焊接尘毒危害治理及其控制效果评估(3)

考虑到通风系统运行时，设备产生的机械噪声和空气动力噪声可能对车间内焊接工区噪声环境产生影响，故对通风系统稳定运行状态下、正常焊接作业时焊接工人接触的噪声强度进行检测，噪声测量使用HS噪声频谱分析仪，按照GBZ/T 189.8—2007进行测定，检测结果见表3。

表3 噪声强度检测结果检测地点职业卫生标准/dB(A)接触时间/(h·d-1)噪声强度/dB(A)判定1号工位.3符合3号工位80.1符合5号工位76.3符合8号工位79.6符合

实测结果表明:(1)在通风系统稳定运行状态下、正常焊接作业时，焊接工人接触的噪声强度满足国家职业卫生接触限值的要求，符合标准；(2)通风系统能很好地满足车间对通风的要求,在通风系统稳定运行后焊接作业时焊接工人接触电焊烟尘、锰及其无机化合物危害因素浓度均呈现较大幅度降低，满足国家职业卫生接触限值的要求，符合标准。

3.2 环境检测

为验证经通风系统除尘净化后的废气排放是否满足北京市大气污染物排放标准——《大气污染物综合排放标准》(DB 11/501—2017)的要求，2017年6月29日委托具有环境检测资质的第三方机构进行了监测，监测结果见表4。

表4 废气排放监测结果监测位置排放限值监测项目单位判定废气排气-排气筒高度m15筒采样口测点截面面积m20.020(净化设大气压kPa101.3备后)废气温度℃37废气湿度%1.1静压kPa-0.02动压Pa98废气平均流速m/s10.8工况废气量m3/h7 790标况废气量m3/h6 791最高允许排放质量浓度20 mg/m3烟(粉)尘排放质量浓度mg/m31.25最高允许排放速率0.78 kg/h烟(粉)尘排放速率kg/h8.5×10-3

实测结果表明:经通风系统除尘净化后的废气排放满足《大气污染物综合排放标准》(DB11/501—2017)的要求，符合标准。

4 结语

该项目研制了适合焊接作业场所的局部通风排毒装备，并进行了应用示范，与传统的在有吊车厂房内为不影响吊车正常作业，往往采用天窗、高侧窗自然排烟并辅助机械送风的方式相比较，应用该套设备既帮助企业解决了职业卫生问题，从源头控制职业危害，大大改善了工人作业环境，在保障工人职业健康的同时又使得企业废气排放满足环境相关要求，解决了企业在环境保护方面面临的日趋严峻的压力。该技术装备经专家鉴定可复制性强、简便易行，并且经近1 a时间的运行，运行使用良好，值得推广应用。

