装焊车间内焊接烟尘的治理
焊接烟尘的80%～90%来源于焊条药皮和焊芯。J 422型焊条的主要成分是金属氧化物，其中 以铁的氧化物为主，约占一半左右。据报道，J 422焊条的发尘量平均为7.5 g/kg左右，烟 气粒度0.10～1.25 μm，烟尘中锰化合物(以MnO2计)约占7.5%［1］。焊接时产生 的有害气体主要是O3、NOx、CO、HF等。通风不良时环境空气中O3和NOx可达到0.5 mg/m 3和20 mg/m3。用J 422焊条焊接车台架时，焊接危害治理目标成分应该是焊接烟尘。
一、车间概述
某汽车配件厂装焊车间厂房占地1 200 m2，生产过程中10台车台架(南北各5台)180°旋转 焊接，每台车台架有2～3人采用手工电弧焊同时操作，在车间一侧同时有地面补焊及CO2 保护焊各1处。焊接时产生大量焊接烟尘和有害气体弥漫于车间内。除在厂房上部安装几台 排气扇外，未采取其他治理措施。
二、治理方案设计
由于车台架焊接操作时需180°旋转，且车间上部有天车运行，一般排风罩无法布置，故采 用了天车顶部送风与设置地下风道排风相结合的通风方式。对CO2保护焊及不定位地面焊 产生的烟尘采用侧吸方式进行捕集，将有毒有害烟尘控制在工人呼吸带以下，经平底回转反 吹式袋式除尘器净化后排放。受厂房上部房梁位置所限，天车上部的送风系统共分5套，每套送风系统为2台车台架送风， 送风口距工人操作位高度为7.7 m，每套送风系统设计风量12 000 m3/h，选择风量为15 0 00 m3/h的风机，风机置于厂房顶部。为使送风均匀分布于每台车台架的操作位，每个车 台架上部均设2个并列为一组的静压箱，其作用相当于空调设计中孔板送风时的稳压层。静 压箱下部设5个管嘴为气流出口。有的车台架位于房梁下方，而天车顶部与房梁下部没有足 够空间布置送风管道，则从房梁两侧分设3孔及2孔静压箱。图1为送风系统3示意图。由空气动力学阻力计算确定静压箱参数，保证距气流出口7.7 m的产尘位置送风气流分布均 匀，并能抑制焊接烟尘上扬。
设静压箱出口处风速为20 m/s，依射流轴心速度衰减公式［2］：Vx/V0=0.48/(ax/d0+0.145)。式中：Vx：射程x处的射流轴心速度，m/s；V0：射流出口速度，m/s；x：射流断面至喷嘴的距离，m；d0：喷嘴直径，m；a：紊流系数。
计算可得：Vx=1.70 m/s时既能达到控制风速的要求，也可满足《采暖通风与空气调节 设计规范》(GBJ 19-87)对系统式局部送风的规定。
1：5孔静压箱；2：送风出口管嘴；3：2孔静压箱；
4：3孔 静压箱；5：消声器；6：风机
图1 送风系统3示意图
排风系统由设置于地下的风道和车台架附近的排风罩、CO2保护焊及不定位地面焊附近的 排风软管组成，设计风量为75 000 m3/h。由于工人焊接时车台架不时旋转，故车台架工 位的排风口只能设于地面。每台车台架设2个排风口，风口设计风量为3 230 m3/h。为防 止废弃的焊条料头掉入风口堵塞风道，排风口处均设有网格状活动盖板，其下的风口处设一 活动提筐，可将掉入的焊条头及杂物收集起来并及时清理。
每台车台架处的排风支管道从 地下汇集于主管道，CO2保护焊及不定位地面焊附近产生的烟尘由设于操作台上的排风罩 经排风软管从地下汇集于主管道，CO2保护焊及不定位地面焊操作处的设计排风量分别为2 000 m3/h和1 000 m3/h。整个排风系统均经过阻力平衡计算，并在系统调试阶段以风 量调节阀调平。
三、治理效果
治理前作业场所电焊烟尘浓度为5.0～10.5 mg/m3，平均8.6 mg/m3，超过国家卫生标准 ，其中zui高超标近1倍。送、排风系统安装完毕后进行了系统调试，车台架操作位控制点(工人呼吸带)风速为2.1～3 .0 m/s，每台车台架处排风风量为7 258～9 418 m3/h，10台车台架总排风量为77 846 m3/h。CO2保护焊及不定位地面焊处侧吸罩罩口风速为1.50～2.55 m/s，排风风量为3 336 m3/h，均达到设计要求。
经卫生防疫部门现场监测，治理后作业场所有害物浓度见表1，作业场所5种有害物浓度均 低于国家卫生标准。
表1 治理后作业场所有害物质浓度(mg/m3)
有害因素 | 浓度范围 | 平均浓度 | 国家卫生标准 |
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 |
电焊烟尘 | 1.05～3.68 | 2.85 | 6.0 |
锰烟(MnO2) | 0.07～0.21 | 0.14 | 0.2 |
四、讨论
手工电孤焊的主要危害因素是烟尘和锰化合物。研究表明，长期吸入锰化合物可发生慢性锰 中毒，长期吸入电焊粉尘可发生电焊工尘肺。为此，许多国家对焊接作业环境制订了专门安 全卫生标准。如美国、日本规定的锰(无机化合物)zui高容许浓度为5mg/m3。焊接学 会(IIW)也有专门的标准。我国《工业企业设计卫生标准》(TJ 36-79)中的锰及其化合 物(换算成MnO2)zui高容许浓度为0.2mg/m3是泛指高毒性锰尘。我国颁布的《车间空气 中电焊烟尘卫生标准》(GB 16194-1996)规定车间空气中zui高容许浓度为6 mg/m3。
该治理方案在满足生产工艺的情况下，合理进行了送、排风系统的设计，采用天车顶部送风 与设置地下风道排风相结合的通风方式，将有害烟尘控制在工人呼吸带以下，治理效果较显 著。但由于资金所限，送风系统未设空调或加热装置，冬季使用无法满足工效学要求。
