中核陕西铀浓缩有限公司机电检修车间
摘要：焊接烟尘和烟气含有大量有毒有害物质，其主要成份为铁和锰等金属氧化物，给人体带来的危害是比较严重的，因此，改善工人作业环境，保护职工身体健康，防止烟尘排放造成对大气的污染，使治理焊接烟尘成为必然。焊接烟尘的治理方法有多种，本文按照现场实际状况合理选用除尘方式，重点介绍移动式焊接烟尘净化装置的原理及现场使用效果。
关键词：焊接烟尘；治理措施；移动式焊接烟尘净化装置
引言
我公司某车间主要从事专用容器的焊接制造，其生产地点主要集中在专用容器焊接厂房内进行。在该作业环境中主要污染源是来自于焊接和热切割时产生的大量烟气，其次是热辐射、弧光和噪声。产生焊接烟尘的焊接方法主要是熔化焊中的气渣联合保护焊接，即药皮焊条的手弧焊接和气体保护的MAG和MIG焊接。手弧焊接和气体保护半自动焊接约占所有焊接工作量的 70 %以上。其中发尘量和有毒气体发生量大的CO2 气体保护半自动焊接，对作业区污染严重。因此焊接作业环境的空气净化必须引起足够的重视。
1专用容器焊接厂房生产现状及存在的问题
生产单位现有焊条电弧焊、熔化极气体保护焊、氩弧焊工位16处，分布在多个独立的厂房内。近年来，车间焊接专用容器的任务量较大，焊接工位密集，加之焊接厂房狭小、通风条件有限，出现厂房内焊接烟尘较大的情况，具体焊接现场烟尘情况见图1。
图1 厂房内焊接烟尘状况图
根据国家和公司安全防护要求，生产单位一直通过增强厂房机械通风、焊接工艺改造、提高焊接过程机械化自动化程度和加强个人防护等措施预防和治理焊接烟尘，取得了较好的效果。但由于焊接任务加大，个别焊接工位出现局部焊接烟尘较大现象。2014年，受公司委托，中国辐射防护研究院出具了《专用容器项目职业病危害预评价报告》，报告中指出现有生产区域局部焊接烟尘浓度超标，主要数据从中摘录见表1.
表1 工作场所空气中总粉尘短时间接触浓度检测结果
鉴于此情况，本文围绕焊接烟尘的治理措施或方法进行研究，多方面进行试验，制定或应用适合公司专用容器生产线实际状况的焊接烟尘预防措施及治理方案，以降低厂房内焊接区域焊接烟尘危害程度。
2 国内外焊接烟尘治理技术的现状分析
国外对焊接烟尘治理的研究比我国早，处理技术相对先进、成熟。焊接烟尘治理设备从单一型、固定性、大型化，向成套性、组合性、可移动性、小型化及资源低耗方向发展。对焊接烟尘的处理采用局部通风为主、全面通风为辅的手段，以此改善作业环境的污染。
我国以前不少企业的焊接工艺，机械化程度不高，仍是手工电弧焊和半自动焊，工位移动工件不动，使得烟尘产生点不断变化，给车间设置排烟净化装置造成一定困难，加上过去重视程度不够，所以许多焊接工艺操作没有排烟净化装置，产生的烟尘全部散在室内，造成车间烟雾弥漫。
我国对焊接烟尘治理的研究虽然起步较晚，但发展较快。在充分借鉴国外相关产品设计和研制的基础上，形成了适合国情的设计思路。但由于整体水平的差距，导致在处理效果上与国外同类产品相比还有一定的差距。
3 焊接烟尘治理主要措施的介绍
焊接烟尘的治理有多方面，其中主要有以下几个方面：
3.1 焊接工艺方面
3.1.1 采用无烟尘和少烟尘焊接工艺
焊接烟尘的高温蒸汽主要来自于焊条和焊丝端部的液态金属和熔渣，因此消除焊接烟尘，首先在工艺上应采用少烟尘焊接工艺，如：埋弧焊、电渣焊等。近年来我国先后研制、开发和引进的一些先进的焊接设备、技术和材料。诸如电子束焊接、激光焊接、单丝或双丝窄间隙埋弧焊、数控切割系统等，都属于无烟尘和少烟尘焊接和切割工艺。
3.1.2 提高焊接机械化和自动化程度
焊接过程中采用机械化和自动化装置，可使焊工远离污染源，使工人的劳动条件大为改善，同时提高了焊接生产效率和焊接质量。如：焊接操作机、焊接滚轮架、变位机、专用自动焊机、焊接机器人等。