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0引言焊接时，电弧放电会产生5 000 ℃左右高温，在熔化焊条和焊芯的同时，产生大量的烟尘，其成分主要为氧化铁、氧化锰、二氧化硅、硅酸盐等，长期吸入会造成肺组织纤维性病变，即电焊工尘肺，而且常伴随锰中毒和金属烟雾热等并发症,电焊工尘肺和锰及其化合物中毒为国家法定职业病。据调查现阶段我国焊接作业场所尘毒危害严重，焊工尘肺发病率逐年上升[1-2]，且企业面临的环保压力日益严峻，因此将防治关口前移，采取切实有效的工程措施治理焊接尘毒危害，在改善作业环境保障工人职业健康的同时，满足环保的需求，具有重要的现实意义。1 项目概述北京某交通器材制造企业焊接车间，长60 m、宽18 m、屋檐下弦8 m，车间南跨为焊接工区，北跨为机加工区，车间上部有天吊作业，现场调查发现企业无机械排风装置，仅依靠自然通风，焊接工区现有8个焊工操作位，作业环境较差，为改善劳动环境、同时满足北京市大气污染物排放标准，企业提出对该车间焊接工区进行通风设计。该通风排毒系统于2017年6月通过竣工验收。企业使用的焊条型号为THJ422(E4303),该型号焊条烟尘化学成分见表1[3]。表1 THJ422(E4303)型焊条化学成分%成分Fe2O3SiO2MnOTiO2CaOMgONa2OK2O质量分数2 通风系统设计2.1 通风方式及排风罩的确定通过实地考察确定采用局部通风方式，可移动式吸气罩局部抽风控制焊接烟尘，移动焊接工位抽风装置如图1所示。选取理由如下：(1)局部通风能够最大限度地控制电焊烟尘的扩散，该系统作用原理是在电焊烟尘产生的瞬间即被吸气罩收集，有效避免了电焊烟尘流经工人呼吸带，在保护劳动者职业健康的同时，极大地改善作业场所环境；(2)相对于全面通风，局部通风方式在保证捕集效果的情况下,节省风量,降低能耗，节约了电费开支；(3)企业焊接工件尺寸较大，焊工作业时需要围绕工件移动，采用可移动焊接吸气罩工人作业时吸气罩可随焊接点一起移动,可最大限度地将罩口接近焊接作业点，将电焊烟尘控制在有限的空间范围内，最大限度地减小捕集范围，便于烟尘的收集和控制；(4)采用可移动式吸气罩搭配柔性吸气臂，管道可以自由伸缩、可围绕中心在360°范围内转动、罩口可停放在0.5～4 m 直径圆的各个位置点上，控制范围较大且不影响焊接工人操作，检修方便，同时避免了对车间内桥式起重机吊运大型工件作业的影响。图1 移动焊接工位抽风装置示意2.2 通风管道设计通风管道设计包括通风管道的布置、通风管道断面形状的选取、通风管道材料的选取及排风口位置确定几个方面。通风管道的布置应重点考虑以下几点[4]：(1)为确保通风系统各支管间的阻力平衡，系统的排风口不易设置过多，如无法避免，应采用大断面集合风管连接各支管；(2)为避免管道中粉尘沉积，风管应垂直或倾斜布置，当风管倾斜布置时与水平面夹角应大于45°，如必须水平布置，风管应每间隔6 m设置清灰口；(3)风管上适当位置应设置测量孔，以便后期进行测量(如流速、压力、温度等参数的测量)；(4)为最大限度地减少阻力(沿程阻力和局部阻力)和空气动力噪声，风管应尽可能顺直布置，且弯头、三通等构件应布置得当、连接合理，必要时在弯头内部设置导叶片。风管断面形状的选取有圆形和矩形两种，本设计综合考虑风阻、制作成本、施工周期等因素，确定主管道选用矩形风管，支管选用圆形风管，采用镀锌板作为风管材料。排风口位置的确定，根据《大气污染物综合排放标准》(DB 11/501—2017)中关于排气筒高度的规定，本项目排气口设在离地高度为15 m排气筒的伞形风帽上 除尘净化装置的选择2.3.1 除尘装置的选择填料层过滤除尘方式是在两层丝网中,填充合成纤维、金属丝或丝网等填充材料,并做成一定规格的片式单体,该种装置的净化效率虽差强人意，但考虑到采用该除尘装置初次投入少，系统阻力小，维护费用低，经过简单培训工人即可自行将过滤器拆卸冲洗，且本系统排风量大、电焊烟尘经两级过滤净化，系统烟尘浓度排放达标不成问题，因而本设计采用填料层过滤式除尘方式——片式过滤器 净化装置的选择焊接作业除了产生颗粒物——电焊烟尘，对于热源为电弧的焊接技术，由于电弧的电离作用，还会产生一氧化碳、臭氧、氮氧化物等有害气体，故对于这部分有害气体要采取净化装置进行处理，本设计采用活性炭固定吸附装置——MSC(介质固载器)，如图2所示，在其内部充填活性炭，对有毒有害气体进行吸附净化处理。图2 介质固载器示意2.4 系统设计2.4.1 系统组成系统由吸气罩、管道、除尘净化装置、风机、排放管组成，通风系统简图如图3所示 风速、风量的确定(1)按照《焊接工艺防尘防毒技术规范》(AQ 4214—2011)，控制点控制风速取1 m/s。(2)风管设计风速：12～18 m/s[5]。本设计水平风管取18 m/s、柔性风管取16 m/s、垂直风管取15 m/s。(3)焊工操作位处理风量的确定。四周有法兰边的圆形排风口排风量按式(1)计算[6]：L=0.75·(10x2+A)·Vx(1)式中，L为罩口排风量，m/s；x为控制点与罩口距离，m；Vx为距罩口xm处的控制风速，m/s；A为罩口面积，m2；取x=0.2 m，Vx=1 m/s。图3 通风系统简图根据式(1)，计算罩口排风量如下：L=0.75×2.4.3 各管段风量分配并联通风网络总风量等于各分支风量之和，即：Q总(2)串联通风网络总风量等于各分支风量，即：Q总=Q1=Q2=Q3=…=Qn(3)考虑风管及净化装置漏风，取漏风系数为1.05，管道11和12的计算风量为：Q11=Q12=Q10×1.05，故本项目各段管道风量分配如表2管道设计计算表所示。表2 管道设计计算表管道编号流量/(m3·s-1)长度/mm管径/mm流速/(m·s-1)单位长度摩擦阻力/(Pa·m-1)摩擦阻力/Pa局部阻力系数局部阻力/Pa管段阻力/Pa备注......11阻力不平衡..11阻力不平衡.00......371d0..371e0.