焊接煙塵凈化治理 促進作業(yè)環(huán)境改善

賈 磊 石永亮

■引言

高壓開關是一種保證電網(wǎng)正常運行的電工裝備，被形象地稱為“電網(wǎng)保護神”。以市場份額最大的金屬全封閉組合電器（業(yè)內稱為GIS）為例，電壓等級有126kV、252kV、550kV、800kV、1100kV 等多個不同級別，配有匯控柜及其電力控制系統(tǒng)，是典型的機電產品。

開關產品生產過程大多為鋁或鋼板卷制成筒狀，然后通過焊接法蘭，經(jīng)檢漏、涂裝、裝配、試驗后，發(fā)運至用戶現(xiàn)場進行交付前的最后對接、充氣與耐壓，一切合格后再交付用戶投入電網(wǎng)運營。可以說，在開關生產的初期，焊接工藝是頻繁使用且重要的成型手段。

河南平高電氣股份有限公司旗下機械制造事業(yè)部是一家為成品廠配套提供各類加工零部件的生產單位，擁有焊接、殼體、機加、涂裝、沖壓、模具等多個車間及打泵、探傷、打磨、切割等數(shù)十道工序。其中，400 余人的焊接車間常年在本部和東廠區(qū)從事與各類高壓開關產品零部件的焊接作業(yè)，作業(yè)面積在同行業(yè)中位居前列。上世紀八九十年代陸續(xù)配有單/雙臂焊煙除塵設備，但無論移動式還是固定式凈化效果仍有不佳。

經(jīng)過國內第一條1100kV 晉東南示范工程的驗證，2009 年之后，國家陸續(xù)加大了特高壓輸電網(wǎng)建設。作為電工裝備主力軍的平高集團緊緊抓住這一有利時機，致力于國家清潔能源建設，深耕特高壓領域，產能連續(xù)不斷大幅提升，伴隨著國家職業(yè)健康和環(huán)境保護力度的不斷加大，開啟了以焊接煙塵凈化治理為核心的車間作業(yè)環(huán)境改善新模式。

■焊接煙塵

在工業(yè)生產過程中，焊接工藝應用廣泛。焊接是機電行業(yè)熱加工的一大類工藝，最常見的是鋼材焊接的電弧焊和鋁材焊接的融化極氬弧焊，兩者都稱之為“閃光焊”，不同的焊接工藝均產生焊接煙塵。焊接煙塵是一種在生產過程中產生的煙霧、并可長時間浮游于空氣中的金屬物固體微粒，一般只有幾微米，肉眼無法看見。這種煙塵由于理化形狀的不同，對人體所造成的危害也是多種多樣的，但其共同點都是污染作業(yè)環(huán)境，都是引起包括塵肺在內的多種職業(yè)性肺部疾病的重要危害因素，像鋁合金MIG 焊接主要煙塵成分為AI2O3，碳鋼CO2/MAG 焊接有害煙塵主要有Fe2O3、SiO2、MnO 等。

國際焊接學會推薦的最大允許煙塵濃度值為非低氫型焊條焊接低碳鋼時10mg/m3，低氫型時5mg/m3，低氫型焊條焊接合金鋼和有色金屬時2mg/m3。不少發(fā)達國家還推薦規(guī)定了焊接煙塵的最大容許值，如美國推薦三氧化鉻為0.1mg/m3，英國規(guī)定鎘和鈷為0.05mg/m3，錳為1mg/m3。我國GB16194-1996《車間空氣中電焊煙塵衛(wèi)生標準》和GBZ2-2002《工作場所有害因素職業(yè)接觸界限》都明確規(guī)定了車間綜合粉塵濃度≤6mg/m3。

焊接煙塵是一種十分復雜的物質，已發(fā)現(xiàn)含有20余種元素，不僅對人體造成傷害，未達標排放也是國家環(huán)保政策所不允許的。長期在充滿焊接煙塵的環(huán)境里工作會吸入焊接煙塵，對人體肺部造成不可逆的損害，最為典型的是塵肺病。據(jù)不完全統(tǒng)計，塵肺病例約占職業(yè)病患者總人數(shù)的三分之二。

除塵技術的高速發(fā)展，使得以往煙塵凈化變?yōu)楣I(yè)實踐的可能，且方式不斷創(chuàng)新。有效通風凈化、處理和凈化焊接煙氣除塵是保護勞動者生命健康的重中之重，也是國家和企業(yè)職業(yè)衛(wèi)生健康管理的重要部分。

■向焊接煙塵“開刀”