3.2 采取有效的通风排烟措施
通风排烟是治理焊接烟尘的一项重要措施。目前国内外采取的通风排烟措施主要有：点排烟、全室通风换气、全室空气净化等几种方式。
3.2.1 点排烟
点排烟是直接从焊接电弧区附近排除焊接烟气。点排烟形式有：大风量低压系统，小风量高压系统，移动式焊接烟尘净化机等。点排烟式机组的排风量和风速一定要适宜，风量太小抽不出去，风量太大会使保护气氛被破坏而影响焊接质量。采用点排烟时，保护气体用量要相应增加。
3.2.2 全室通风
焊接车间符合以下情况，必须采取全室通风：
（1）焊接工位无法固定，不能采用点排烟和局部排烟方式。
（2）仅有部分焊接工位设有点排烟和局部排烟方式，不能保证车间的烟尘浓度保持在允许范围之内。
全室通风的目的主要是：引进室外的新鲜空气，以冲淡室内空气中的焊接烟气浓度，使工作区焊接烟气的平均浓度控制在允许标准以下。从空气平衡的角度出发，新鲜空气不断引进，室内被污染的空气不断排走。
全室通风还分为有组织的自然通风和机械通风。
3.2.2.1 有组织的自然通风
有组织的自然通风的通常做法是，屋顶上设置排烟天窗，外墙下部设置进风面积足够的进风口。全国调查资料表明，这种全室通风方式不乏好的实例。有数据表明，20世纪80年代国家有关部门组织了专门人员进行焊接烟尘的调查，先后共调查了 25 个省、市、自治区的 257 个机械工厂，天窗、高侧窗自然排烟方式应用最为广泛，该法通风换气量大，不需要耗电。调查表明：凡焊接烟尘污染轻、通风效果好的车间，无一不设天窗、高侧窗。但是调查中也反映出大多数天窗、高侧窗开启机构失灵，多数车间无开窗机构。采暖地区，冬季关闭天窗和高侧窗来保持室温因而失去排烟作用。
3.2.3.2 机械通风
机械通风形式多种多样，对于采暖地区，特别是严寒地区的焊接车间应采取机械通风进行换气。机械通风的形式有如下几种：①侧墙上安装轴流风机（见图 2）；②底送风屋顶天窗排烟（见图3）等。
图3 底送风屋顶天窗排烟
3.3 个人防护
防止焊接烟尘对操作人员的危害，防止烟气直接吸入人体肺部，焊工需佩戴口罩，特殊焊接工位或在密闭场所还应该佩戴防毒面具。车间内配备有焊接辅助装置的场合，要具有自我保护意识，使操作人员远离烟尘聚集区。
4 焊接工位点烟尘治理方式的比较和选择
4.1 现有焊接烟尘治理措施
根据国家和公司安全防护要求，生产主要采取以下措施预防和治理焊接烟尘：
①容器厂房、铆焊厂房等主要进行容器制造的三个有焊接工位的厂房，采取有
组织的自然通风方式和机械通风措施，加强厂房内空气的流通。上述三个厂房在建筑物设计之初，就采取了屋顶上设置排烟天窗，外墙下部设置进风面积足够的进风口的通风设计；在2006年后，并在厂房墙壁侧面加装了一系列的轴流风机，进行强制机械通风。
②专用容器制造焊接工艺尽量采用少烟尘焊接工艺，如埋弧焊、氩弧焊等焊接
工艺。在焊接设备的使用上，采用机械化和自动化设备，如全自动埋弧焊接中心、机动热丝钨极氩弧焊专机等焊接设备。
③加强职工个人防护。车间给每一位焊接作业人员及相关配合工作人员配发了
3M防尘防毒口罩、面罩、耳塞等个人防护用品。
采取上述措施预防和治理焊接烟尘，客观上取得了一定效果。
4.2焊接工位点烟尘治理方式的比较和选择
4.2.1焊接工位点烟尘治理方式的比较
在厂房具有通风设施的情况下，在焊接场所烟尘治理方案分为两种：
第一种.移动式焊接烟尘进化装置定点吸收焊接工位烟尘，如图4。
图4 工作示意图 图5 工作原理图
