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[推荐] 焊接方面的焊接烟尘计算方法

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    4-11-2016 09:05
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    [LV.3]偶尔看看II

    发表于 16-2-2017 11:11:17 | 显示全部楼层 |阅读模式

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    焊接烟尘的80%~90%来源于焊条药皮和焊芯。J 422型焊条的主要成分是金属氧化物,其中 以铁的氧化物为主,约占一半左右。据报道,J 422焊条的发尘量平均为7.5 g/kg左右,烟 气粒度0.10~1.25 μm,烟尘中锰化合物(以MnO2计)约占7.5%[1]。焊接时产生的有害气体主要是O3、NOx、CO、HF等。通风不良时环境空气中O3和NOx可达到0.5 mg/m 3和20 mg/m3。用J 422焊条焊接车台架时,焊接危害治理目标成分应该是焊接烟尘。
    一、车间概述
    某汽车配件厂装焊车间厂房占地1 200 m2,生产过程中10台车台架(南北各5台)180°旋转焊接,每台车台架有2~3人采用手工电弧焊同时操作,在车间一侧同时有地面补焊及CO2 保护焊各1处。焊接时产生大量焊接烟尘和有害气体弥漫于车间内。除在厂房上部安装几台排气扇外,未采取其他治理措施。
    二、治理方案设计
    由于车台架焊接操作时需180°旋转,且车间上部有天车运行,一般排风罩无法布置,故采用了天车顶部送风与设置地下风道排风相结合的通风方式。对CO2保护焊及不定位地面焊 产生的烟尘采用侧吸方式进行捕集,将有毒有害烟尘控制在工人呼吸带以下,经平底回转反吹式袋式除尘器净化后排放。受厂房上部房梁位置所限,天车上部的送风系统共分5套,每套送风系统为2台车台架送风, 送风口距工人操作位高度为7.7 m,每套送风系统设计风量12 000 m3/h,选择风量为15 0 00 m3/h的风机,风机置于厂房顶部。为使送风均匀分布于每台车台架的操作位,每个车台架上部均设2个并列为一组的静压箱,其作用相当于空调设计中孔板送风时的稳压层。静 压箱下部设5个管嘴为气流出口。有的车台架位于房梁下方,而天车顶部与房梁下部没有足 够空间布置送风管道,则从房梁两侧分设3孔及2孔静压箱。图1为送风系统3示意图。由空气动力学阻力计算确定静压箱参数,保证距气流出口7.7 m的产尘位置送风气流分布均 匀,并能抑制焊接烟尘上扬。
      设静压箱出口处风速为20 m/s,依射流轴心速度衰减公式[2]:Vx/V0=0.48/(ax/d0+0.145)。式中:Vx:射程x处的射流轴心速度,m/s;V0:射流出口速度,m/s;x:射流断面至喷嘴的距离,m;d0:喷嘴直径,m;a:紊流系数。
      计算可得:Vx=1.70 m/s时既能达到控制风速的要求,也可满足《采暖通风与空气调节设计规范》(GBJ 19-87)对系统式局部送风的规定。
    1:5孔静压箱;2:送风出口管嘴;3:2孔静压箱;
    4:3孔 静压箱;5:消声器;6:风机
    图1 送风系统3示意图
    排风系统由设置于地下的风道和车台架附近的排风罩、CO2保护焊及不定位地面焊附近的排风软管组成,设计风量为75 000 m3/h。由于工人焊接时车台架不时旋转,故车台架工位的排风口只能设于地面。每台车台架设2个排风口,风口设计风量为3 230 m3/h。为防 止废弃的焊条料头掉入风口堵塞风道,排风口处均设有网格状活动盖板,其下的风口处设一活动提筐,可将掉入的焊条头及杂物收集起来并及时清理。
      每台车台架处的排风支管道从 地下汇集于主管道,CO2保护焊及不定位地面焊附近产生的烟尘由设于操作台上的排风罩 经排风软管从地下汇集于主管道,CO2保护焊及不定位地面焊操作处的设计排风量分别为2 000 m3/h和1 000 m3/h。整个排风系统均经过阻力平衡计算,并在系统调试阶段以风量调节阀调平。
    三、治理效果
    治理前作业场所电焊烟尘浓度为5.0~10.5 mg/m3,平均8.6 mg/m3,超过国家卫生标准,其中最高超标近1倍。送、排风系统安装完毕后进行了系统调试,车台架操作位控制点(工人呼吸带)风速为2.1~3 .0 m/s,每台车台架处排风风量为7 258~9 418 m3/h,10台车台架总排风量为77 846 m3/h。CO2保护焊及不定位地面焊处侧吸罩罩口风速为1.50~2.55 m/s,排风风量为3 336 m3/h,均达到设计要求。
      经卫生防疫部门现场监测,治理后作业场所有害物浓度见表1,作业场所5种有害物浓度均 低于国家卫生标准。
    表1 治理后作业场所有害物质浓度(mg/m3)
    有害因素
    浓度范围
    平均浓度
    国家卫生标准
    CO2
    0.04~0.06
    0.05
    0.1
    NOx
    0.08~0.23
    0.14
    5.0
    HF
    <0.47
    <0.47
    1.0
    电焊烟尘
    1.05~3.68
    2.85
    6.0
    锰烟(MnO2)
    0.07~0.21
    0.14
    0.2
    四、讨论
    手工电孤焊的主要危害因素是烟尘和锰化合物。研究表明,长期吸入锰化合物可发生慢性锰 中毒,长期吸入电焊粉尘可发生电焊工尘肺。为此,许多国家对焊接作业环境制订了专门安全卫生标准。如美国、日本规定的锰(无机化合物)最高容许浓度为5mg/m3。国际焊接学 会(IIW)也有专门的标准。我国《工业企业设计卫生标准》(TJ 36-79)中的锰及其化合 物(换算成MnO2)最高容许浓度为0.2mg/m3是泛指高毒性锰尘。我国颁布的《车间空气中电焊烟尘卫生标准》(GB 16194-1996)规定车间空气中最高容许浓度为6 mg/m3。
      该治理方案在满足生产工艺的情况下,合理进行了送、排风系统的设计,采用天车顶部送风与设置地下风道排风相结合的通风方式,将有害烟尘控制在工人呼吸带以下,治理效果较显 著。但由于资金所限,送风系统未设空调或加热装置,冬季使用无法满足工效学要求。
    吕琳(100020 北京市劳动卫生职业病防治研究所)
    吴芳谷(北京市劳动保护科学研究所)
    参 考 文 献
    1,朱序璋,戴天兴,张晓锋,等.箱形长钢梁内焊接危害分析与对策.中国安全科学学报,1993,3:24-30.
    2,清华大学,等编.空气调节.北京:中国建筑工业出版社,1981.234-235.

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