机械制造企业烟尘粉尘综合治理

2022-09-11

整治厂房工作环境, 改善职工生产现场状况, 净化生产过程中产生的有毒有害气体及粉尘污染, 保障职工的身体健康, 减少职业病的发病率是确保安全生产的一项重要工作。

一、有毒有害气体、粉尘的产生

1. 焊接烟尘的产生

在焊接电弧的高温作用下, 焊材端部的液态金属和熔渣激烈蒸发, 同时在熔滴和熔池的表面上也产生蒸发, 由于蒸发而产生的高温蒸气从电弧区被吹出后迅速被氧化和冷疑, 变成细小的固态粒子, 这些微小的颗粒分散悬浮于空气中, 弥散于电弧周围, 形成焊接烟尘。电弧的紫外线辐射作用于周围环境空气中的氧和氮形成臭氧和氮氧化物, 以及氧化过程中产生的气体

2. 粉尘的产生

固体物料在生产加工 (如破碎, 研磨, 筛分, 切割等工序) 储运, 包装等生产过程中产生大量的粉尘。粉尘产生后, 大部分漂浮于空气中, 体积越小, 漂浮时间越长, 被吸入的机会越高, 其中小于五微米的尘粒, 悬浮时间长, 肉眼不可见。

二、以上污染对职工身体状况及环境造成的危害

1. 焊接烟尘的危害

焊接烟尘的危害是粉尘职业危害的一种, 可导致尘肺病。焊接过程强烈散热并排出粉尘和气体。焊接电弧的高温促使金属, 焊剂, 保护气体, 合金元素猛烈的氧化和蒸发。通过空气中氧气的氧化, 在空气中形成了弥散的粉尘, 而焊接时产生的对流气流, 把气体和粉尘带到上空, 使生产车间含有大量粉尘和有害气体。焊接粉尘弥散上升速度不大于0.08m/s, 沉积很慢, 因此大多数情况下, 他们沿着房间的高度均匀的扩散, 如烟尘中含有锰化合物, 长期吸入锰化合物可发生慢性锰中毒, 引起神精系统, 肺, 肝脏和血液等器官病变。其他金属氧化物, 如铬的氧化物能够积聚在身体中, 引起头痛, 消化器官疾病和贫血, 铅的氧化物引起肺脏疾病。此外铝, 钨, 铁, 钒, 锌, 铜, 镍和其他元素的化合物对身体也有明显的不良作用。

2. 粉尘对健康的危害

局部作用:接触或吸入粉尘, 首先对皮肤, 角膜, 粘膜等产生局部的刺激作用, 并产生一系列的病变, 如粉尘作用于呼吸道, 早期可引起鼻腔粘模机能亢进, 毛细血管扩张, 久之便形成肥大性鼻炎,

全身作用:职工在没有任何预防措施下, 长时间进行切割和打磨等工作。工作时长期吸入过量的游离二氧化硅粉尘, 会引致肺部组织损坏进而发展成肺部纤维化 (也就是俗称的矽肺) 。

三、旧式高大厂房烟尘、粉尘污染现状

旧式高大厂房焊接烟尘、粉尘的治理一直是一个技术难题, 通过分层通风技术可以有效地解决焊接烟尘的污染问题。

焊接烟尘的治理是一项国际性技术难题, 其困难主要表现在以下几个方面:

1. 焊接烟尘粒径小, 其粒径在0.01-5μm, 滤除困难;

2. 焊接工位的多变性, 使得焊接烟尘捕捉困难;

3. 焊接烟尘热气流滞留特性, 普通通风技术除尘困难;

4. 焊烟除尘设备投资大, 运行费用高, 投入困难;

欧洲自20世纪20年代开始对焊接烟尘的危害进行研究, 并立法对焊接烟尘进行治理。国内近10年来, 已有越来越多的企业应用了焊烟治理设备, 生产环境正得到逐步改善, 但依然有很多焊接车间未采取任何治理措施。

