[推荐] 焊接方面的焊接烟尘计算方法

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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.