焊接煙塵的80%～90%來(lái)源于焊條藥皮和焊芯。J422型焊條的主要成分是金屬氧化物，其中以鐵的氧化物為主，約占一半左右。據(jù)報(bào)道，J422焊條的發(fā)塵量平均為7.5g/kg左右，煙氣粒度0.10～1.25μm，煙塵中錳化合物(以MnO2計(jì))約占7.5%［1］。焊接時(shí)產(chǎn)生的有害氣體主要是O3、NOx、CO、HF等。通風(fēng)不良時(shí)環(huán)境空氣中O3和NOx可達(dá)到0.5mg/m3和20mg/m3。用J422焊條焊接車(chē)臺(tái)架時(shí)，焊接危害治理目標(biāo)成分應(yīng)該是焊接煙塵。
一、車(chē)間概述
某汽車(chē)配件廠(chǎng)裝焊車(chē)間廠(chǎng)房占地1200m2，生產(chǎn)過(guò)程中10臺(tái)車(chē)臺(tái)架(南北各5臺(tái))180°旋轉(zhuǎn)焊接，每臺(tái)車(chē)臺(tái)架有2～3人采用手工電弧焊同時(shí)操作，在車(chē)間一側(cè)同時(shí)有地面補(bǔ)焊及CO2保護(hù)焊各1處。焊接時(shí)產(chǎn)生大量焊接煙塵和有害氣體彌漫于車(chē)間內(nèi)。除在廠(chǎng)房上部安裝幾臺(tái)排氣扇外，未采取其他治理措施。
二、治理方案設(shè)計(jì)
由于車(chē)臺(tái)架焊接操作時(shí)需180°旋轉(zhuǎn)，且車(chē)間上部有天車(chē)運(yùn)行，一般排風(fēng)罩無(wú)法布置，故采用了天車(chē)頂部送風(fēng)與設(shè)置地下風(fēng)道排風(fēng)相結(jié)合的通風(fēng)方式。對(duì)CO2保護(hù)焊及不定位地面焊產(chǎn)生的煙塵采用側(cè)吸方式進(jìn)行捕集，將有毒有害煙塵控制在工人呼吸帶以下，經(jīng)平底回轉(zhuǎn)反吹式袋式除塵器凈化后排放。受廠(chǎng)房上部房梁位置所限，天車(chē)上部的送風(fēng)系統(tǒng)共分5套，每套送風(fēng)系統(tǒng)為2臺(tái)車(chē)臺(tái)架送風(fēng)，送風(fēng)口距工人操作位高度為7.7m，每套送風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)風(fēng)量12000m3/h，選擇風(fēng)量為15000m3/h的風(fēng)機(jī)，風(fēng)機(jī)置于廠(chǎng)房頂部。為使送風(fēng)均勻分布于每臺(tái)車(chē)臺(tái)架的操作位，每個(gè)車(chē)臺(tái)架上部均設(shè)2個(gè)并列為一組的靜壓箱，其作用相當(dāng)于空調(diào)設(shè)計(jì)中孔板送風(fēng)時(shí)的穩(wěn)壓層。靜壓箱下部設(shè)5個(gè)管嘴為氣流出口。有的車(chē)臺(tái)架位于房梁下方，而天車(chē)頂部與房梁下部沒(méi)有足夠空間布置送風(fēng)管道，則從房梁兩側(cè)分設(shè)3孔及2孔靜壓箱。圖1為送風(fēng)系統(tǒng)3示意圖。由空氣動(dòng)力學(xué)阻力計(jì)算確定靜壓箱參數(shù)，保證距氣流出口7.7m的產(chǎn)塵位置送風(fēng)氣流分布均勻，并能抑制焊接煙塵上揚(yáng)。
設(shè)靜壓箱出口處風(fēng)速為20m/s，依射流軸心速度衰減公式［2］：Vx/V0=0.48/(ax/d0+0.145)。式中：Vx：射程x處的射流軸心速度，m/s；V0：射流出口速度，m/s；x：射流斷面至噴嘴的距離，m；d0：噴嘴直徑，m；a：紊流系數(shù)。
計(jì)算可得：Vx=1.70m/s時(shí)既能達(dá)到控制風(fēng)速的要求，也可滿(mǎn)足《采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GBJ19-87)對(duì)系統(tǒng)式局部送風(fēng)的規(guī)定。
排風(fēng)系統(tǒng)由設(shè)置于地下的風(fēng)道和車(chē)臺(tái)架附近的排風(fēng)罩、CO2保護(hù)焊及不定位地面焊附近的排風(fēng)軟管組成，設(shè)計(jì)風(fēng)量為75000m3/h。由于工人焊接時(shí)車(chē)臺(tái)架不時(shí)旋轉(zhuǎn)，故車(chē)臺(tái)架工位的排風(fēng)口只能設(shè)于地面。每臺(tái)車(chē)臺(tái)架設(shè)2個(gè)排風(fēng)口，風(fēng)口設(shè)計(jì)風(fēng)量為3230m3/h。為防止廢棄的焊條料頭掉入風(fēng)口堵塞風(fēng)道，排風(fēng)口處均設(shè)有網(wǎng)格狀活動(dòng)蓋板，其下的風(fēng)口處設(shè)一活動(dòng)提筐，可將掉入的焊條頭及雜物收集起來(lái)并及時(shí)清理。
每臺(tái)車(chē)臺(tái)架處的排風(fēng)支管道從地下匯集于主管道，CO2保護(hù)焊及不定位地面焊附近產(chǎn)生的煙塵由設(shè)于操作臺(tái)上的排風(fēng)罩經(jīng)排風(fēng)軟管從地下匯集于主管道，CO2保護(hù)焊及不定位地面焊操作處的設(shè)計(jì)排風(fēng)量分別為2000m3/h和1000m3/h。整個(gè)排風(fēng)系統(tǒng)均經(jīng)過(guò)阻力平衡計(jì)算，并在系統(tǒng)調(diào)試階段以風(fēng)量調(diào)節(jié)閥調(diào)平。
三、治理效果
治理前作業(yè)場(chǎng)所電焊煙塵濃度為5.0～10.5mg/m3，平均8.6mg/m3，超過(guò)國(guó)家衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，其中最高超標(biāo)近1倍。送、排風(fēng)系統(tǒng)安裝完畢后進(jìn)行了系統(tǒng)調(diào)試，車(chē)臺(tái)架操作位控制點(diǎn)(工人呼吸帶)風(fēng)速為2.1～3.0m/s，每臺(tái)車(chē)臺(tái)架處排風(fēng)風(fēng)量為7258～9418m3/h，10臺(tái)車(chē)臺(tái)架總排風(fēng)量為77846m3/h。CO2保護(hù)焊及不定位地面焊處側(cè)吸罩罩口風(fēng)速為1.50～2.55m/s，排風(fēng)風(fēng)量為3336m3/h，均達(dá)到設(shè)計(jì)要求。
