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摘要:

某汽車制造企業(yè)裝焊車間局部區(qū)域存在毒物擴(kuò)散不暢問題，采用在局部焊接區(qū)域加設(shè)單獨的吹吸式局部排風(fēng)除塵系統(tǒng)，對焊接區(qū)域的有害物質(zhì)進(jìn)行凈化處理，以提高有害物捕集效率。改造前后有害物質(zhì)濃度檢測對比顯示，有效地控制了焊接有害煙氣擴(kuò)散，車間內(nèi)空氣質(zhì)量得到改善，保護(hù)了作業(yè)工人身體健康。

關(guān)鍵詞:

裝焊車間;氣流組織;局部通風(fēng)

在汽車制造焊接車身過程中，會產(chǎn)生大量有毒有害氣體、煙塵，不僅對車間空氣環(huán)境造成污染，還會嚴(yán)重影響工人身體健康。此前調(diào)查某汽車配件廠裝焊車間的通風(fēng)排毒措施分別為旋轉(zhuǎn)焊接車臺架采用頂部送風(fēng)與地下風(fēng)道排風(fēng)的吹吸式均勻流排煙方式、CO2保護(hù)焊采用側(cè)吸罩方式、地面活動焊采用活動軟管側(cè)吸罩方式，三種形式吸塵罩口的收集，經(jīng)排風(fēng)系統(tǒng)統(tǒng)一進(jìn)入兩臺布袋除塵器，凈化后排入大氣［1］。本文選擇某汽車制造企業(yè)裝焊車間UNIT焊接區(qū)，分析現(xiàn)有通風(fēng)設(shè)施不足的原因，確定采用吹吸式局部排風(fēng)系統(tǒng)以單向流的形式排除有毒有害物質(zhì)，并對空氣中有毒有害物質(zhì)濃度進(jìn)行檢測分析。

1內(nèi)容與方法

1．1車間概況

某汽車制造企業(yè)裝焊車間主要承擔(dān)車身總成、分總成的焊接、調(diào)整、修磨以及底盤組件的焊接等工作。車身焊接設(shè)備主要以手工懸掛點焊機(jī)與點焊機(jī)器人相結(jié)合，組件焊接設(shè)備主要采用弧焊機(jī)和弧焊機(jī)器人相結(jié)合。在焊接生產(chǎn)過程中產(chǎn)生大量錳煙(二氧化錳)、氮氧化物、臭氧、一氧化碳、電焊煙塵等有害物質(zhì)。工人工間休息及日常辦公的場所均在車間內(nèi)，所以長時間接觸上述有害物質(zhì)。車間采用空調(diào)系統(tǒng)保持室內(nèi)溫度26℃的空氣環(huán)境。空調(diào)采用上送上回的氣流組織形式，能滿足車間大部分區(qū)域的空氣質(zhì)量要求。但在車間部分區(qū)域內(nèi)，例如UNIT焊接區(qū)，改造前部分有害物質(zhì)濃度超過《工作場所有害因素職業(yè)接觸限值第1部分:化學(xué)有害因素》(GBZ2．1—2007)的要求，需要進(jìn)行改造。

1．2原因分析

UNIT焊接區(qū)是裝焊車間內(nèi)長20m、寬5m的長方形區(qū)域，工人采用懸掛式點焊機(jī)與點焊機(jī)器人以流水線的形式進(jìn)行焊接作業(yè)，通過現(xiàn)場調(diào)查以及數(shù)據(jù)分析確定改造前有害物質(zhì)超標(biāo)原因:(1)UNIT焊接區(qū)的工位布置比其他工位密集，產(chǎn)生有害物質(zhì)的量較大;(2)手工點焊工位未設(shè)置局部排風(fēng)罩，影響凈化效果;(3)送、回風(fēng)管均處于空調(diào)系統(tǒng)風(fēng)管的末端，無法滿足必要的送風(fēng)靜壓等系統(tǒng)參數(shù)，不能保證有足夠的風(fēng)量和風(fēng)速來稀釋和排除有害物質(zhì);(4)各工位之間距離較近，未設(shè)置有效圍擋，存在相互影響;(5)點焊機(jī)器人工位的排風(fēng)罩安裝高度受制于機(jī)器人高度，一般在3～3．5m高度，焊接時產(chǎn)生的有害物質(zhì)在上升過程中擴(kuò)散至排風(fēng)罩區(qū)域以外。

