焊接車間焊接工位煙氣擴(kuò)散及處理

焊接車間焊接工位煙氣擴(kuò)散及處理

1設(shè)計(jì)新型除塵器近年來，我國(guó)汽車工業(yè)快速發(fā)展，汽車產(chǎn)量不斷創(chuàng)新，工廠維修場(chǎng)地長(zhǎng)期滿足負(fù)荷運(yùn)營(yíng)。車間焊接煙氣的發(fā)散量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于除煙凈化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)處理能力。煙氣擴(kuò)散在車間內(nèi),聚積在車間上部形成煙霧。焊接煙塵的化學(xué)成分主要是SiO3、Fe2O3、MnO、CaO以及烷烴、醛、酮、雜環(huán)化合物等高分子化合物。煙氣具有分散度大、沉積慢、易飄浮在空氣中等特點(diǎn)。工人長(zhǎng)期在這樣的環(huán)境下工作將嚴(yán)重危害其身體健康,容易誘發(fā)各種疾病。2車間焊接的工位本次改造的項(xiàng)目是一家汽車零部件廠焊接車間的焊接煙氣處理系統(tǒng)改造。由于產(chǎn)能增加,導(dǎo)致原有車間煙氣處理能力不足。要求利用原有系統(tǒng)的機(jī)組、主風(fēng)管,可以適當(dāng)增加新系統(tǒng)進(jìn)行改造。改造的車間長(zhǎng)度168m(8m×21),寬144m(12m×12),凈高9m。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地勘察,車間內(nèi)投入使用的焊接工位約130個(gè),正在調(diào)試的焊接生產(chǎn)線1條,預(yù)留焊接生產(chǎn)區(qū)域面積約3500m2。車間焊接的工位除少數(shù)是手工焊工位未配排風(fēng)罩外,其他均設(shè)有局部排風(fēng)罩。車間內(nèi)局部排煙罩主要有兩種形式:第一種是焊接工位設(shè)整體排風(fēng)罩,工位位于專用半密閉小室內(nèi),焊接件進(jìn)出口設(shè)透明塑料幕條,排風(fēng)口設(shè)在半密閉小室頂部。焊接人員在塑料幕條外側(cè)操作。另一種是焊接工位頂部水平安裝局部排風(fēng)罩,排風(fēng)罩安裝高度約3m,焊接機(jī)器人位于排風(fēng)罩底部,自動(dòng)焊接,周圍設(shè)圍欄無人員操作。2.1組合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理改造前車間煙氣擴(kuò)散途徑主要有以下六種:(1)半密閉小室,操作人員在取出焊接件時(shí),有部分煙氣溢出進(jìn)入車間。經(jīng)過實(shí)測(cè)排風(fēng)罩截面風(fēng)速,少數(shù)能達(dá)到0.4m/s,大部分在0.2~0.3m/s之間,并且呈現(xiàn)出截面風(fēng)速越低煙氣溢出量越多的現(xiàn)象。實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)說明排風(fēng)罩排風(fēng)量不足。排風(fēng)系統(tǒng)的部分支管只連接一個(gè)排風(fēng)罩,部分同樣管徑的支管連接了3~4個(gè)排風(fēng)罩,系統(tǒng)風(fēng)量分配不合理,導(dǎo)致排風(fēng)罩風(fēng)量不足。(2)焊接機(jī)器人工位的排風(fēng)罩安裝高度受制于機(jī)器人高度,安裝高度都較高,一般在3~3.5m高度。排風(fēng)罩煙氣在上升過程中擴(kuò)散至排風(fēng)罩區(qū)域以外。而排風(fēng)罩由于受周邊工藝鋼架的限制無法增大罩面積。(3)少數(shù)手工焊接工位,沒有配排風(fēng)罩,煙氣直接擴(kuò)散至車間。