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          焊接煙塵污染及凈化過(guò)濾技術(shù)

          2018-08-23 13:31:00
          陸啟蒙
          原創(chuàng )
          10534

          一、概述

          焊接是利用電能加熱,促使被焊接金屬局部達到液態(tài)或接近液態(tài),而使之結合形成牢固的不可拆卸接頭的工藝方法,它是極為常見(jiàn)的機械工藝方法。焊接過(guò)程中產(chǎn)生的污染種類(lèi)多、危害大,能導致多種職業(yè)病(如焊工硅肺、錳中毒、電光性眼炎等)的發(fā)生,已成為一大環(huán)境公害。隨著(zhù)國家對產(chǎn)業(yè)環(huán)境衛生的要求越來(lái)越嚴,焊接煙塵的治理越來(lái)越被人們重視,其相應的治理技術(shù)日趨完善,焊接污染慢慢得到相對有效的控制。本文是根據我國焊接車(chē)間具體情況,結合唐納森公司在焊接煙塵治理的經(jīng)驗,從焊接污染的形成、特點(diǎn)及危害進(jìn)手,提出切實(shí)可行的防治對策。

          二、焊接過(guò)程中的有害煙塵

          焊接煙塵是由金屬及非金屬物質(zhì)在過(guò)熱條件下產(chǎn)生的蒸氣經(jīng)氧化和冷凝而形成的。因此電焊煙塵的化學(xué)成分,取決于焊接材料(焊絲、焊條、焊劑等)和被焊接材料成分及其蒸發(fā)的難易。不同成分的焊接材料和被焊接材料,住施焊時(shí)將產(chǎn)生不同成分的焊接煙塵(見(jiàn)表1)。

          焊接煙塵污染及凈化過(guò)濾技術(shù)

          焊接煙塵的特點(diǎn)有:

          (1)焊接煙塵粒徑小  煙塵呈碎片狀,粒徑為0.38μm左右。

          (2)焊接煙塵的粘性大隨著(zhù)溫度和濕度的變化在空中飄浮。通常在焊接操縱過(guò)程中,焊接煙塵飄浮在闊別車(chē)問(wèn)地面高3~5m之間。

          (3)焊接煙塵的溫度較高  通過(guò)空氣和排風(fēng)管道的稀釋為40~55℃。

          (4)焊接過(guò)程的發(fā)塵最較大  一股來(lái)說(shuō),1個(gè)焊工操縱一天所產(chǎn)生的煙塵量約60~150g。幾種焊接方法施焊時(shí)每分鐘的發(fā)塵量和熔化每千克焊接材料的發(fā)塵量(見(jiàn)表2)。

          焊接煙塵污染及凈化過(guò)濾技術(shù)

          三、焊接煙塵的危害

          焊接工人天天都要在環(huán)境惡劣的焊接場(chǎng)所工作,接觸焊接煙塵和粉塵,都有吸人有害煙霧的風(fēng)險,可引起腦部和精神受損、皮膚炎癥、呼吸系統疾病、肝臟和腎臟病癥甚至癌癥等。以下是焊接工人在施焊過(guò)程中,產(chǎn)生的各種污染物對人體危害(見(jiàn)表3)。

          焊接煙塵污染及凈化過(guò)濾技術(shù)

          在過(guò)往的十幾年里,各企業(yè)的領(lǐng)導者已經(jīng)熟悉到以上污染物的危害性,并改善工作環(huán)境的措施,以解決工人們面臨的工作環(huán)境健康的危害,財務(wù)和健康保險等支出變得越來(lái)越大。但采取這些措施又可以節省本錢(qián),增加工作者的生產(chǎn)力,減少工人生病的時(shí)間,控制保健本錢(qián)。這些措施還催生了新一代可降低風(fēng)險并保障工作者健康的更安全的配有煙塵凈化設備安全培訓和作業(yè)方法。