青海油田机械厂始建于1993年, 原设计主要功能是发动机修理和机械加工, 多为单跨度高大厂房, 只在厂房两侧高处设有通风设施。后因形势的发展和油田实际需要, 逐步发展成以容器制造、抽油机加工为主业。厂内目前的烟尘、粉尘主要来源于抽油机车间、压力容器车间、工程项目部等焊接场所。随着机械厂生产规模和工业产值的不断攀升, 各车间生产产品的种类、规模、数量也日益增大, 从事焊接作业、机械加工及热处理的人员和工作量的不断增多, 产生的烟尘、粉尘量也急剧增大。由于原设计的通风能力过小, 安装位置过高, 无法有效排除烟尘, 夏季采用开门、开窗户的方式进行排烟。冬季为保持厂房温度将门、窗关闭, 烟尘无法排除。图1为某焊接车间的状况, 污染十分严重, 极大危害了员工的身体健康。图1为某焊接车间的状况, 污染十分严重, 极大危害了员工的身体健康。

各厂房原配置的通风设备已远远不能满足目前安全环保、职业健康的要求, 存在诸多问题, 不能将焊接烟尘、粉尘及时有效的排出, 主要表现在:

(1) 固定通风设备老化、损坏。一部分是1993年建厂时设计安装的, 一部分是2006年通风设备整改时更换的, 大部分运行至今已不能发挥正常有效的功能。设备、电气线路老化, 存在较大的安全隐患。

(2) 通风设备功率不足, 设备是按各车间原发动机修理生产能力配备的, 如今各车间已成为抽油机、容器制造的主要生产场地, 并生产能力逐年大幅提高, 通风能力已远远不足, 无法及时有效的将工作面上的烟尘、粉尘无法排除。

(3) 通风设备安装位置不合理。大部分厂房的通风实施安装在厂房离地8.5米左右的墙体上, 而工作面大部分在地面上, 主要烟尘、粉尘集中在工作面上方2—3米处, 被抽吸向上运行的范围很小, 不能起到及时有效排放的作用。

(4) 通风设备防侧风能力不强。部分通风实施未安装防外界自然风影响的通风管道, 在通风设备运转产生的出风方向遇到对立排斥的自然风时, 大大降低了设备的排风能力。

(5) 通风设备配备不足。一是缺少可移动的、噪音低的、座地式排风设备, 它主要是用于夏季厂房内、无风或空气流动性差的环境, 目的是制造流动空气从而辅助烟尘流动扩散, 另外它还可以降温去暑;二是缺少有限空间和密闭容器内焊接烟尘抽排设备。每年在压力容器、各类罐体、房体内的焊接工作量非常大, 焊接烟尘、粉尘在这些有限空间内聚集不易扩散, 必须依靠通风或抽排设备才能排除。以往是采取通压缩空气进入限空间挤压帮助通风, 压缩空气来源于空气泵, 各车间空气泵的数量有限, 且使用噪音大、移动不方便、占空间, 效果也不太好。

目前, 对于焊接烟尘的治理普遍采用劳动保护方法和局部治理方法。

劳动保护方案是通过配备吸尘面罩的形式来保护劳动者健康, 该方法保护对象局限于焊接工人, 整个车间环境无法改善。

局部除尘方案是直接针对焊接烟尘高浓度排放区域进行治理。局部除尘设备由两部分组成:烟尘捕捉部分与烟尘过滤部分。局部除尘方法可以有效阻止无组织气流在空间内带动污染物扩散, 并且消耗的空气量较少。对于焊接车间, 有固定工作台的手工焊接, 局部排风罩能将焊接烟尘基本上抽走, 采用局部通风方式能够取得较好的治理效果。投资少、效果显著。但受现场布局、操作者习惯和设备运动空间限制大。