經(jīng)衛(wèi)生防疫部門(mén)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)，治理后作業(yè)場(chǎng)所有害物濃度見(jiàn)表1，作業(yè)場(chǎng)所5種有害物濃度均低于國(guó)家衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。
表1治理后作業(yè)場(chǎng)所有害物質(zhì)濃度(mg/m3)
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有害因素
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濃度范圍
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平均濃度
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國(guó)家衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)
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CO2
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0.04～0.06
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0.05
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0.1
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NOx
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0.08～0.23
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0.14
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5.0
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HF
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<0.47
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<0.47
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1.0
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電焊煙塵
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1.05～3.68
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2.85
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6.0
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錳煙(MnO2)
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0.07～0.21
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0.14
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0.2
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四、討論
手工電孤焊的主要危害因素是煙塵和錳化合物。研究表明，長(zhǎng)期吸入錳化合物可發(fā)生慢性錳中毒，長(zhǎng)期吸入電焊粉塵可發(fā)生電焊工塵肺。為此，許多國(guó)家對(duì)焊接作業(yè)環(huán)境制訂了專(zhuān)門(mén)安全衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。如美國(guó)、日本規(guī)定的錳(無(wú)機(jī)化合物)最高容許濃度為5mg/m3。國(guó)際焊接學(xué)會(huì)(IIW)也有專(zhuān)門(mén)的標(biāo)準(zhǔn)。我國(guó)《工業(yè)企業(yè)設(shè)計(jì)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(TJ36-79)中的錳及其化合物(換算成MnO2)最高容許濃度為0.2mg/m3是泛指高毒性錳塵。我國(guó)頒布的《車(chē)間空氣中電焊煙塵衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB16194-1996)規(guī)定車(chē)間空氣中最高容許濃度為6mg/m3。
該治理方案在滿(mǎn)足生產(chǎn)工藝的情況下，合理進(jìn)行了送、排風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，采用天車(chē)頂部送風(fēng)與設(shè)置地下風(fēng)道排風(fēng)相結(jié)合的通風(fēng)方式，將有害煙塵控制在工人呼吸帶以下，治理效果較顯著。但由于資金所限，送風(fēng)系統(tǒng)未設(shè)空調(diào)或加熱裝置，冬季使用無(wú)法滿(mǎn)足工效學(xué)要求。