(4)焊接前未將部件上的油污清洗干凈,部件焊接完成后放入旁邊生產(chǎn)筐內(nèi)時(shí)仍在持續(xù)散發(fā)大量油煙。(5)另外車間內(nèi)搬運(yùn)物料的鏟車使用柴油發(fā)動(dòng)機(jī),鏟車尾氣對(duì)車間的污染也十分嚴(yán)重。(6)氣流組織被破壞。由于車間空氣品質(zhì)不好,工作人員經(jīng)常將車間大門、外窗打開,室外氣流進(jìn)入車間打亂了原有的氣流組織,排風(fēng)罩附近的氣流運(yùn)動(dòng)受到干擾,煙氣溢出更加嚴(yán)重。在室外風(fēng)的作用下,靠近外窗、外門的區(qū)域空氣品質(zhì)明顯好于車間內(nèi)部,而車間內(nèi)部集聚著大量的煙霧無法排除。2.2職場(chǎng)部門支管接至各工作崗位車間端部設(shè)送、排風(fēng)(凈化)系統(tǒng)機(jī)房。車間內(nèi)設(shè)10套煙氣集中凈化排風(fēng)系統(tǒng),單套系統(tǒng)處理風(fēng)量3萬m3/h。主風(fēng)管沿車間長(zhǎng)度方向沿立柱布置,貫穿整個(gè)車間,沿途通過300~400mm管徑的支管接至各排風(fēng)罩。另外還有6套崗位送冷風(fēng)系統(tǒng),單套系統(tǒng)處理風(fēng)量5萬m3/h。主風(fēng)管沿車間長(zhǎng)度方向沿立柱另一側(cè)布置,沿途通過300mm管徑的支管接至各工作崗位,使得車間氣流形成環(huán)路:送風(fēng)至工位,再通過工位前的排風(fēng)罩吸入,帶走焊接煙氣。送冷風(fēng)的目的主要是夏季改善工人工作環(huán)境,過渡季節(jié)送室外新風(fēng)。送風(fēng)支管接至各工作崗位。送風(fēng)系統(tǒng)作為凈化系統(tǒng)在車間內(nèi)的補(bǔ)風(fēng),平衡車間排風(fēng)量,維持車間微負(fù)壓,防止車間污染物直接擴(kuò)散至室外。2.3降低煙氣擴(kuò)散本次改造的目標(biāo)是控制焊接工位煙氣溢出,減少煙氣擴(kuò)散。通過組織氣流的有序流動(dòng),提高排除車間內(nèi)彌散煙氣的效率,提高車間空氣品質(zhì),改善工人工作環(huán)境。3降低企業(yè)煙氣逃避壓力通過對(duì)車間煙氣擴(kuò)散途徑的觀察,得出煙氣擴(kuò)散到車間并集聚在車間上部形成煙霧層主要有六種途徑,下面針對(duì)各種擴(kuò)散途徑提出解決方案。對(duì)于擴(kuò)散途徑(1)的解決辦法,主要通過增加排風(fēng)量,提高排風(fēng)罩截面風(fēng)速,保證截面風(fēng)速在0.4~0.5m/s,控制煙氣逃溢。排風(fēng)支管需要做部分調(diào)整,管徑應(yīng)根據(jù)其所連接的排風(fēng)罩的風(fēng)量準(zhǔn)確計(jì)算確定,避免一根支管連接過多的排風(fēng)罩。對(duì)于擴(kuò)散途徑(2)~(5)的解決辦法,主要通過增加新的排風(fēng)系統(tǒng)直接排除集聚在車間上部的煙氣。對(duì)于擴(kuò)散途徑(3)可以在條件允許的情況下增加局部排風(fēng)罩。至于第(6)點(diǎn),只要改造后效果明顯,工作人員就不會(huì)通過打開車間大門和外窗的方式來改善車間空氣品質(zhì),也就不存在人為破壞整體氣流組織的因素。氣流組織需要對(duì)車間各系統(tǒng)風(fēng)量進(jìn)行平衡計(jì)算,使車間形成微負(fù)壓,防止煙氣未經(jīng)處理擴(kuò)散至室外。值得注意的是,在改造前業(yè)主為了解決車間上部懸浮的煙氣在車間屋面均布了30臺(tái)屋頂風(fēng)機(jī),總風(fēng)量21萬m3/h。但是實(shí)際效果不佳,煙霧層濃度沒有明顯減少,車間煙霧懸浮高度在6~8m之間,距離屋面排風(fēng)口還有約2~3m的距離。