1．3氣流組織

在風(fēng)量滿足需求的前提下，增加局部通風(fēng)是本次改造的關(guān)鍵。局部通風(fēng)采用吸氣罩，利用局部氣流將工作地點產(chǎn)生的較高濃度有害物質(zhì)在未擴(kuò)散前進(jìn)行收集，即通過局部通風(fēng)系統(tǒng)直接排除工位附近的有害物質(zhì)，且消耗的空氣量較少，不會對車間大環(huán)境產(chǎn)生影響。局部通風(fēng)分為局部送風(fēng)和排風(fēng)兩大類，依據(jù)氣流組織方式的不同選擇。局部排風(fēng)通過排風(fēng)罩控制煙塵的捕集效率，所以排風(fēng)罩的形式對局部排風(fēng)系統(tǒng)的效果具有很大的影響［2］。選擇時應(yīng)考慮(1)應(yīng)盡可能包圍或靠近有害物源，使有害物源局限于較小的局部空間，應(yīng)盡可能減小吸氣范圍，便于捕集和控制;(2)吸氣氣流方向應(yīng)盡可能與污染氣流運動方向一致;(3)已被污染的吸氣氣流不允許通過人的呼吸區(qū)，設(shè)計時要充分考慮操作人員的位置和活動范圍;(4)排風(fēng)罩應(yīng)力求結(jié)構(gòu)簡單、造價低，便于安裝和維護(hù);(5)局部排風(fēng)罩的配置應(yīng)與生產(chǎn)工藝協(xié)調(diào)一致，力求不影響工藝操作;(6)要盡可能避免和減弱干擾氣流、穿堂風(fēng)和送風(fēng)氣流等對吸氣氣流的影響。在給定條件下，氣流組織形式確定后，通風(fēng)空間的氣流流場也隨之確定，通風(fēng)過程也就確定，所有流體元素自進(jìn)入通風(fēng)空間到離開所經(jīng)歷的時間(即駐留時間)均值即為定數(shù)，若以τ表示，則τ=0!。駐留時間的分布函數(shù)F(τ)可表示成［3］:F(τ)=駐留時間為0τ的所有流體元素之總量駐留時間為0!的所有流體元素之總量當(dāng)采用示蹤氣體法來測量通風(fēng)過程時，可以直接采用排風(fēng)管內(nèi)的濃度Ce(τ)/Ce(!)來表示駐留時間的分布函數(shù)，即:F(τ)=Ce(τ)/Ce(!)式中:Ce(τ)和Ce(!)分別為排風(fēng)管內(nèi)時刻τ和時刻!的濃度。駐留時間均值的計算式:τ－=∫0!1－Ce(τ)Ce(!)[]dτ研究表明，在給定條件下，τ－值大小完全由氣流組織所確定，如果流場中的回流和渦流比較多，那么τ－值便大，通風(fēng)過程就比較慢。當(dāng)流場中的回流和渦流趨于零時，流場成為單向流，此時τ－值最小，通風(fēng)過程最快。所以對于以排除有害物質(zhì)為主要目的的室內(nèi)通風(fēng)，為了提高通風(fēng)效率，氣流組織形式應(yīng)當(dāng)盡量接近單向流，如采用局部單向流通風(fēng)、矢流送風(fēng)及吹吸式通風(fēng)等［3］。

1．4改造方案

通過以上分析，本著節(jié)能與通風(fēng)的有效性原則，確定采用以下方案:(1)原空調(diào)系統(tǒng)不作改動，加設(shè)單獨的吹吸式局部排風(fēng)除塵系統(tǒng)。在手工點焊工位兩側(cè)分別設(shè)置吹風(fēng)管與吸風(fēng)管，以氣體單向流動的形式捕集有害氣體。風(fēng)管的尺寸根據(jù)工位的寬度及流水線的移動速度確定，捕集的有害物質(zhì)氣體經(jīng)吸風(fēng)管送入凈化裝置凈化除塵后，一部分直接排放在車間內(nèi)以維持車間環(huán)境的壓力分布，減少熱濕負(fù)荷損失;另一部分經(jīng)送風(fēng)機(jī)再送回焊接工位。改造后的平面布置如圖1所示。(2)針對各工位之間距離較近且無法移動，在各工位前部加設(shè)透明塑料幕條。(3)重新分配點焊機(jī)器人工位的排風(fēng)罩風(fēng)量，并在各排風(fēng)罩增加風(fēng)量調(diào)節(jié)閥，直接排除聚集在此區(qū)域上部的有害煙氣。