除尘净化装置1 0002.4.4 水力计算运用假定流速法进行水力计算，计算步骤如下：(1)对各管段进行编号如图3所示；(2)确定最不利环路，本系统选择1→2→3→4→5→10→除尘净化装置→11→12为最不利环路；(3)计算各管段的摩擦阻力和局部阻力，具体见表2管道设计计算表；①根据各管段的风量及确定的流速，确定最不利环路上各管段断面尺寸及单位长度摩擦阻力，摩擦阻力计算如下：R=Rml(4)式中，R为摩擦阻力，Pa；Rm为单位长度摩擦阻力，Pa/m；l为管段长度，m。②当管道中流动的空气由于流速和流动方向的变化，导致空气剧烈运动，由于在管道边界出现涡流区和流速的重新分布，就会产生局部阻力，如空气流过各种变径管、弯头、三通都会产生局部阻力，局部阻力计算如下[4]：(5)式中，Z为局部阻力，Pa；ζ为局部阻力系数；ν为风管内空气流速，m/s；ρ为空气密度，kg/ 管路的阻力平衡为确保系统能按设计要求的流量进行分配，须对并联管路的压损进行平衡，因受到风管断面尺寸的制约，系统各并联环路间的压损差值不宜超过10%，若超过则需要进行调节，调节方法有以下两种：调节管径、加设阀门。需要注意的是，单纯地依靠阀门进行调节对于多支路的系统平衡来说操作较困难，且难以实现，故此种方法只能作为辅助手段，更多的是要在设计阶段解决压损平衡的问题，即通过调整管径进压损平衡，平衡后的管径为(6)式中，D′为平衡后的管径，mm；D为平衡前的管径，mm；△P为平衡前的支管阻力，Pa；△P′为要求达到的支管阻?系统总阻力系统总阻力计算公式为△P=∑(Rml+Z)(7)因此，△P=127.94+118.82+113.21+104.21+41.83+136.90+81.55+96.84+1 000=1 821.3 选择风机风机风量Lf=1.15 L=11 234.35 m3/h；风机风压Pf=1.15△P=1.15×1 821.3=2 974.5 Pa。因此，选用F4-72-8C风机，风量为14 053 m3/h,风压为1 946 Pa,转速为1 350 r/min。3 控制效果评估为了验证通风系统的实际控制效果,企业委托第三方有相应资质的专业技术服务机构进行了测试,测试内容包括室内焊接工位电焊烟尘浓度、锰及其无机化合物浓度、噪声强度，室外排风口颗粒物排放浓度 职业卫生检测锰及其无机化合物采样按照《工作场所空气中有害物质监测的采样规范》(GBZ 159—2004)，使用FDS-30粉尘采样器，以5 L/min流量采集15 min空气样品，每个采样点采集定点空气样品2个。电焊烟尘采样按照《工作场所空气中有害物质监测的采样规范》(GBZ 159—2004)，使用AKFC-92A粉尘采样器，以20 L/min流量采集15 min空气样品，每个采样点采集定点空气样品2个。在通风系统未开启和连续稳定运行两种状态下，正常焊接作业过程中焊接工位电焊烟尘、锰及其无机化合物质量浓度检测结果如图4,5所示。图4 电焊烟尘检测结果图5 锰及其无机化合物检测结果考虑到通风系统运行时，设备产生的机械噪声和空气动力噪声可能对车间内焊接工区噪声环境产生影响，故对通风系统稳定运行状态下、正常焊接作业时焊接工人接触的噪声强度进行检测，噪声测量使用HS噪声频谱分析仪，按照GBZ/T 189.8—2007进行测定，检测结果见表3。表3 噪声强度检测结果检测地点职业卫生标准/dB(A)接触时间/(h·d-1)噪声强度/dB(A)判定1号工位.3符合3号工位80.1符合5号工位76.3符合8号工位79.6符合实测结果表明:(1)在通风系统稳定运行状态下、正常焊接作业时，焊接工人接触的噪声强度满足国家职业卫生接触限值的要求，符合标准；(2)通风系统能很好地满足车间对通风的要求,在通风系统稳定运行后焊接作业时焊接工人接触电焊烟尘、锰及其无机化合物危害因素浓度均呈现较大幅度降低，满足国家职业卫生接触限值的要求，符合标?环境检测为验证经通风系统除尘净化后的废气排放是否满足北京市大气污染物排放标准——《大气污染物综合排放标准》(DB 11/501—2017)的要求，2017年6月29日委托具有环境检测资质的第三方机构进行了监测，监测结果见表4。表4 废气排放监测结果监测位置排放限值监测项目单位判定废气排气-排气筒高度m15筒采样口测点截面面积m20.020(净化设大气压kPa101.3备后)废气温度℃37废气湿度%1.1静压kPa-0.02动压Pa98废气平均流速m/s10.8工况废气量m3/h7 790标况废气量m3/h6 791最高允许排放质量浓度20 mg/m3烟(粉)尘排放质量浓度mg/m31.25最高允许排放速率0.78 kg/h烟(粉)尘排放速率kg/h8.5×10-3实测结果表明:经通风系统除尘净化后的废气排放满足《大气污染物综合排放标准》(DB11/501—2017)的要求，符合标准。4 结语该项目研制了适合焊接作业场所的局部通风排毒装备，并进行了应用示范，与传统的在有吊车厂房内为不影响吊车正常作业，往往采用天窗、高侧窗自然排烟并辅助机械送风的方式相比较，应用该套设备既帮助企业解决了职业卫生问题，从源头控制职业危害，大大改善了工人作业环境，在保障工人职业健康的同时又使得企业废气排放满足环境相关要求，解决了企业在环境保护方面面临的日趋严峻的压力。该技术装备经专家鉴定可复制性强、简便易行，并且经近1 a时间的运行，运行使用良好，值得推广应用。参考文献[1]贺天宝,霍世杰. 尘肺病患病人数每年增加10% 电焊工成为主要发病人群 [EB/OL].(2009-04-29) [2018-07-12]. 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