焊接車間面積相對比較大且密閉，廠房內焊接設備多，焊縫長，產生的煙塵量大，且工位密布，車間人員密集，空氣流通不暢，盡管有軸流風機通風但每到夏天依然悶熱。

經(jīng)過多年的技術改造和設備更新，半自動化和自動化焊接設備普及率逐年提升，但仍然存在常年多工位同時施焊、操縱機構箱體焊接和個別部位無法自動焊全憑手工焊接，帶來的車間內煙氣彌漫，焊工們長期工作在通風情況欠佳的環(huán)境，呼吸這些煙塵和氣體極有可能導致焊工塵肺等職業(yè)病。為改善車間工作環(huán)境，依據(jù)AQ4237-2014《焊接煙塵凈化器通用技術條件》和國內三家煙塵凈化系統(tǒng)生產商的實地考察情況，最終決定采用管道集中式多工位電焊煙塵凈化技術作為公司重大技術改造項目。在車間焊接煙塵懸浮層（4～6m）的高度安裝系統(tǒng)管道，通過吹吸氣流，將焊接作業(yè)區(qū)域用管路“包圍”起來，控制單個設備散發(fā)的有害物。另外，為減少噪聲，吹吸系統(tǒng)需配備安裝在隔音罩內的風機，為減少氣流離開風機時的噪聲，主機內安裝有管道消聲器。

■吹吸式除塵系統(tǒng)工作原理

吹吸式除塵系統(tǒng)是帶有多個出風口和吸風口的管道，一或兩套風機和過濾器。管道一般安裝在車間內焊接煙塵懸浮層的高度。通過吹吸橫向氣流，焊接區(qū)域就被管路包圍起來，這樣不但可以控制單個設備散發(fā)的有害物，而且可以對整個車間的有害物進行有效的控制,如圖1 所示。

圖1 吹吸式除塵系統(tǒng)

在廠房某一高度并排布置多個噴口，將具有一定能量的空氣射入大空間，形成前進方向一致的多股平行射流，射流在這個區(qū)域內的運動近似于平面運動，形成水平的空氣屏障。管路的一端吹出氣體，而對面一端吸入氣體。污染的空氣進入系統(tǒng)過濾，過濾后的空氣再循環(huán)回到車間，吸取不干凈空氣和再循環(huán)干凈空氣是一個連續(xù)的過程。這樣在整個區(qū)域內就形成了空氣循環(huán)，焊接煙霧被不斷的收集起來并保持車間內空氣質量符合環(huán)境標準。

濾材過濾精度高，可達99.99%，一旦煙塵被過濾，過濾后的空氣即可再循環(huán)，再循環(huán)的空氣通過可控方式，將煙霧層推向吸風管道。為了有效地控制再循環(huán)空氣的流向，帶氣流網(wǎng)的再循環(huán)管道根據(jù)具體運作和車間布局設計。

■濾筒除塵器的工作原理

粉塵氣流通過風機產生的負壓氣流經(jīng)管道進入除塵器，先經(jīng)過火花分離器過濾火星及大的顆粒，再通過濾筒過濾分離到潔凈室，經(jīng)風機作用完成。粉塵則被濾芯阻攔在其表面上，當被阻攔的粉塵在濾芯表面不斷沉積時，濾芯里外的壓差也同時不斷加大，當壓差達到預先設定值時，控制壓縮空氣的電磁閥被打開，壓縮空氣經(jīng)管道流入反吹清掃系統(tǒng)，通過清掃機構的清掃管瞬間噴向濾芯內表面，使得沉積在濾芯上的粉塵顆粒在高壓氣流的作用下脫離濾芯表面掉落，使得整個濾芯表面都得到清掃。凈化后的空氣由風道、經(jīng)風機排出。豎裝濾筒除塵器原理圖如圖2 所示。

圖2 豎裝濾筒除塵器原理圖

■過濾元件

除塵器采用高效過濾筒作為過濾元件，該過濾筒選用的濾材不同于一般傳統(tǒng)的濾材，其表面附有一層聚四氟乙烯薄膜。

傳統(tǒng)濾材（如棉布、棉緞、紙質及其他傳統(tǒng)纖維素等）纖維間隙為5～60μm，當煙塵通過時，煙塵中的一部分塵粒就會進入濾材內部而阻塞過濾元件；當阻塞情況逐漸惡化又不能進行有效清灰時，過濾元件的氣阻便會上升，能通過的氣流量也會隨之下降。濾筒除塵工作原理如圖3 所示。

圖3 濾筒除塵工作原理

如果沒有自動清灰，過濾效果會迅速下降，而該系列除塵器采用的濾材表面附有一層聚四氟乙烯薄膜，其極小的篩孔可阻擋大部分亞微米塵粒；亞微米塵粒在濾材的表面聚集并形成可滲透的擋塵餅，大部分塵粒被阻擋在濾材外表面而不能進入濾材內部，在壓縮空氣的吹掃下能及時有效地被清除。

該濾材具有相當高的過濾效率，較傳統(tǒng)濾材至少提高3～5 倍以上，對于≥0.1μm 煙塵的過濾效率≥99.99%；且使用壽命較傳統(tǒng)濾材提高2 倍以上。普通濾材與覆膜濾材對比如圖4 所示。

圖4 普通濾材與覆膜濾材對比

濾筒采用PTFE 覆膜濾材，其為一種新型的煙塵粉塵捕捉過濾元件。對于無粘結性粉塵，PTFE 覆膜過濾元件能達到很高的過濾效率。即使環(huán)境溫度低于露點溫度，過濾元件也保持恒定的過濾能力。