          除了企業(yè)內部的變化,社會(huì )外部氣力對促成企業(yè)煙塵凈化的投進(jìn)新格式也起到了一定的作用。如國家在新建項目必須對焊接污染源進(jìn)行治理,為此,國家對焊接作業(yè)環(huán)境制訂了專(zhuān)門(mén)安全衛生標準。如我國《產(chǎn)業(yè)企業(yè)設計衛生標準》(TJ 36—1979)中的錳及其化合物(換算成MnO2)最高容許濃度為0.2mg/m3。是泛指高毒性錳塵。我國頒布的《車(chē)間空氣中電焊煙塵衛生標準》(GB 16194—1996)規定車(chē)間空氣中最高容許濃度為6mg/m3。在企業(yè)上ISO1400標準就是涉及產(chǎn)業(yè)衛生環(huán)境的新標準(綠色焊接的提出)。但是在焊接生產(chǎn)環(huán)節上,其焊接工藝是個(gè)復雜的過(guò)程,尤其是焊接零件外形千變萬(wàn)化,為了把作業(yè)現場(chǎng)煙塵徹底解決,這對焊接工藝提出了新的挑戰,同時(shí)對操縱者的操縱習慣也提出了更高要求。

          四、焊接煙塵的防護措施

          針對焊接過(guò)程中有害煙塵的防護方法,目前最常用的方法是將有害煙塵隨車(chē)間軸流風(fēng)機自然排出(見(jiàn)表4)和采用凈化設備過(guò)濾排出。目前,在煙塵產(chǎn)生的位置最近的地方采取局部抽出過(guò)濾是最有效的方法。焊接煙塵過(guò)濾方式有旋風(fēng)分離、袋式、靜電式及濾筒式,其中最常用的主要有靜電式和濾筒式兩種(見(jiàn)表5)。

          焊接煙塵污染及凈化過(guò)濾技術(shù)

          焊接煙塵污染及凈化過(guò)濾技術(shù)

          焊接煙塵污染及凈化過(guò)濾技術(shù)

          然而在選擇凈化系統過(guò)程中,由于工件不同而處理風(fēng)量不一樣,有些過(guò)濾設備在沒(méi)計時(shí)考慮到了焊接作業(yè)的特點(diǎn),在吸風(fēng)罩做成不同的設計,省往操縱職員的麻煩,可進(jìn)步工效。目前在選擇過(guò)濾器時(shí)有三個(gè)誤區:

          (1)只留意標定的過(guò)濾效率,忽視實(shí)際過(guò)濾效果。由于焊接煙塵的顆粒非常小,通常在1μm以下,所以必須了解所選過(guò)濾排放標準和檢測方法中使用的是什么樣的顆粒物??茖W(xué)研究已經(jīng)證實(shí),0.3μm的顆粒物是各種一般普通過(guò)濾材料最不易過(guò)濾的粒徑,所以國外普遍用這種粒徑的顆粒物檢測過(guò)濾器和濾料的過(guò)濾效率,假如效率能達到95%,那么過(guò)濾無(wú)論大于還是小于0.3(0.5)μm的顆粒物,其效率必然在95%(99.999%)以上。由于我國目前在強制執行的檢測標準中(LD29—1992)還沒(méi)有使用這種粒徑的顆粒物,所檢測的過(guò)濾器的標定過(guò)濾效率并不能代表過(guò)濾焊接煙塵的實(shí)際過(guò)濾效率。

          (2)只留意過(guò)濾效率高低,忽視過(guò)濾器的密封性。假如設備制造簡(jiǎn)陋,因而造成不密封,有害物質(zhì)(粉塵或氣體)會(huì )從泄漏處直接排放在工作現場(chǎng)及室外,這樣過(guò)濾效率再高的濾料也不會(huì )起作用。

          (3)以為作業(yè)場(chǎng)所已經(jīng)設置了排風(fēng)裝置,把有害氣體和煙塵排放到室外就可以而不需要任何保護。由于焊接作業(yè)的特點(diǎn),即使焊接煙塵可以被排風(fēng)設備排走,也僅僅只能避免有害物的擴散,降低環(huán)境濃度。但在排放到室外后,會(huì )隨著(zhù)空氣流進(jìn)進(jìn)室內污染工作現場(chǎng)或造成大氣層污染,所以焊接所產(chǎn)生的煙塵及有毒氣體必須在排放之前進(jìn)行凈化處理。

          五、唐納森的凈化思想和理念

          唐納森公司是全球最大的過(guò)濾設備專(zhuān)業(yè)制造商之一,具有近百年的歷史。其過(guò)濾產(chǎn)品種類(lèi)豐富,擁有過(guò)濾材料和設備的眾多專(zhuān)利,其煙塵過(guò)濾產(chǎn)品種齊全,已廣泛應用于各個(gè)焊接領(lǐng)域。唐納森能夠取得今天的成就,主要是其凈化產(chǎn)品的過(guò)濾原理、材料及設備結構與眾不同。

