焊接車間整體通風方案設計

2015-03-17

1.引言

隨著科學技術社會經濟的飛速發展，焊接技術的應用日益廣泛，如汽車制造廠、造船廠等。由于焊接是一種勞動強度比較大的工種，且在焊接工藝過程中會產生大量的有毒金屬煙霧、電焊塵、有害氣體、輻射熱、光污染，嚴重影響工作人員和周邊人員身體健康，因此必須對焊接車間進行通風換氣，排除和稀釋有害物，建立良好的焊接環境。由于廠房的焊接車間一般具有空間高大、焊接件大小不定、焊接地點不固定、焊接方式較多等特點，使得室內氣流組織混亂，污染物較難處理。因此，如何經濟有效對焊接車間進行通風除塵一直是個難題。本文將對國內外焊接車間的通風除塵方式進行一定的分析和總結，供設計人員參考。

2. 國內外焊接車間煙塵治理方法

2.1全面通風凈化系統全面通風也稱稀釋通風，一方面用清潔空氣，稀釋室內空氣物中的有害濃度，同時不斷把污染空氣排出室外，使室內空氣中有害物濃度不超過衛生標準規定的最高允許濃度。全面通風通常以廠房的換氣量或換氣次數為基礎，根據稀釋理論，將車間內有害物濃度沖淡到最高允許濃度之下所需的全面通風換氣量按下式計算[1]。

Q=K m3/h

式中

：

Q—換氣量 m3/h

K—安全系數。根據廠房結構、設備裝置布置、有害物毒性、分布情況等，K的取值范圍為3~10；

x—車間內有害物的散發量；

y2—排出空氣中有害物濃度。一般可取車間空氣中有害物最高允許濃度（mg/m3）；

y1—進入車間空氣中有害物濃度。對直接取室外風為進風時，y1可視為0（mg/m3）。

換氣量也可用換氣次數來代替，在大型焊接車間，根據煙塵濃度計算選擇通風機，一般每小時應排風10～15次。

n= 次/h

n—換氣次數（次/h）；

V—車間體積（ m3）。

全面通風包括自然通風和機械通風兩種方式。確定焊接車間的通風方案時，一定要根據具體情況靈活處理，幾種常用的全面通風方案如下：

(1) 自然通風

自然通風不需要消耗動力，是一種經濟的通風方式，對于戶外焊接作業或敞開的空間焊接一般采用自然通風方式。如一些工業廠房屋頂自然通風器、屋頂天窗就是自然通風的應用。但由于自然通風易受到室外氣象條件的影響，特別是在風力作用很不穩定，所以對于粉塵、有害氣體等污染物產生的廠房則不大適用。

(2) 側墻上設置軸流風機加自然通風器(天窗)排風

對車間面積較小的低矮單跨廠房，在靠外墻的每個焊接工位上部設置軸流風機能起到很好的排風效果；屋頂自然通風器(天窗)起到加強換氣的作用。

(3) 設置誘導風機、自然通風器(天窗或屋頂風機)排風

通過安裝誘導風機以一定噴射角的通風方式，引射室內焊接煙氣流向上流動，最后經自然通風器(天窗或屋頂風機)排出室外。

(4) 屋頂風機送排風方式

在焊接車間的屋頂設置送排風機，把車間內焊煙排出室外，達到使車間煙塵濃度降低的目的。

(5) 吹吸式通風方式

吹吸式通風是由單股吹出氣流和單股吸入氣流復合而成的通風氣流，因而是一種能有效控制污染源擴散

的通風方式，這種通風方式是在兩跨中柱或單跨一側柱(墻)上設置吹風口，送出室外引入的新鮮空氣，在送風對面的側墻上裝設軸流風機向外排風。分為小范圍吹吸式通風系統和大范圍吹吸式通風系統兩類。

另外，焊接車間全室通風的排風量一般都很大，對于采暖地區通過設置空氣凈化裝置把車間內焊煙經過凈化器凈化后在車間內循環使用，既可達到使車間煙塵濃度降低，同時又解決了車間內能量損失的目的。

