摘要：本文結(jié)合上海市永恒力叉車制造有限公司的除塵系統(tǒng)改造項(xiàng)目，介紹了叉車焊接線焊煙除塵系統(tǒng)改造情況，對(duì)除塵系統(tǒng)運(yùn)行的主要流程進(jìn)行了分析，并且對(duì)于叉車制造電焊車間中存在的PM2.5污染問題進(jìn)行了分析，提出了三個(gè)主要的除塵改造方案，分別是整體通風(fēng)置換除塵、區(qū)域隔斷除塵以及點(diǎn)源除塵等，最后對(duì)于檢測結(jié)果進(jìn)行了分析研究，可供有關(guān)單位參考。

0 引言

在進(jìn)行叉車電焊車間焊接操作過程中，大量的粉塵會(huì)伴隨著產(chǎn)生，如何對(duì)作業(yè)環(huán)境中的粉塵含量進(jìn)行控制，對(duì)于生產(chǎn)過程具有重要意義。焊接煙塵的產(chǎn)生過程為過熱，蒸發(fā)，氧化，冷凝，液態(tài)金屬和非金屬物質(zhì)蒸發(fā)的高溫蒸汽被迅速氧化和冷凝生成的煙塵粒子稱為一次粒子，一次粒子基本形態(tài)呈球狀，一次粒子隨著溫度的降低，迅速有幾十個(gè)或幾百個(gè)聚合在一起形成所謂二次粒子。下文將以實(shí)際案例對(duì)叉車電焊車間的除塵系統(tǒng)改造策略進(jìn)行分析。

1 項(xiàng)目概況

本項(xiàng)目為叉車焊接線電焊煙塵除塵系統(tǒng)改造，實(shí)施地點(diǎn)為上海市青浦工業(yè)園區(qū)崧澤大道10888號(hào)的永恒力叉車制造(上海)有限公司，主要從事電動(dòng)叉車的制造和維修。年生產(chǎn)各類電動(dòng)叉車15000臺(tái)。公司擁有叉車裝配線6條，自動(dòng)靜電粉末噴涂線一條，電焊機(jī)60臺(tái)。電焊區(qū)域位于整個(gè)聯(lián)合廠房中部，南側(cè)有工程測試區(qū)，中間采用雙層彩鋼板隔墻分隔。

目前該車間擁有8條焊接生產(chǎn)線，5套除塵系統(tǒng)，采用點(diǎn)除塵的方式，每個(gè)焊接工位設(shè)置一個(gè)吸氣臂，通過管道進(jìn)入除塵系統(tǒng)進(jìn)行過濾，過濾后的空氣4臺(tái)在室內(nèi)排放，1臺(tái)室外排放。濾筒采用中效過濾，由于二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊的焊接煙塵大粒徑通常為1μm，因此除塵器的過濾效率低于70%。經(jīng)測定焊接車間內(nèi)2米以下(呼吸帶)的PM2.5濃度400-700μg/m3，車間內(nèi)空氣嚴(yán)重污染。同時(shí)由于物流通道的快速門頻繁開閉，焊接車間內(nèi)的粉塵影響到邊上的噴涂車間和裝配車間的空氣，導(dǎo)致這兩個(gè)車間的PM2.5濃度達(dá)到150-300μg/m3的重度污染。為了解決車間污染問題，同時(shí)對(duì)新增的3條焊接生產(chǎn)線安裝除塵系統(tǒng)，因此開展了焊煙除塵系統(tǒng)改造項(xiàng)目，對(duì)于車間內(nèi)存在的PM2.5進(jìn)行改善。

另外，由于焊接件為碳鋼件，表面存在油污，經(jīng)高溫后，油煙會(huì)隨焊接煙塵進(jìn)入除塵器濾筒，導(dǎo)致現(xiàn)有的濾芯使用壽命短，一般在3個(gè)月需要更換，每年的濾筒更換耗費(fèi)大。電焊產(chǎn)生的高溫焊渣會(huì)存在被風(fēng)機(jī)吸附到濾筒表面，引燃濾筒表面油污，導(dǎo)致除塵器發(fā)生火災(zāi)的風(fēng)險(xiǎn)。