過濾器的結構設計保證了它們與已有的過濾系統(tǒng)兼容，材料的高機械穩(wěn)定性確保了過濾元件長的使用壽命。PTFE 覆膜濾材具有膜過濾與剛性體過濾的優(yōu)點，小體積、大過濾面積的堅固的剛性過濾體允許高的工作壓力，并擁有非常長的使用壽命。

通過由壓差傳感器控制的脈沖噴吹機構，實現(xiàn)除塵器濾材的清潔。當除塵器運行一段時間以后，細微的煙塵吸附在濾材表面，使得濾材的透氣性降低。壓差傳感器的兩個探測頭一個安裝在原氣側、一個安裝在凈氣側。當壓差傳感器檢測到的壓差超過某一設定值時輸出壓差信號，脈沖發(fā)生器接收信號后順序啟動脈沖噴吹閥，潔凈的壓縮空氣由閥口噴出，引射氣流對濾筒進行吹掃直到壓差低于另一設定值時才停止；濾材表面吸附的微塵在氣流作用下被清除，落在室體下部的集塵斗中。脈沖噴吹需0.4～0.6MPa 的潔凈壓縮空氣，且運行中須保持連續(xù)且恒定不變的供氣量。

■過濾除塵效果

2016 年8 月，首套煙塵凈化環(huán)保設備安裝完畢。焊接煙塵進行過濾，過濾效率大于95%，穩(wěn)態(tài)噪聲不大于85dB，改善焊接車間內的空氣質量和作業(yè)環(huán)境，達到了廠房內部空氣新鮮流暢，基本沒熱氣、異味、煙塵的目的，滿足國家職業(yè)衛(wèi)生和環(huán)境等相關標準的規(guī)定要求，給車間內員工提供一個良好健康的工作環(huán)境。組合式焊煙凈化機組圖如圖5 所示。

圖5 組合式焊煙凈化機組圖

經(jīng)過屬地職業(yè)病防治所鑒定及連年的職業(yè)病危害作業(yè)場所現(xiàn)場監(jiān)測，整套系統(tǒng)設計符合國家職業(yè)衛(wèi)生健康相關安全、環(huán)保、節(jié)能等法律法規(guī)。連年外聘的專業(yè)機構依據(jù)GB5748-1985《作業(yè)場所空氣中粉塵測定方法》給出的除塵系統(tǒng)治理區(qū)域室內煙塵總濃度為3mg/m3，滿足GBZ2.1-2007《工業(yè)場所有害因素職業(yè)接觸限值第一部分：化學有害因素》中“車間電焊煙塵總塵濃度限值≤4mg/m3”的規(guī)定，公司每年還在醒目位置進行公示。

與此同時，做好在職員工的動態(tài)監(jiān)測，個人隨身攜帶的粉塵濃度采樣無一超標，對離崗人員的職業(yè)健康體檢率達到100%。

2016～2017年，機械制造事業(yè)部先后通過兩次技術改造，總投資約370萬元，先后在本部焊接車間鋁一、鋁二、大型鋼罐和東廠區(qū)殼體車間7600m2的鉚焊工段安裝了18臺吹吸式焊煙凈化設備，范圍覆蓋事業(yè)部所有鋼殼體、鋁殼體鉚焊車間。

■結束語

公司在抓緊做好現(xiàn)有防控措施落實的基礎上，加強相關工序“四新”項目應用研究，從源頭上消除和降低職業(yè)健康風險。

公司積極與河南德信安全科技有限公司合作，16 項“塵、毒、噪”項目先后納入職業(yè)病危害因素在線檢測，現(xiàn)場實測綜合達標率為99.34%，其中粉塵100%、毒物100%、噪聲97.37%、輻射100%，綜合達標率同比提高了5.76個百分點。“降低焊接車間職業(yè)危害人員體檢復查率”榮獲2017 年公司質量科技特等獎。公司也于2018 年榮獲屬地政府綠色企業(yè)稱號，目前正加緊向省級綠色環(huán)保引領企業(yè)邁進。

2021 年公司又穩(wěn)步推進職業(yè)衛(wèi)生健康電子信息錄入、檔案的建立及職業(yè)衛(wèi)生年度現(xiàn)場檢測工作，結合職業(yè)中毒效果現(xiàn)狀評價，依據(jù)GBZ188-2017《職業(yè)健康監(jiān)護技術規(guī)范》標準，將職業(yè)健康管理由聚焦焊接條件下的焊接煙塵治理，擴大到“高處作業(yè)、電工、輻射、廠內機動車輛”四大類作業(yè)人員的職業(yè)體檢，細化職業(yè)衛(wèi)生健康管理，防范生產作業(yè)現(xiàn)場風險，有效營造了良好的職業(yè)健康安全氛圍，有力保障了無新增職業(yè)病案例發(fā)生，促進了從業(yè)員工安全體面工作、健康快樂生活。