焊装车间的烟尘净化

2018-08-13 10:14:00
陆启蒙
原创
3105

焊接生产过程中会产生许多的环境污染物,如各种有毒气体、焊接烟尘、弧光辐射和电磁辐射等。这些污染物...

焊接生产过程中会产生许多的环境污染物,如各种有毒气体、焊接烟尘、弧光辐射和电磁辐射等。这些污染物不仅会直接污染焊接生产场所的环境,也严重危害着车间工作人员的身体健康。本文着重介绍了焊接烟尘的危害及焊装车间内的烟尘净化方案。

焊接烟尘是指焊接过程中产生的“烟”和“粉尘”。被焊金属材料和 焊接材料(焊条和焊丝)熔化时产生的高温金属蒸汽,在空气中迅速蒸发→氧化→冷凝形成的细小固态粒子,弥散在电弧周围,从而形成焊接烟尘。

焊接烟尘严重地危害着工作人员的身体健康。GB16194-1996《车间空气中焊接烟尘卫生标准》中明确规定:车间空气中焊接烟尘最高容许浓度为6mg/m3。为此,汽车生产企业不仅需加强对焊工劳动保护的教育和安全培训,而且还要采取积极有效的烟尘净化措施。本文重点介绍了几种典型的焊接烟尘净化措施。

烟尘净化方法及原理

1. 烟气的净化

(1)干法去除烟尘颗粒 通过颗粒本身的重力和离心力,使气体中的颗粒沉降,从气体中去除。常用的方法有重力除尘、惯性除尘和离心除尘。常用的设备有重力沉降室、惯性除尘器和旋风除尘器等。

(2)湿法去除烟尘颗粒 用水或其他液体使颗粒湿润,而加以捕集去除的方法。常用的方法包括气体洗涤、泡沫除尘等,常用的设备有喷雾塔、泡沫除尘器和冲激式除尘器等。

(3)静电法去除烟尘颗粒

使含有烟尘颗粒的气体通过高压电场,在电场力的作用下使其去除的过程。常用的设备有干式静电除尘器和湿式静电除尘器。

(4)过滤法去除烟尘颗粒

使含有烟尘颗粒的气体通过具有很多毛细孔的滤料,而将颗粒污染物截留下来的方法。常用的方法包括填充层过滤、布袋过滤等。常用的设备有颗粒层过滤器和袋式收尘器。

传统的袋式收尘器的过滤材料有天然纤维、无机纤维与合成纤维。袋式收尘器的变革技术是美国开发出的聚四氟乙烯覆膜(PTFE)技术。PTFE是一种高分子化合物,化学性质稳定,耐酸碱,尤其耐酸性更好;耐高温,在300℃以下物理化学特性稳定。PTFE微孔薄膜的膜表面每平方英寸(约6.45m2)上有90多亿个微孔,微孔直径为0.2~3mm,即使是最小的粉尘颗粒也难以通过薄膜。PTFE覆膜能够阻挡粉尘透过,因而在滤料内形不成尘饼,令传统的深层过滤变成了表层过滤,只要表层尘剥离及时,滤料的透气性就不会大幅度降低,压力损失也很小。如图1所示,普通滤材的缺点是,粉尘容易进入滤材内部,使用反吹系统不易清除,导致滤材很快堵塞,缩短滤材使用寿命;覆膜滤材的优点是,PTFE微孔膜的滤材属于表面过滤,不但气阻低而且粉尘很容易脱落,细小的粉尘也不易进入滤材内部,从而大大提高其使用寿命。

选择哪一种方法去除焊接烟尘,需从烟尘颗粒的粒径大小和数量以及操作费用等方面来考虑。一般情况下,宜采用重力沉降室和过滤法结合的方法。
2. 有害气体的净化

(1)吸收法 吸收是利用不同气体在液体中的溶解度不同,以分离和净化气体混合物的一种技术,分为化学吸收和物理吸收两大类。化学吸收是被吸收的气体组分和吸收液之间产生明显的化学反应的吸收过程。从废气中去除气态污染物多用化学吸收法。例如,用碱液吸收烟气中的CO2,用水吸收NOX等。物理吸收是被吸收的气体组分与吸收液之间不产生明显的化学反应的吸收过程,仅仅是被吸收的气体组分溶解于液体的过程。例如,用水吸收醇类和酮类物质。

在吸收法中,选择合适的吸收液至关重要,是处理效果好坏的关键。目前在工业上常用的吸收设备有表面吸收器、板式塔、喷洒塔和文丘里塔等。

(2)吸附法 吸附是一种固体表面现象。它是利用多孔性固体吸附剂处理气态污染物,使其中的一种或几种组分,在固体吸附剂表面分子引力或化学键力的作用下,被吸附在固体表面,从而达到分离的目的。常用的固体吸附剂有骨炭、硅胶、矾土、沸石、焦炭和活性炭等,其中应用最为广泛的是活性炭。

活性炭对广谱污染物具有吸附功能,除CO、SO2、NOX和H2S外,还对苯、甲苯和二甲苯有机物质具有吸附功能。

用于净化气态污染物的吸附设备可分为固定床、移动床和流化床三种。去除焊接过程中产生的有害气体,从净化效果、初投资以及操作费用等方面来考虑,宜采用吸附法,吸附剂宜采用活性炭。
焊装车间焊接烟尘的治理方案