2 車間內(nèi)的PM2.5原因分析

通常用PM2.5來表示每立方米空氣中這種顆粒的含量，這個(gè)值越高，就代表空氣污染越嚴(yán)重。本文針對(duì)叉車生產(chǎn)電焊車間中存在的PM2.5污染問題，對(duì)焊接車間PM2.5開展了檢測作業(yè)，并且分析現(xiàn)有的除塵系統(tǒng)的運(yùn)行狀況。最終確定焊接車間內(nèi)的PM2.5高的主要原因有以下幾方面：首先是焊接車間的除塵器共五臺(tái)，除塵器管道T型連接，影響到吸氣臂風(fēng)量和罩口的風(fēng)速，導(dǎo)致吸氣臂罩口20cm處的風(fēng)速<0.2m/s，除塵效果不佳;其次除塵器采用的是中效過濾濾筒，處理焊煙的效果不佳，室內(nèi)排放的四臺(tái)除塵器出口PM2.5濃度400-700μg/m3;最后整個(gè)廠房采用鍍鋅彩鋼板作外墻，不設(shè)窗戶，焊接車間處于聯(lián)合廠房的正中央，自然通風(fēng)不足。導(dǎo)致焊接車間內(nèi)的PM2.5偏高，同時(shí)通過物流通道門，焊接車間的污染空氣進(jìn)入噴涂和總裝車間，影響到這兩個(gè)車間的空氣質(zhì)量。

3 除塵系統(tǒng)運(yùn)行流程

在本項(xiàng)目采用了點(diǎn)源除塵的改造方案，具體除塵系統(tǒng)的運(yùn)行流程為車間在進(jìn)行焊接過程中生產(chǎn)的焊煙通過萬向吸氣臂進(jìn)行吸收，然后通過系統(tǒng)管路進(jìn)入到濾筒除塵器中進(jìn)行過濾除塵，凈化后到空氣通過尾部管路和變頻風(fēng)機(jī)在15m高空達(dá)標(biāo)排放。管路中通過滑石灰噴粉機(jī)進(jìn)行預(yù)噴粉，利用滑石粉吸附油煙，延長濾筒的使用壽命。在除塵器內(nèi)增加添加消防噴淋系統(tǒng)，溫度傳感器對(duì)除塵器內(nèi)的溫度進(jìn)行監(jiān)控，超過溫度進(jìn)行報(bào)警并啟動(dòng)除塵器內(nèi)的消防噴淋系統(tǒng)進(jìn)行滅火。

4 改造方案分析

4.1 整體通風(fēng)置換除塵

本項(xiàng)目針對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)，在車間內(nèi)設(shè)置送風(fēng)系統(tǒng)，在地面高度2m處設(shè)置送風(fēng)口。6-8米處設(shè)置回風(fēng)管道和回風(fēng)口，將除塵器設(shè)置在廠房外，受污染的空氣經(jīng)風(fēng)管通到外部除塵器進(jìn)行處理，并設(shè)置15米高的煙囪。焊煙除塵器工作原理為內(nèi)部高壓風(fēng)機(jī)在吸風(fēng)管罩口處形成負(fù)壓區(qū)域，焊接煙塵在負(fù)壓的作用下由吸氣臂進(jìn)入焊煙除塵器主體，進(jìn)風(fēng)口處阻火器阻留焊接火花，煙塵氣體進(jìn)入焊煙除塵器主體凈化室，高效過濾芯將微小煙霧粉塵顆粒過濾在焊煙除塵器過濾室，凈化的空氣純度可達(dá)到國家要求的室內(nèi)氣體排放標(biāo)準(zhǔn)。

整體廠房通風(fēng)除塵系統(tǒng)由回風(fēng)系統(tǒng)、組合式除塵系統(tǒng)、送風(fēng)系統(tǒng)組成，其中組合式除塵系統(tǒng)由回風(fēng)段、高效過濾段、回風(fēng)機(jī)段、排風(fēng)段、新風(fēng)調(diào)節(jié)段、初效過濾段、制冷/熱段(選配)、送風(fēng)機(jī)段和出風(fēng)段組成。處理后空氣可以通過15m煙囪高空排放，也可以在初效過濾段增加活性碳過濾，以去除焊接煙塵中的NO，O3等氣體異味，重新送風(fēng)段，通過送風(fēng)管道送入車間，風(fēng)機(jī)風(fēng)量28萬m3/h。除塵系統(tǒng)中可以選擇設(shè)置空調(diào)系統(tǒng)，調(diào)節(jié)焊接車間內(nèi)冬季和夏季的溫度。除塵系統(tǒng)預(yù)算安裝費(fèi)560萬元(含空調(diào)786萬元)，年運(yùn)行成本150萬元(含空調(diào)250萬元)。

該方案優(yōu)點(diǎn)可以使4m以下的空氣PM2.5控制在250μg/m3以內(nèi)，系統(tǒng)可以增加空調(diào)系統(tǒng)，在冬季和夏季可以調(diào)節(jié)焊接車間內(nèi)的溫度，改善作業(yè)條件?；仫L(fēng)經(jīng)過高效過濾和活性碳過濾后，將潔凈空氣重新送入焊接車間，起到節(jié)能作用。春秋季可以改用全新風(fēng)系統(tǒng)，減少活性碳的消耗。缺點(diǎn)是一次性投資成本高，能耗大，每年的運(yùn)行費(fèi)用高。4米以上的空氣PM2.5濃度較高，但不在人體的呼吸帶，不影響焊接車間內(nèi)人員的呼吸。