这种烟尘处理方式的特点：① 采用滤芯式净化方式，净化效率高，主要部件无需频繁更换设备成本低。② 设备可灵活移动于厂房的任意位置，不受发尘点不固定的约束。③ 设备操作简单，容易清理维护。④ 设备使用万向吸气臂，可在悬停于任意位置，360度轻松灵活到达任意方位发尘点，焊工可任意操作。
第二种 整体式焊接烟尘净化装置，其结构是加装多个吸风口，厂房内安装吸尘管道，并配备大功率吸尘设备及分离设备，对各个焊接工位烟尘统一回收处理。
这种烟尘处理方式的特点：① 吸尘口可根据现场固定焊接工位数量进行，特别适合焊接工位较多，焊接环境特别恶劣的环境。②设备处理风量较大，可以满足各种面积的焊接车间的全面治理，一个中央系统能同时处理多个焊接工位的烟尘净化 ③设备结构复杂，连接管线长，设备整体造价高昂，运行成本高。
4.2.2 焊接工位点烟尘治理方式的选择
这两种方式均可达到厂房内环保要求，保护职工健康。但局部式或整体式焊烟除尘方式，多用于焊接环境特别恶劣、焊接工位过于集中经常连续作业等状况下使用，其设备造价较高，动辄几十万或上百万。并且如遇到单工位焊接工位使用时，为吸收焊烟需将整套系统开启，运行成本较大。而移动式焊接烟尘净化装置单机成本比较少，大多在几万元。移动式焊接烟尘净化装置可定点吸收焊接工位烟尘，并可做到随焊接工位改变而移动，方便使用，不受场地限制，运行成本小。
根据公司生产车间现有焊接状况，经过技术论证和经济效益评价，使用移动式焊接烟尘净化装置定点吸收焊接工位烟尘较为适宜。
5 移动式焊接烟尘净化装置技术研究
5.1 移动式焊接烟尘净化装置工作原理介绍
5.1.1 移动式焊接烟尘净化器的结构及工作原理
5.1.1.1基本组成 焊接烟尘净化器主要由风机、电动机、吸气臂、吸气罩、过滤筒、粉尘收集装置、火花捕捉器及防飞溅挡板等组成。
5.1.1.2基本分类
焊接烟尘净化器按结构形式可分为四大类，具体如下：
① 高真空烟尘净化器，可分为：迷你型高真空烟尘净化器、高真空筒式烟尘净化器。
② 移动式烟尘净化器，可分为经济型烟尘净化器，引分为机械式烟尘净化器（可移动）、静电式烟尘净化器（可移动）、筒式型烟尘净化器（可移动）。
③ 固定式烟尘净化器，可分为机械式烟尘净化器（固定式）、静电式烟尘净化器（固定式）、筒式烟尘净化器（固定式）。
5.1.1.3工作原理
在烟尘净化系统运行中，有害烟尘通过吸气臂进入净化系统，净化系统内部进风口的飞溅火花分离装置可拦截缓冲在管道内随气流快速移动的飞溅和大颗粒粉尘，并直接被分离掉入下方的粉尘收集装置。细微的粉尘进入净化系统内部后也随之减慢速度，随气流飞向过滤筒，被过滤筒截留后在过滤筒表面不断堆积。如当风阻到达一定值，也就是影响到吸风量时，控制系统自动轮流打开压缩空气电磁阀，通过过滤筒内的喷嘴逐个对过滤筒进行反吹清灰吹落的粉尘直接掉入下方的粉尘收集装置。
5.2 焊接烟尘净化器在国内的使用情况
从2005年开始，环保节能以人为本的发展理念促使国内的一些大公司率先投入资金来整治焊接烟尘，从烟尘产生源着手，采用多种形式的焊接烟尘净化器陆陆续续有更多的公司也开始注重为工人创造一个良好的工作环境，切实保护工人的身心健康。到目前为止，应用焊接烟尘净化器的公司已非常多。
5.3 确定设备性能及技术指标
根据我公司现场实际需求及调研情况，确定设备性能及技术指标：
5.3.1设备主要技术指标：
①.设备运行后单个焊接工位或双工位电焊烟尘接触限值（PC-TWA）≤ 4（mg/m3）；
②.设备净化后的尾气排放限值 ≤ 4（mg/m3）；
③.设备整体处理风量≥ 2000（m3/h）或设备风机功率≥2.2（KW）；任意单一吸气臂处理风量 ≥ 1000（m3/h）。
④.设备运行时焊接烟尘过滤效率 ≥ 95％；
⑤.设备过滤精度：≥ 0.4 um烟尘粒径
5.3.2设备技术要求：
