汽車制造企業車間通風效果分析

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摘要:

某汽車制造企業裝焊車間局部區域存在毒物擴散不暢問題，采用在局部焊接區域加設單獨的吹吸式局部排風除塵系統，對焊接區域的有害物質進行凈化處理，以提高有害物捕集效率。改造前后有害物質濃度檢測對比顯示，有效地控制了焊接有害煙氣擴散，車間內空氣質量得到改善，保護了作業工人身體健康。

關鍵詞:

裝焊車間;氣流組織;局部通風

在汽車制造焊接車身過程中，會產生大量有毒有害氣體、煙塵，不僅對車間空氣環境造成污染，還會嚴重影響工人身體健康。此前調查某汽車配件廠裝焊車間的通風排毒措施分別為旋轉焊接車臺架采用頂部送風與地下風道排風的吹吸式均勻流排煙方式、CO2保護焊采用側吸罩方式、地面活動焊采用活動軟管側吸罩方式，三種形式吸塵罩口的收集，經排風系統統一進入兩臺布袋除塵器，凈化后排入大氣［1］。本文選擇某汽車制造企業裝焊車間UNIT焊接區，分析現有通風設施不足的原因，確定采用吹吸式局部排風系統以單向流的形式排除有毒有害物質，并對空氣中有毒有害物質濃度進行檢測分析。

1內容與方法

1．1車間概況

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

1．2原因分析

UNIT焊接區是裝焊車間內長20m、寬5m的長方形區域，工人采用懸掛式點焊機與點焊機器人以流水線的形式進行焊接作業，通過現場調查以及數據分析確定改造前有害物質超標原因:(1)UNIT焊接區的工位布置比其他工位密集，產生有害物質的量較大;(2)手工點焊工位未設置局部排風罩，影響凈化效果;(3)送、回風管均處于空調系統風管的末端，無法滿足必要的送風靜壓等系統參數，不能保證有足夠的風量和風速來稀釋和排除有害物質;(4)各工位之間距離較近，未設置有效圍擋，存在相互影響;(5)點焊機器人工位的排風罩安裝高度受制于機器人高度，一般在3～3．5m高度，焊接時產生的有害物質在上升過程中擴散至排風罩區域以外。

1．3氣流組織

在風量滿足需求的前提下，增加局部通風是本次改造的關鍵。局部通風采用吸氣罩，利用局部氣流將工作地點產生的較高濃度有害物質在未擴散前進行收集，即通過局部通風系統直接排除工位附近的有害物質，且消耗的空氣量較少，不會對車間大環境產生影響。局部通風分為局部送風和排風兩大類，依據氣流組織方式的不同選擇。局部排風通過排風罩控制煙塵的捕集效率，所以排風罩的形式對局部排風系統的效果具有很大的影響［2］。選擇時應考慮(1)應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，應盡可能減小吸氣范圍，便于捕集和控制;(2)吸氣氣流方向應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，設計時要充分考慮操作人員的位置和活動范圍;(4)排風罩應力求結構簡單、造價低，便于安裝和維護;(5)局部排風罩的配置應與生產工藝協調一致，力求不影響工藝操作;(6)要盡可能避免和減弱干擾氣流、穿堂風和送風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，通風空間的氣流流場也隨之確定，通風過程也就確定，所有流體元素自進入通風空間到離開所經歷的時間(即駐留時間)均值即為定數，若以τ表示，則τ=0!。駐留時間的分布函數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采用示蹤氣體法來測量通風過程時，可以直接采用排風管內的濃度Ce(τ)/Ce(!)來表示駐留時間的分布函數，即:F(τ)=Ce(τ)/Ce(!)式中:Ce(τ)和Ce(!)分別為排風管內時刻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，通風過程就比較慢。當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，通風過程最快。所以對于以排除有害物質為主要目的的室內通風，為了提高通風效率，氣流組織形式應當盡量接近單向流，如采用局部單向流通風、矢流送風及吹吸式通風等［3］。

1．4改造方案

通過以上分析，本著節能與通風的有效性原則，確定采用以下方案:(1)原空調系統不作改動，加設單獨的吹吸式局部排風除塵系統。在手工點焊工位兩側分別設置吹風管與吸風管，以氣體單向流動的形式捕集有害氣體。風管的尺寸根據工位的寬度及流水線的移動速度確定，捕集的有害物質氣體經吸風管送入凈化裝置凈化除塵后，一部分直接排放在車間內以維持車間環境的壓力分布，減少熱濕負荷損失;另一部分經送風機再送回焊接工位。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，在各工位前部加設透明塑料幕條。(3)重新分配點焊機器人工位的排風罩風量，并在各排風罩增加風量調節閥，直接排除聚集在此區域上部的有害煙氣。

2結果

2．1吹吸式局部排風風速測量

測量結果顯示，改造后局部排風風速及控制點風速均符合《工作場所防止職業中毒衛生工程防護設施規范》(GBZ/T194—2007)的相關要求。詳見表1。

2．2有害物質檢測

改造前檢測UNIT焊接區空氣中錳煙(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接觸限值第1部分:化學有害因素》(GBZ2．1—2007)的要求，即所加設單獨的吹吸式局部排風除塵系統有效，改造后既保證了焊接工藝的要求，同時也改善了廠房的環境條件。具體檢測結果見表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、煙塵等物質主要來自電焊條的高溫揮發，其基本的金屬元素、電極涂層、保護氣體、釬焊劑和表面涂層都會有助于形成電焊氣溶膠。高溫揮發出來的金屬顆粒與空氣進行反應，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環境下，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疾病，嚴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境造成污染，因此焊接場所必須采取有效的通風排毒措施。本文選擇的某汽車制造企業裝焊車間UNIT焊接區，采用空調系統保持室內溫度26℃的空氣環境。空調采用上送上回的氣流組織形式，能滿足車間大部分區域的空氣質量要求。但在車間部分區域內，如UNIT焊接區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，均超過國家職業接觸限值的要求。改造的設計原則是采用的通風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到相應衛生標準要求的前提下，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環境，考慮優先選用局部通風治理方式。本次采用在局部焊接區域加設單獨的吹吸式局部排風除塵系統的形式，對焊接區域的有害物質進行凈化處理。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，即所加設單獨的吹吸式局部排風除塵系統有效地控制了焊接有害煙氣擴散，并有助于車間上部煙氣層的排除，改善了車間內空氣質量，保障了作業工人身體健康。

參考文獻:

［1］吳芳谷，呂琳，等．裝焊車間焊接煙塵的危害及治理［J］．安全，2002，23(4):9-11．

［2］孫一堅．簡明通風設計手冊［M］．北京:中國建筑工業出版社，1997．122-124．

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

［4］魏康，何立．關于焊接與相關工藝過程中的有害物質［J］．電焊機，2004，(11):60-64．

［5］GB/T16758—2008，排風罩的分類及技術條件［S］．

作者:張楠 張崢 單位:天津渤海化工集團有限責任公司勞動衛生研究所