié)合焊接車間的設(shè)備布置和空調(diào)系統(tǒng)要求，空調(diào)系統(tǒng)按照下部送風(fēng)、上部回風(fēng)的方式實現(xiàn)置換通風(fēng)。設(shè)計人員可以在焊接車間的兩側(cè)鋼立柱距離地面2m 的位置安裝送風(fēng)筒，要求空調(diào)系統(tǒng)的出風(fēng)速度小于0.5m/s；在焊接車間的起重機上方設(shè)置兩排回風(fēng)口。在冬季和夏季運行的狀況下，排風(fēng)由20%的新風(fēng)和80%的車間回風(fēng)組成，前者利用排風(fēng)閥排到車間外，再通過回風(fēng)與空氣的混合，輸送到車間內(nèi)部，保障焊接車間內(nèi)的能量守恒；在春季和秋季運行的狀況下，空調(diào)系統(tǒng)按照全新風(fēng)的方式運行，通過全新風(fēng)將焊接車間的熱負荷排除，實現(xiàn)焊接車間內(nèi)污染物的有效排出，確保焊接車間的環(huán)境溫度與空氣質(zhì)量符合清潔生產(chǎn)的要求[2]。

基于上述空調(diào)設(shè)計方案，設(shè)計人員需要在焊接車間內(nèi)安裝組合式除塵控溫機組，合理設(shè)置空調(diào)的回風(fēng)段、送風(fēng)段和排風(fēng)段等不同空氣處理工序。結(jié)合上述焊接空間的參數(shù)，設(shè)計人員可以選擇4 臺風(fēng)量參數(shù)為1.4×105m3/h 機組作為組合式空調(diào)系統(tǒng)，保障其通風(fēng)除塵作用的有效發(fā)揮。需要注意的是，設(shè)計人員需要在組合式除塵控溫機組中安裝高效過濾器，用于過濾焊接車間的焊接煙塵，避免車間工作人員吸入煙塵影響身體健康。同時，車間工作人員需要定期清理高效過濾器的濾筒，將濾筒積聚的煙塵抖落于灰斗中。

2.2 焊接車間的空調(diào)應(yīng)用效果

為了明確本文設(shè)計空調(diào)系統(tǒng)的應(yīng)用有效性，筆者利用CFD 模擬方法，分析空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計的優(yōu)勢和不足。在CFD 模擬方法的應(yīng)用中，氣流的模擬通過穩(wěn)態(tài)標(biāo)準(zhǔn)k-epsilon 模型來實現(xiàn)；污染物的模擬通過標(biāo)量模型來實現(xiàn)；溫度的模擬通過布西涅斯克假設(shè)來實現(xiàn)。基于上述模擬模型，焊接車間空調(diào)應(yīng)用基礎(chǔ)上，不同區(qū)域的體形參數(shù)與邊界條件如下：1） 焊接工作臺，其高度為1m，地面邊長為0.4m，按照5mg/s 的速度從頂部進行污染物的釋放，其溫度為200℃；2） 空調(diào)送風(fēng)口，設(shè)置為圓形，其直徑為0.4m，距離地面2m，送風(fēng)量為7000m3/h，溫度為16℃；3） 空調(diào)排風(fēng)口，邊長是0.5m，和地面的距離為19.5m，邊界條件為0 壓力。基于上述參數(shù)進行空調(diào)系統(tǒng)的應(yīng)用模擬，具體的模擬結(jié)果如下：

第一，送風(fēng)效果，送風(fēng)口的速度超過10m/s，側(cè)送風(fēng)可以覆蓋整個焊接車間，但是車間地面2m 以上區(qū)域的空氣流動速度較慢，但是車間工作人員的工作區(qū)域風(fēng)速超過3m/s，使其感受較大的吹風(fēng)感，需要在實踐應(yīng)用中適當(dāng)提升噴口送風(fēng)的高速，營造舒適的工作環(huán)境；第二，溫控效果，焊接車間的平均溫度為26℃，焊接車間的工作環(huán)境屬于舒適狀態(tài)，焊機工作臺2m 周邊的區(qū)域受到焊接熱量的影響，溫度要高于其他區(qū)域約1-2℃，仍舊符合舒適工作環(huán)境的要求；第三，污染物排放效果，空調(diào)送風(fēng)部位的污染物含量最低，由于空調(diào)送風(fēng)覆蓋焊接車間，所以焊接車間的污染物濃度均低于5mg/m3，焊接操作臺附近的污染物初始濃度相對較高，在送風(fēng)的稀釋下，操作臺的污染物濃度處于4-5mg/m3范圍內(nèi)，其他區(qū)域的污染物濃度低于4mg/m3，焊接車間的平均污染物濃度為3.7mg/m3，均符合國標(biāo)中要求的焊接車間總塵濃度要求。

觀察模擬結(jié)果可知，本文設(shè)計的空調(diào)系統(tǒng)在送風(fēng)、溫控和污染物控制方面具有良好的效果。在送風(fēng)方面，空調(diào)系統(tǒng)的送風(fēng)可達性偏高，實現(xiàn)焊接車間的送風(fēng)全覆蓋，但是車間工作人員會受到較強的吹風(fēng)感，需要改進；在溫控方面，空調(diào)系統(tǒng)能夠?qū)⒑附榆囬g的溫度控制在24-27℃，屬于人體感知舒適的溫度范圍，有助于焊接生產(chǎn)效率和質(zhì)量的保障；在污染物控制方面，空調(diào)系統(tǒng)的總排風(fēng)量符合焊接車間的生產(chǎn)要求，確保所有工作人員活動區(qū)域內(nèi)的污染物濃度低于4mg/m3，使焊接煙塵在焊接車間內(nèi)均勻分布，避免煙塵濃度過高對工作人員的身體健康造成危害。在實際的空調(diào)系統(tǒng)應(yīng)用中，設(shè)計人員需要考慮空調(diào)系統(tǒng)的能耗，通過合理的工況分區(qū)，實現(xiàn)清潔車間的建設(shè)。

3 結(jié)語

焊接車間產(chǎn)生的煙塵會對車間工作人員的身體健康和車間生產(chǎn)效果產(chǎn)生直接的影響。通過本文的分析可知，設(shè)計人員需要明確置換通風(fēng)除塵的原理，并結(jié)合焊接車間的實際參數(shù)，合理設(shè)計焊接車間的空調(diào)系統(tǒng)，并注重高效過濾器的應(yīng)用，營造更為清潔生產(chǎn)環(huán)境，提升焊接生產(chǎn)的質(zhì)量。