          1.唐納森Ultra-Web FR過(guò)濾材料及表面過(guò)濾技術(shù)

          Ultra-Web FR過(guò)濾材料及表面過(guò)濾技術(shù)是技術(shù)上的重大突破,能在較低本錢(qián)下提供更清潔的空氣。經(jīng)過(guò)幾十年的研究和發(fā)展,是Ultra-Web FR濾材應用在托里特Torit設備上具有高效的除塵性能。Ultra-Web FR濾材(見(jiàn)圖1)可在亞微米細??赡軡B透濾材內表面之前被阻擋在外,且由Ultra-Web FR表面收集的顆粒,很輕易在除塵器清灰過(guò)程中被帶出。

          焊接煙塵污染及凈化過(guò)濾技術(shù)

          唐納森過(guò)濾器是一種自動(dòng)清灰的過(guò)濾器,它在收集業(yè)微米細粒時(shí)能保證連續的高過(guò)濾效率,而不會(huì )過(guò)早堵塞濾芯。這就要求革新的濾材在過(guò)濾中能迅速形成塵餅,在清灰循環(huán)時(shí)又易于清理。

          由于塵粒進(jìn)人濾芯之前已被有滲透性的塵餅阻擋,因此該塵餅進(jìn)步了過(guò)濾效率。塵餅的形成會(huì )減少氣流,因此必須通過(guò)集塵清灰系統清理。

          舊式濾材(棉布、聚酯、傳統的纖維素等)纖維間隙為12~60μm(見(jiàn)圖2a),當塵粒穿過(guò)這些空隙后,其過(guò)濾效率會(huì )降低,因進(jìn)進(jìn)濾材內的塵粒阻塞了過(guò)濾元件。當阻塞情況繼續惡化,而在清灰循環(huán)的過(guò)程中又未能有效將阻塞的粉塵吹清,結果過(guò)濾元件的風(fēng)阻便會(huì )穩定上升,將除塵系統的氣流量降低。若一旦發(fā)現過(guò)濾元件的氣流流量降低到不足夠時(shí),便要更換過(guò)濾元件。

          而Ultra-Web FR解決了這個(gè)題目Ultra-Web FR濾材(見(jiàn)圖2b)有一層亞做米級直徑的纖維粘貼在基料上。其極微小的篩孔可阻擋大部分亞微米級顆粒在Ultra-Web FR濾材的表面上,該纖維間的間隙只有底層纖維的1/100。因此,幾乎所有的顆粒都被集在該濾材的表面,因而使滲透底層的顆粒減少至最低限。表面負載(顆粒在Ultra-Web FR表面迅速積累)幫助形成了可滲透性的擋塵餅,因此可保持相當高的過(guò)濾效率。在相同的操縱條件下,Ultra-Web FR濾材的初期過(guò)濾效率大于一般的濾材10倍。在除塵器的清灰循環(huán)中,表面負載可消除過(guò)早的濾芯堵塞,并促進(jìn)了掃除塵餅。

          焊接煙塵污染及凈化過(guò)濾技術(shù)

          2.唐納森濾筒式過(guò)濾器及設備結構特點(diǎn)

          過(guò)濾器選用的濾材是唐納森公司于1983年發(fā)明的以濾簡(jiǎn)為過(guò)濾元件的濾材,它在一股濾材表面貼一層亞微米級粒徑的特殊纖微材料。其非常微小孔可阻擋大部分亞微米級顆粒在特殊濾材表面上,從而形成可滲透性的擋塵餅,由此可保持相當長(cháng)的過(guò)濾效率。對于0.1~0.5μm粉塵顆粒,排放達99.999%,便于細小顆粒凈化。其過(guò)濾器利用煙塵下沉特性,機體沒(méi)汁為沉流式結構(見(jiàn)圖3),其內部所有零部件嚴格按氣流運動(dòng)力學(xué)原理進(jìn)行設計研究試驗,使其沒(méi)備在保證處理風(fēng)量下,運行阻力為最小。更換除塵濾筒時(shí),只需在潔凈空氣室操縱,無(wú)需進(jìn)進(jìn)塵室,保障安全。一人維修概念,充分利用人力資源及減少維修本錢(qián)。每部除塵器之設計均可獨立操縱,當其中一部需要維修時(shí),不會(huì )影響其他機組操縱。