①.设备结构紧凑，操作简便，便于移动。
②.设备整机须有国家相关环保部门的环保认证或其他国际公认机构认可的许入证明。
③.设备配备3米长柔性吸气臂，吸气臂前端配备吸气罩。吸气臂须选用国外原厂知名品牌，具有阻燃，使用轻便，能保证持久松紧度不变，可360度旋转，且自由悬停等特点。吸气臂在使用过程中不得出现烧孔、开裂、收缩弹性消失等现象。
④.设备吸气臂的烟尘捕捉效率不低于95％。吸气臂前端的吸气罩口须配备风量调节装置，可在使用过程中根据焊接烟尘发尘量调节风力。
⑤.设备的风机系统应选用或国外原厂电机或国外知名品牌。设备的电控元件采用ABB、施奈德、西门子知名品牌。
⑥.设备必须具有专业的防火性。设备内须设置大颗粒粉尘截留与分离功能；设备进风口须有火花阻挡捕捉功能；滤筒材质必须耐高温，防火性强；灰尘收集箱须有防风防火功能设置。
⑦.设备应能适应不同材质焊接时产生的焊接烟尘，并须设计有防爆阻燃功能。
6 采用移动式焊接烟尘净化设备的效果
在2015年10月，我单位购买了两台焊接烟尘净化设备：1.一台美国联合空气公司生产的VP-1500型双吸气臂移动式焊接烟尘回收净化设备；2.一台国产的YC-DH-2型单吸气臂移动式焊接烟尘回收净化设备。并将设备投入生产现场使用并进行相关空气质量检测。
6.1 设备现场使用效果
从移动式焊接烟尘净化设备的使用效果来看，单点焊接工位烟尘焊烟捕捉率能达到90%以上，大大改善了工人作业环境。移动式焊接烟尘净化设备能有效吸附焊接烟尘，并易于收集。
6.2 空气检测数据
我国的[车间空气中电焊烟尘卫生标准]（GB16194-1996）中规定：车间空气中电焊烟尘最高容许浓度为 6 mg/m3；另外在[工业企业设计卫生标准]（TJ36-79）中规定：氧化锰为 0.2 mg/m3.一般粉尘为 10 mg/m3.
在2015年11月，我单位请公司中央分析室相关人员对焊接现场有无使用移动式焊烟净化回收设备的空气质量进行检测。相关数据见表3和表4.
表2 空气中TSP（悬浮颗粒物）测量结果
注：TSP（悬浮颗粒物）测量结果（单位：μg/m3）
通过以上数据可以证明：
1.使用移动式焊接烟尘净化设备后，单焊接工位附近空气中粉尘和二氧化锰浓度大幅下降，说明有毒有害的焊接烟尘被有效处理，并且效果明显，使焊接作业环境达到车间厂房内国家卫生环保标准。。
2.移动式焊接烟尘净化设备所排放的尾气净化效果远远优于国家排放标准的要求。
结论
1.根据专用容器焊接工况，我公司通过采用分工位移动式焊接烟尘净化设备以达到净化车间作业环境的目的，从有害物质发生点进行吸收处理，效果良好，维护方便。
2.本治理方案在不影响工人正常操作和焊接质量的条件下，采用移动式焊接烟尘净化设备，使车间内有毒有害的焊接烟尘得到有效治理，并使作业环境达到国家车间卫生标准，除尘器排放浓度远远优于国家排放标准，净化效果明显。
3.建议每一个焊接工位增加移动式烟尘净化器，可以改善焊接车间的作业环境，为工人创造一个舒适、清洁、安全的工作场所。
参考文献
[1]《工厂消烟除尘手册 》 王晶编 科学普及出版社1992.09月第1版
[2] 《不同焊接工艺的焊接烟尘污染特征》 郭永葆编 陕西环境杂志2002.10月第5期
[3].《焊接烟尘净化器的工作原理与应用》 王彩凤编 环境环保技术杂志
论文作者:余飞,仵宗录
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第8期
论文发表时间:2018/8/14
标签：烟尘论文; 净化器论文; 设备论文; 车间论文; 移动式论文; 工位论文; 排烟论文; 《建筑学研究前沿》2018年第8期论文;