裝焊車間內焊接煙塵的治理
焊接煙塵的80%～90%來源于焊條藥皮和焊芯。J 422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。據報道，J 422焊條的發塵量平均為7.5 g/kg左右，煙 氣粒度0.10～1.25 μm，煙塵中錳化合物(以MnO2計)約占7.5%［1］。焊接時產生 的有害氣體主要是O3、NOx、CO、HF等。通風不良時環境空氣中O3和NOx可達到0.5 mg/m 3和20 mg/m3。用J 422焊條焊接車臺架時，焊接危害治理目標成分應該是焊接煙塵。
一、車間概述
某汽車配件廠裝焊車間廠房占地1 200 m2，生產過程中10臺車臺架(南北各5臺)180°旋轉 焊接，每臺車臺架有2～3人采用手工電弧焊同時操作，在車間一側同時有地面補焊及CO2 保護焊各1處。焊接時產生大量焊接煙塵和有害氣體彌漫于車間內。除在廠房上部安裝幾臺 排氣扇外，未采取其他治理措施。
二、治理方案設計
由于車臺架焊接操作時需180°旋轉，且車間上部有天車運行，一般排風罩無法布置，故采 用了天車頂部送風與設置地下風道排風相結合的通風方式。對CO2保護焊及不定位地面焊 產生的煙塵采用側吸方式進行捕集，將有毒有害煙塵控制在工人呼吸帶以下，經平底回轉反 吹式袋式除塵器凈化后排放。受廠房上部房梁位置所限，天車上部的送風系統共分5套，每套送風系統為2臺車臺架送風， 送風口距工人操作位高度為7.7 m，每套送風系統設計風量12 000 m3/h，選擇風量為15 0 00 m3/h的風機，風機置于廠房頂部。為使送風均勻分布于每臺車臺架的操作位，每個車 臺架上部均設2個并列為一組的靜壓箱，其作用相當于空調設計中孔板送風時的穩壓層。靜 壓箱下部設5個管嘴為氣流出口。有的車臺架位于房梁下方，而天車頂部與房梁下部沒有足 夠空間布置送風管道，則從房梁兩側分設3孔及2孔靜壓箱。圖1為送風系統3示意圖。由空氣動力學阻力計算確定靜壓箱參數，保證距氣流出口7.7 m的產塵位置送風氣流分布均 勻，并能抑制焊接煙塵上揚。
設靜壓箱出口處風速為20 m/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。
計算可得：Vx=1.70 m/s時既能達到控制風速的要求，也可滿足《采暖通風與空氣調節 設計規范》(GBJ 19-87)對系統式局部送風的規定。
1：5孔靜壓箱；2：送風出口管嘴；3：2孔靜壓箱；
4：3孔 靜壓箱；5：消聲器；6：風機
圖1 送風系統3示意圖
排風系統由設置于地下的風道和車臺架附近的排風罩、CO2保護焊及不定位地面焊附近的 排風軟管組成，設計風量為75 000 m3/h。由于工人焊接時車臺架不時旋轉，故車臺架工 位的排風口只能設于地面。每臺車臺架設2個排風口，風口設計風量為3 230 m3/h。為防 止廢棄的焊條料頭掉入風口堵塞風道，排風口處均設有網格狀活動蓋板，其下的風口處設一 活動提筐，可將掉入的焊條頭及雜物收集起來并及時清理。
每臺車臺架處的排風支管道從 地下匯集于主管道，CO2保護焊及不定位地面焊附近產生的煙塵由設于操作臺上的排風罩 經排風軟管從地下匯集于主管道，CO2保護焊及不定位地面焊操作處的設計排風量分別為2 000 m3/h和1 000 m3/h。整個排風系統均經過阻力平衡計算，并在系統調試階段以風 量調節閥調平。
三、治理效果
治理前作業場所電焊煙塵濃度為5.0～10.5 mg/m3，平均8.6 mg/m3，超過國家衛生標準 ，其中zui高超標近1倍。送、排風系統安裝完畢后進行了系統調試，車臺架操作位控制點(工人呼吸帶)風速為2.1～3 .0 m/s，每臺車臺架處排風風量為7 258～9 418 m3/h，10臺車臺架總排風量為77 846 m3/h。CO2保護焊及不定位地面焊處側吸罩罩口風速為1.50～2.55 m/s，排風風量為3 336 m3/h，均達到設計要求。
經衛生防疫部門現場監測，治理后作業場所有害物濃度見表1，作業場所5種有害物濃度均 低于國家衛生標準。
表1 治理后作業場所有害物質濃度(mg/m3)
有害因素 | 濃度范圍 | 平均濃度 | 國家衛生標準 |
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 |
電焊煙塵 | 1.05～3.68 | 2.85 | 6.0 |
錳煙(MnO2) | 0.07～0.21 | 0.14 | 0.2 |
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，長期吸入錳化合物可發生慢性錳 中毒，長期吸入電焊粉塵可發生電焊工塵肺。為此，許多國家對焊接作業環境制訂了專門安 全衛生標準。如美國、日本規定的錳(無機化合物)zui高容許濃度為5mg/m3。焊接學 會(IIW)也有專門的標準。我國《工業企業設計衛生標準》(TJ 36-79)中的錳及其化合 物(換算成MnO2)zui高容許濃度為0.2mg/m3是泛指高毒性錳塵。我國頒布的《車間空氣 中電焊煙塵衛生標準》(GB 16194-1996)規定車間空氣中zui高容許濃度為6 mg/m3。
該治理方案在滿足生產工藝的情況下，合理進行了送、排風系統的設計，采用天車頂部送風 與設置地下風道排風相結合的通風方式，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，送風系統未設空調或加熱裝置，冬季使用無法滿足工效學要求。