          焊接煙塵污染及凈化過(guò)濾技術(shù)

          3.唐納森用在焊接煙塵過(guò)濾的產(chǎn)品

          (1)EASY-TRUNK移動(dòng)式煙塵過(guò)濾器緊湊的結構,濾筒、風(fēng)機和自動(dòng)清灰集于一體,配以萬(wàn)向固定吸氣手臂,在吸煙塵時(shí),利于焊接工人在任意位置焊接,并方便地移動(dòng)至任何工作點(diǎn)。3只阻燃性的Ultra-Web濾筒完全保證潔凈空氣的回送,最適用于小批量及間接焊接工作的需要。

          (2)DFO1-l/2-2/3-3移動(dòng)式過(guò)濾器  緊湊的結構,簡(jiǎn)單而又公道的風(fēng)機、除塵和卸灰集于一身,方便地移動(dòng)至任何工作點(diǎn)。與EASY-TRUNK移動(dòng)式除塵器相比,其風(fēng)量和靜壓都高,并可根據工作現場(chǎng)進(jìn)行選擇,從而特別適用于單工位焊接和打磨工作的需要。

          (3)DFO系列沉流式中心集中過(guò)濾器DFO沉流式過(guò)濾器由模塊組合,它主要用在多點(diǎn)焊接工位抽風(fēng)除塵和大型的焊接生產(chǎn)線(xiàn),以及價(jià)值珍貴(相比普通焊機而言)的焊接機器人上所產(chǎn)生的煙塵和粉塵收集處理,采用公道的管道分布將不同煙塵點(diǎn)集中于DF式除塵器中予以集中除塵解決。

          應該夸大的是,唐納森任何一種煙塵過(guò)濾器,其心臟部件均帶有阻燃功能的Ultra-Web FR濾筒,是由唐納森公司集數十年經(jīng)驗開(kāi)發(fā)而成的。該種濾筒對0.1~0.5μm的微粒過(guò)濾效率達到99.999%,完全適用于焊接煙塵小而細的特點(diǎn),同時(shí)表面所涂的特殊材料使火星噴濺到表面升溫燃燒的時(shí)間延長(cháng)很多,故有阻燃之功能,且表面所涂的特殊材料可使煙塵形成塵餅,以吸附部分有毒氣體。

          以上特點(diǎn),是唐納森公司除塵器用于煙塵方面收集處理的上風(fēng)。

          六、結語(yǔ)

          焊接車(chē)間的煙塵污染源及種類(lèi)多,應從污染源、傳播途徑、個(gè)人防護等三個(gè)方面進(jìn)行綜合治理。煙塵的治理應結合車(chē)間工藝布置、設備情況和焊接操縱工的焊接習慣等情況制定方案,不能脫離實(shí)際,影響正常的生產(chǎn)操縱。治理方案的設計應充分考慮各種污染的治理方式,在保證處理效果的條件下,設汁采用高效凈化設備,從而達到減少場(chǎng)地占用、節約投資和節約能源的目的。為此,在凈化方案設計選型過(guò)程中應考慮以下幾方面的因素:

          (1)吸塵罩  按不同的工藝要求和煙塵種類(lèi)及其特性進(jìn)行設計,采用唐納森設計規范。

          (2)管道  按煙特性及其流速進(jìn)行設計,采用唐納森專(zhuān)有軟件計算出參數。

          (3)過(guò)濾器  按煙塵特性及其流速設計出吸塵罩大小,定出風(fēng)量,選擇除塵器的濾材和處理風(fēng)量(系統的關(guān)鍵)。

          (4)風(fēng)機  根據吸塵罩和管道除塵器的壓力損失和除塵器的處理風(fēng)量選擇風(fēng)機。

          總之,除塵系統之問(wèn)的吸塵罩、管道、除塵器及風(fēng)機每一個(gè)參數發(fā)生變化,都將影響除塵效果。系統捕捉效果的好壞與粉塵特性和罩口及管路走向有關(guān)系,聽(tīng)系統運行使用的好壞與濾材和除塵器結構有直接關(guān)系。

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