4熱風(fēng)輸送系統(tǒng)在風(fēng)量滿足需求的前提下,順暢的氣流組織是本次煙氣改造項(xiàng)目的關(guān)鍵。良好的氣流組織能夠提高除煙效率,防止局部區(qū)域煙氣集聚。由于是改造項(xiàng)目,所以原有的系統(tǒng)、風(fēng)管、排煙罩需要盡量利用。每個(gè)排風(fēng)罩都是車間的吸風(fēng)點(diǎn),且吸風(fēng)點(diǎn)基本在高度3.5m以下的區(qū)域。并在車間底部約2m高處設(shè)低速置換送風(fēng)口,冷風(fēng)送出后下沉至人員活動(dòng)區(qū)域,配合各排風(fēng)罩的吸風(fēng)效果,在車間底部區(qū)域形成穩(wěn)定的送排風(fēng)環(huán)路。使送、排風(fēng)口之間的工作區(qū)處在空氣品質(zhì)較高的低速橫向氣流的控制中。氣流組織示意圖見圖1。與此同時(shí)焊接產(chǎn)生大量熱量,空氣受熱形成上升氣流。氣流挾帶焊接煙塵上升,大部分煙塵在上升到排風(fēng)罩處時(shí)被吸入除煙系統(tǒng)。逃逸煙氣上升至車間某一高度時(shí),煙塵不再上升,逐漸向四周水平擴(kuò)散,隨時(shí)間累積,便形成了煙氣滯留帶。在滯留帶高度設(shè)獨(dú)立的排風(fēng)系統(tǒng),主風(fēng)管在7.2m高度沿車間長(zhǎng)度方向布置,排風(fēng)口安裝在風(fēng)管側(cè)面。將滯留在車間上部的煙氣收集處理后排至室外。夏季送冷風(fēng)有利于熱煙氣的上升,過渡季節(jié)同樣可以利用相對(duì)室內(nèi)溫度較低的室外新風(fēng)。冬季送熱風(fēng)時(shí),由于熱氣流上升速度快,將無法形成低速橫向氣流,若直接送室外新風(fēng),溫度低而風(fēng)量大,車間舒適度將大大降低。因此冬季選擇適當(dāng)?shù)乃惋L(fēng)溫度十分關(guān)鍵,根據(jù)車間溫度情況選擇溫差較小的送風(fēng)溫度(14~19℃),能夠在冬季較好地形成橫向氣流。5確定極限風(fēng)力由于是改造項(xiàng)目,送、排風(fēng)量受到現(xiàn)場(chǎng)條件及各種因素的制約,增加風(fēng)量有限,因此先要確定車間能增加的極限風(fēng)量,并確認(rèn)該風(fēng)量能否滿足改造需求。5.1增加排風(fēng)量的量通過對(duì)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量排風(fēng)罩面積對(duì)排風(fēng)量進(jìn)行核算,車間焊接工位的排風(fēng)量為80萬m3/h?，F(xiàn)已有排風(fēng)量30m3/h,另須增加50萬m3/h排風(fēng)量。但是根據(jù)車間現(xiàn)在設(shè)備平臺(tái)的空間,以及已安裝的各專業(yè)管道布置情況,要增加如此多的排風(fēng)量十分困難。設(shè)備層的現(xiàn)實(shí)情況可增加6臺(tái)5萬m3/h風(fēng)量排風(fēng)機(jī),共計(jì)增加排煙風(fēng)量30萬m3/h。排風(fēng)量計(jì)算原則為:每個(gè)手工焊工位排風(fēng)量2000m3/h;排風(fēng)罩面積小于3m2,按排風(fēng)罩截面積風(fēng)速0.5m/s計(jì)算確定;超過3m2的排風(fēng)罩風(fēng)量統(tǒng)一為5600m3/h,總共排風(fēng)量約52萬m3/h。另外正在調(diào)試的1條焊接生產(chǎn)線預(yù)估風(fēng)量2萬m3/h,預(yù)留焊接生產(chǎn)區(qū)域面積約3500m2,預(yù)估排風(fēng)量6萬m3/h,總計(jì)排煙風(fēng)量60萬m3/h。