2.2局部通風凈化系統

全面通風風量大、消耗電能多、運行費高，冬季運行因需要供暖，耗電量更大，而且不能完全改善工人呼吸時空氣中的煙塵濃度，所以國內外大量采用局部通風方式，即在焊接作業點附近設置排煙罩，不等煙塵擴散就把它排走，這樣所需要的排風量約為全面通風排風量的1/3～1/4，而且排煙效果好，從根本上解決了焊工的吸煙問題。

局部排風系統主要由排風罩、風管、凈化裝置和風機組成，其設計關鍵要根據工藝要求和場地情況確定排風罩的形式，了解罩口附近流暢、濃度場的分布及制定相應的控制風速。適用于收集焊接煙塵的排風罩主要有三種類型：外部吸氣罩（包括側吸罩和下部吸氣罩）、上部吸氣罩、焊接室（一種大型吸氣通風柜），具體形式可以參考《暖通空調設計選用手冊》[2]。此外，還應為焊接工人提供一個熱舒適環境。因此，焊接車間通風設計應采用局部排風加局部送風形式。

(1) 局部排風排風罩的風量計算側吸罩排風量計算公式為Ｌ=0.75•Ｖｘ•(5Ｘ2+A)•3600 ｍ3/ｈ,式中Ｘ為焊點離側吸罩口距離(ｍ);A為罩口面積(ｍ2);Ｖｘ為焊接點水平吸入速度(ｍ/ｓ),有關資料推薦Ｖｘ為0.5～1.0 ｍ/ｓ,但考慮橫向氣流干擾及操作方法影響等因素,建議取Ｖｘ為1.0～1.2ｍ/ｓ。

上部排風罩排風量計算公式為Ｌ=3600Ｖｏ•A ｍ3/ｈ,式中Ｆ為罩口面積,Ｖｏ為罩口平均風速,四邊敞開Ｖｏ=1.05～1.25 ｍ/ｓ;三邊敞開Ｖｏ=0.9～1.05 ｍ/ｓ;二邊敞開Ｖｏ=0.75～0.9 ｍ/ｓ;一邊敞開Ｖｏ=0.5～0.75 ｍ/ｓ。

焊接室排風量計算公式為Ｌ=Ｖc•A•3600 ｍ3/ｈ，式中A為罩口面積(ｍ2); Ｖc為焊接點水平吸入速度(ｍ/ｓ)，建議Ｖc=0.7 ｍ/ｓ。

(2) 局部送風風量計算

工人在焊接作業時,夏季要承受高溫焊件的熱輻射,冬季因排風造成大量冷空氣進入工作區,因此應向工作區送風,為焊接工人營造一個熱舒適的工作環境。過渡季節直接送室外新風,冬夏兩季應采用空調送風,空調送風溫度20℃左右,工作區送風風速1.5 ｍ/ｓ以上,送風量大小按風量平衡進行計算,送風口出風方向應設計成可調。

(3) 局部通風凈化裝置

目前，國內外焊接煙塵的治理凈化裝置向成套性、組合性、可移動性、小型化、省資源方向發展，其主要裝置有：固定式上部排氣裝置、移動式吸煙凈化裝置、小型機組凈化裝置、便攜式袖珍煙塵抽煙機、抽氣式焊接工作臺。

2.3置換通風系統

置換通風系統（低紊流系統）是指把送風口設置在房間底部，采用低紊流、低速度的送風方式，將空氣直接送入工作區，并在地板上形成一層較薄的空氣湖，隨著對流空氣的向上流動，帶動污染空氣由設置在房間頂部的排風口排出室外的通風方式。置換通風的送風速度約為0.25ｍ/ｓ左右，送風的動量很低以致對室內主導氣流無任何實際的影響，具有效率高、節省能量等特點。置換通風可以加大溫度梯度，從而增強在工藝操作過程中熱力作用所產生的抽力，與普通的稀釋有害物的通風方式相比，可以節省50%的空氣量。

焊接煙塵的特性比較符合用置換通風這種氣流組織形式排出，可以保證人在工作區能呼吸到清潔空氣。

此外，焊接煙氣的有效治理還可以從工藝方面的改革（采用無煙塵或少煙塵的焊接工藝、開發和使用低塵和低毒焊接材料、提高焊接過程機械化自動化程度）和加強個人防護方面（個體防護面具，此種方式國內外主要用于無法實施通風治理方案情況下的焊接,它只能作為各種治理方法的最后手段入手）。