四、旧式高大厂房焊接烟尘治理要解决的主要问题

1. 室内烟尘浓度过高对人体健康带来的危害

焊接烟气中的烟尘是一种十分复杂的物质, 已在烟尘中发现的元素多达20种以上。

碳钢CO2/MAG焊过程中的有害烟尘主要有Fe2O3、Si O2、Mn O等, 铝合金MIG焊接过程中的主要烟尘成分为Al2O3颗粒, 焊接过程中还会产生一些有害气体, 如臭氧、氮氧化物、一氧化碳、氟化物及氯化物等。

工人长期在焊接烟尘环境下作业, 如果没有适当的保护措施, 将导致各种职业病, 如尘肺、骨软化症、贫血症等。有害气体也会造成肺水肿、支气管炎、急性哮喘症、神经衰弱症及慢性呼吸道炎症等。

为此, 国家对作业环境下污染物的浓度标准有一个严格的限制, 在标准GBZ2-2002中规定了车间综合粉尘浓度≤6mg/m3。

2. 直接排放造成的室内温度上升/下降、能量损失的问题。

在有空调或供热的车间, 如果采用直排方式, 在冬季势必将室内的热量连同污染物一起排至室外, 其结果是室内热能的大量损失。

3. 焊接工艺要求

传统的混合送风的方式来排除焊接烟尘, 其风量大、和风速高, 对于CO2气体保护焊来说, 当保护气体周围风速超过1m/s时, 会吹走保护气体, 从而影响焊接质量。

4. 提高生产效率。

采用局部除尘时, 操作工人经常需要移动吸气臂, 以达到最有效的烟尘捕着效果, 这样势必大大影响焊接工作效率。

五、旧式高大厂房烟尘、粉尘治理方案

针对机械厂旧厂房实际状况, 采取分层抽风和局部抽风过滤及保暖的综合方法排出厂房内的焊接烟尘。

1. 分层抽风原理

与传统的混合送风治理焊接烟尘不同, 本方案采用分层抽风技术对焊接烟尘进行治理。其原理如图2所示。

在有热源的车间, 由于在高度上具有稳定的温度梯度, 以较低的风速 (v<0.2-0.5m/s) , 较大的风量, 将工作面上部的烟尘及时直接排出。而室内热源产生的热气流, 由于浮力作用而上升的烟尘, 由上部的抽风设备将热气流在上升的途中排出室外, 在后续新风的推动作用和抽风口的抽吸作用, 地面上方的新鲜空气缓缓向上移动, 形成类似于向上的均匀流的流动, 于是工作区的污浊空气被后续的新风所取代。当达到稳定时, 室内空气在温度、浓度上便形成两个区域:上部混合区和下部单向流动的清洁区。

2. 分层抽风除尘系统组成

分层抽风除尘系统主要由3大部分组成, 即工作面抽风机、上部抽风机和局部抽风机组成 (如图3) 。

局部抽风:用移动式焊烟净化器将焊接点处 (距焊接点0.3-0.5米) 的絮状烟雾及时过滤排出。

工作面抽风:用安装在侧墙上的风机将工作面上 (距工作点2-3米处) 移动式焊烟净化器遗漏的烟雾排出。

上部抽风:是利用原有的通风机将弥漫在厂房上部的烟雾排出。

3. 局部抽风原理

在固定工作面的侧面或顶部设置排烟罩, 利用风机的力盆, 就地把烟尘抽走, 并将烟尘过滤, 使产尘设备产生的85%以上的烟尘从用移动式焊烟净化器排出。达到改善室内环境的目的。 (见图4)

4. 冬季气温较低问题的解决

北方冬季温度较低, 可达-30℃。大功率的抽风机势必会降低厂房内温度, 为了满足广大职工冬季的保暖需求, 就需要解决厂房内温度过低的问题。采用“上送式电加热型或者热水型空气幕”隔离车间大门外的冷空气, 并购置一定数量的热水型暖风机 (水电两用机型) 、柜式系列电加热型暖风机, 根据厂房的实际情况, 采用不同的设备组合配置, 配备到厂房。