5.2增加全室基于空氣的車間即使加大了排風(fēng)罩的排風(fēng)量,在生產(chǎn)過程中仍然會(huì)有部分煙氣擴(kuò)散至車間。另外車間內(nèi)還有其他污染源散發(fā)煙氣至車間內(nèi)。所以車間上空要增設(shè)全室排風(fēng)系統(tǒng)。在設(shè)備層增加4臺(tái)5萬m3/h風(fēng)量排風(fēng)機(jī),全室通風(fēng)排風(fēng)量為20萬m3/h(煙霧層計(jì)算厚度2.5m,換氣次數(shù)3~4次/h)。5.3補(bǔ)風(fēng)風(fēng)量計(jì)算為了平衡車間的排風(fēng)量,需增加車間補(bǔ)風(fēng)系統(tǒng),補(bǔ)風(fēng)總量計(jì)算:[30萬m3/h(新增排煙)+30萬m3/h(已有排煙)+20萬m3/h(全室排風(fēng))]×0.75(補(bǔ)風(fēng)系數(shù))=60萬(補(bǔ)風(fēng))m3/h。新增補(bǔ)風(fēng)風(fēng)量計(jì)算:60萬(補(bǔ)風(fēng))m3/h-30萬m3/h(已有崗位送風(fēng))=30萬m3/h(新增補(bǔ)風(fēng))。新增補(bǔ)風(fēng)采用5臺(tái)6萬m3/h風(fēng)量補(bǔ)風(fēng)機(jī)。排風(fēng)量、補(bǔ)風(fēng)量見表1和表2。6空調(diào)設(shè)備和配套的安裝改造中主要通過以下措施控制煙霧的擴(kuò)散:1)增加排風(fēng)量30萬m3/h。在設(shè)備平臺(tái)增加6臺(tái)5萬m3/h風(fēng)量排風(fēng)機(jī)?？傦L(fēng)管安裝高度同已有排風(fēng)管高度相同,為7.20m。2)重新分配排煙風(fēng)量,并在各排煙罩處增加風(fēng)量調(diào)節(jié)閥。3)增加全室排風(fēng)系統(tǒng),風(fēng)量20萬m3/h。在設(shè)備平臺(tái)增加4臺(tái)5萬m3/h風(fēng)量排風(fēng)機(jī)。焊接煙氣漂浮聚集高度在6~8m處,所以全室排風(fēng)系統(tǒng)總管安裝高度取7.20m。4)增加補(bǔ)風(fēng)系統(tǒng),風(fēng)量30萬m3/h。在車間西外墻綠化帶內(nèi)增設(shè)5臺(tái)6萬m3/h風(fēng)量空調(diào)機(jī)箱,送風(fēng)管高度+8.50m。末端使用低速置換式送風(fēng)口,可以避免氣流對(duì)排煙罩產(chǎn)生干擾。風(fēng)口安裝低標(biāo)高+2.00m,沿立柱安裝。配合+7.20m處排風(fēng)口,能夠在車間內(nèi)形成穩(wěn)定的氣流循環(huán),促進(jìn)煙氣上升?？照{(diào)機(jī)箱夏季送冷風(fēng),冬季送熱風(fēng)(14~19℃)。5)焊接部件在焊接前進(jìn)行油污清洗。6)車間柴油鏟車改用電動(dòng)鏟車。7)車間所有排風(fēng)系統(tǒng)都相應(yīng)配置煙塵處理設(shè)備,確保排放達(dá)到環(huán)保和衛(wèi)生要求。7低碳排放經(jīng)過改造后,車間排風(fēng)罩排煙能力提高,溢出量減少。煙霧層消失,車間內(nèi)沒有煙氣異味,空氣品質(zhì)得到了改善,工人對(duì)改造后的環(huán)境十分滿意。經(jīng)測(cè)量,車間底部人員活動(dòng)區(qū)域的焊接煙氣濃度為2.2~3.5mg/m3。滿足《工作場(chǎng)所有害因素職業(yè)接觸界限值》所規(guī)定的車間空氣中焊接煙塵衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)(電焊煙塵最高允許濃度為4mg/m3)