2結(jié)果

2．1吹吸式局部排風(fēng)風(fēng)速測量

測量結(jié)果顯示，改造后局部排風(fēng)風(fēng)速及控制點風(fēng)速均符合《工作場所防止職業(yè)中毒衛(wèi)生工程防護(hù)設(shè)施規(guī)范》(GBZ/T194—2007)的相關(guān)要求。詳見表1。

2．2有害物質(zhì)檢測

改造前檢測UNIT焊接區(qū)空氣中錳煙(二氧化錳)濃度最大為0．32mg/m3(限值為0．15mg/m3)，電焊煙塵濃度最大為6．2mg/m3(限值為4mg/m3)。改造后空氣中錳煙(二氧化錳)、電焊煙塵的濃度均有較大幅度的下降并符合《工作場所有害因素職業(yè)接觸限值第1部分:化學(xué)有害因素》(GBZ2．1—2007)的要求，即所加設(shè)單獨的吹吸式局部排風(fēng)除塵系統(tǒng)有效，改造后既保證了焊接工藝的要求，同時也改善了廠房的環(huán)境條件。具體檢測結(jié)果見表2。

3討論

電焊工藝普遍存在于汽車制造焊接車身過程中，所形成的有毒有害氣體、煙塵等物質(zhì)主要來自電焊條的高溫?fù)]發(fā)，其基本的金屬元素、電極涂層、保護(hù)氣體、釬焊劑和表面涂層都會有助于形成電焊氣溶膠。高溫?fù)]發(fā)出來的金屬顆粒與空氣進(jìn)行反應(yīng)，氧化冷凝形成可吸入粒徑的顆粒并沉積在肺泡中。有流行病學(xué)研究表明［4］，工人在暴露有健康危害的金屬煙塵和氣溶膠作業(yè)環(huán)境下，由于吸入這些電焊煙塵和氣體能夠引起急性和慢性呼吸系統(tǒng)疾病，嚴(yán)重影響工人身體健康。并且這些煙氣和粉塵還會對車間空氣環(huán)境造成污染，因此焊接場所必須采取有效的通風(fēng)排毒措施。本文選擇的某汽車制造企業(yè)裝焊車間UNIT焊接區(qū)，采用空調(diào)系統(tǒng)保持室內(nèi)溫度26℃的空氣環(huán)境?？照{(diào)采用上送上回的氣流組織形式，能滿足車間大部分區(qū)域的空氣質(zhì)量要求。但在車間部分區(qū)域內(nèi)，如UNIT焊接區(qū)空氣中錳煙濃度最大為0．32mg/m3，電焊煙塵濃度最大為6．2mg/m3，均超過國家職業(yè)接觸限值的要求。改造的設(shè)計原則是采用的通風(fēng)方式將有害物源放散的有害物予以捕集，在使工作場所有害物濃度達(dá)到相應(yīng)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)要求的前提下，提高捕集效率，以較小的能耗捕集有害物［4］。對于散發(fā)有害物濃度高、塵源點相對固定的工位，或者是塵源點相對集中、整體廠房污染濃度低的作業(yè)環(huán)境，考慮優(yōu)先選用局部通風(fēng)治理方式。本次采用在局部焊接區(qū)域加設(shè)單獨的吹吸式局部排風(fēng)除塵系統(tǒng)的形式，對焊接區(qū)域的有害物質(zhì)進(jìn)行凈化處理。改造后，空氣中錳煙、電焊煙塵的濃度均有較大幅度的下降并符合國家限值的要求，即所加設(shè)單獨的吹吸式局部排風(fēng)除塵系統(tǒng)有效地控制了焊接有害煙氣擴(kuò)散，并有助于車間上部煙氣層的排除，改善了車間內(nèi)空氣質(zhì)量，保障了作業(yè)工人身體健康。

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［3］許為全．VLCC修船通風(fēng)氣流組織的研究［J］．暖通空調(diào)，1997，26(4):11-14．

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［5］GB/T16758—2008，排風(fēng)罩的分類及技術(shù)條件［S］．

作者:張楠 張崢 單位:天津渤?；ぜ瘓F(tuán)有限責(zé)任公司勞動衛(wèi)生研究所