焊接烟尘的治理在传播途径上的控制方式有2种:全面通风净化和局部排风。

全面通风也称稀释通风,它是用清洁空气稀释室内空气中的有害物浓度,使室内空气中有害物浓度不超过卫生标准规定的最高允许浓度,同时不断地将污染空气排至室外或收集净化。全面通风包括自然通风和机械通风2种方式。在焊装车间内部,对于 电阻点焊 焊接作业一般采用打开门窗或天窗等形式,进行自然通风,也可通过安装在墙上或天花板上的轴流风机,把车间内的焊烟排出室外。

局部排风是对局部烟尘治理,使局部工作地点不受有害物的污染,保持良好的空气环境。一般局部排风机组由集气罩、风管和风机3部分组成。局部排风按集气方式的不同可以分为固定式局部排风系统和移动式局部排风系统。固定式局部排风系统主要用于操作地点和工人操作方式固定的大型焊接生产车间,可根据实际情况一次性固定集气罩的位置。移动式局部排风系统工作状态相对灵活,可根据不同的工况,采用不同的工作姿态,保证处理效率及操作人员的便利。

1.对设备工作源进行局部排风

发生源清除是当焊接工作开始时,除尘系统末端的活动臂管吸风口便开始对产生的烟尘进行抽排。活动臂内含金属构架,可自行支撑,使软管可停止于三维空间的任意位置。为确保烟尘的抽排效果,在使用时要保证臂管吸风口与焊点间的距离保持为150~350mm。其原理是烟尘在活动臂管被吸入,经过支管道然后进入主管道,再进入除尘器本体。烟尘在除尘器本体内被净化,净化后的洁净空气进入室内,也可以排出室外。

该方法适用产生焊烟的源头抽排,可以根据现场的工作需要配制不同的吸风罩,如加大型、圆形、附带工作灯型和方口型等多种。发生源清除的吸尘效率在额定的吸尘距离内(无外界横风干扰)的吸尘率在95%以上,从工具源头处理属于“主动式除尘”。针对手工气保焊或自动气保焊接工况,可采用高真空原理直接与环保型 焊枪(自带吸尘口)一起联动工作。从焊烟发生源和焊接工具源进行处理焊烟的动能需求低、吸尘率高,即当烟尘产生时除尘系统则直接从发生源将其抽走,故不会有大量的烟尘滞留于车间内部;且是进行点对点除尘,所以不会出现能耗浪费现象。但是,对于焊接区域大、焊接位置不固定且焊接工件复杂多变的工厂,局部排风就会有局限。常用的滤筒除尘工作原理如图2所示。

2. 发生源清除应用实例

我们对焊装车间里一些烟尘较集中的区域进行了调查,结果显示, 机器人线的车身下部总成80工位、车身下部总成90工位、车身下部总成100工位、车身骨架总成80工位、门调线的左/右前车门铰链加强板总成以及左/右后车门铰链加强板总成工位由于存在大量CO2焊点,故在工作环境中产生的焊接烟尘非常多,必须要采取有效的净化措施以保障员工的身体健康。

经调查,车门铰链加强板总成工位每个工件上有15个CO2焊点,其特点是焊点长,宽6~8mm,高4~5mm,产生的焊接烟尘相对较小,测试值为8.5mg/m3,故可采用移动滤筒式烟尘净化器。这类烟尘净化器可装置于墙面,竖立于地面或装于活动推车上,可选用不同型号的活动臂管、排气风机;加装压缩空气清洁滤袋装置后可成为长时间大量电焊作业时的高效集尘设备,净化效率可达99.9%。根据产生烟尘量与环境通风情况,我公司焊装车间选用瑞典Nederman FB363焊烟净化器,风量为1200m3/h,功率为1.5kW,采用电动反吹清灰技术可减少人工清理程序,过滤效率达到99.9%。安装调试并运行后,作业环境中烟尘浓度降低为小于1mg/m3,达到国家规定卫生标准。

在机器人线的4个工位中,车身下部总成80和车身下部总成90同在一个区域,共52个CO2焊点,焊点直径为6~8mm,CO2焊缝总长为92~148mm,环境烟尘浓度为11.3mg/m3;车身下部总成100工位共44个CO2焊点,直径为6~8mm,CO2焊缝总长为140~180mm,环境烟尘浓度为12.5mg/m3;车身骨架总成80工位共32个CO2焊点,焊点直径为6~8mm,CO2焊缝总长为320~440mm,环境烟尘浓度为14.7mg/m3。针对这3个工位区域烟尘浓度较高的情况,车间选用了武汉瑞津LT2-08滤筒式除尘器,风量为3050~14490m3/h,可对应用区域进行可调式抽气净化。相对移动式净化器,此净化器具有风量大、净化效率高等特点,但同时也具有耗电量多、噪声大等不足。设备安装后,对送、排风系统进行了调试,运行后测量作业环境的烟尘浓度为2.1mg/m3,达到国家规定卫生标准。

结语

随着 汽车工艺的发展对节能和环保的要求越来越高,焊装车间的工作环境正逐渐得到重视和改善。国外对焊接污染研究开始得比我国早,处理技术相对先进、成熟,焊接污染处理设备多样化且向资源低耗方向发展。


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