4 . 2 區(qū)域隔斷除塵

本項(xiàng)目在焊接線行車框架上加裝阻燃型有機(jī)玻璃板， 將11 條焊接線分成8 個(gè)隔間。每個(gè)隔間底部通過焊接遮光垂簾與地面的進(jìn)風(fēng)， 頂部設(shè)置集煙排塵口，通過金屬預(yù)過濾網(wǎng)過濾后， 經(jīng)15m 煙囪外部排放。風(fēng)量設(shè)計(jì)按照《采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》( GB50019 - 2003 ) 中工業(yè)生產(chǎn)車間換氣公式：

換氣次數(shù)( 次/ 小時(shí)) × ( 室內(nèi)面積(m2 ) × 室內(nèi)的高度(m ) ) = 室內(nèi)總風(fēng)量(m3 / h )

按照《潔凈廠房設(shè)計(jì)規(guī)范》( GB50073 - 2013 ) 的換氣標(biāo)準(zhǔn)， 設(shè)計(jì)換氣次數(shù)20 次/ 小時(shí)。

按照現(xiàn)有8 條焊接生產(chǎn)線的布局， 以及新增3 條焊接生產(chǎn)線的布局， 背靠背的焊接線合并成一個(gè)隔斷， 將11 條焊接線分隔成8 個(gè)隔間。隔斷除塵系統(tǒng)預(yù)算安裝費(fèi)600 萬元， 運(yùn)行成本65 萬元。

該方案的優(yōu)點(diǎn)： 每年的運(yùn)行成本低， 金屬過濾網(wǎng)可重復(fù)使用。缺點(diǎn)： 一次性投入成本高， 金屬過濾網(wǎng)的過濾效率低， 雖然能滿足《大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》( DB31 / 933 - 2015 ) 標(biāo)準(zhǔn)中20mg /m3 濃度標(biāo)準(zhǔn)， 但隨著環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)的日趨嚴(yán)格， 今后改造成本高。如直接選用高效過濾模塊， 則系統(tǒng)壓差將增大， 需要選用功率更高的風(fēng)機(jī)， 則一次性投資成本將進(jìn)一步增加， 每年需更換過濾模塊， 運(yùn)行成本也將增加。

4 . 3 點(diǎn)源除塵

點(diǎn)源除塵是在距離焊接煙塵產(chǎn)生點(diǎn)周邊一定距離設(shè)置吸塵罩口， 將產(chǎn)生的焊接煙塵在源頭吸掉。相比整體除塵和隔斷除塵通過空氣置換的治理方式， 點(diǎn)源除塵屬于源頭治理， 除塵系統(tǒng)使用的風(fēng)量小， 能耗低的優(yōu)點(diǎn)。點(diǎn)源除塵系統(tǒng)在每個(gè)焊接工位設(shè)置萬向吸氣臂，吸氣臂連通除塵管道， 管道末端設(shè)置除塵器， 焊接煙塵經(jīng)高效濾筒過濾后， 通過排放總管進(jìn)行高空排放。也可以在除塵器尾端增加活性碳除去異味， 經(jīng)過濾的空氣在室內(nèi)排放。

萬向吸氣臂罩口30cm 處截面捕捉風(fēng)速為0 .5m/ s ，吸氣臂管徑DN160mm ， 管內(nèi)風(fēng)速設(shè)計(jì)為12 - 15m / s ， 單個(gè)萬向吸氣臂的設(shè)計(jì)吸塵風(fēng)量為1200m3 / h 。新增3 條線的吸氣臂共16 條， 設(shè)計(jì)余量10% ， 除塵系統(tǒng)設(shè)計(jì)風(fēng)量Q= 16*1200*1 . 1 = 21120m3 / h 。

風(fēng)量Q1 = 22000m3 / h ， 系統(tǒng)全壓： 3150Pa ; 按照風(fēng)機(jī)的性能曲線， 選用功率30kW , 的變頻電機(jī)。除塵器選型Donaldson DFO3 - 24 ， 由于引入焊接機(jī)器人替代人工焊接已提上議事日程， 因焊接機(jī)器人自帶除塵系統(tǒng)， 因此原有的8 條焊接線使用的5 套除塵系統(tǒng)繼續(xù)沿用。因原有的5 套除塵系統(tǒng)的管路設(shè)計(jì)問題， 部分管路連接方式采用T 形連接。因此對(duì)五套除塵系統(tǒng)的管內(nèi)風(fēng)速進(jìn)行了測量， 結(jié)果如下圖1 所示：

根據(jù)現(xiàn)場測算管內(nèi)風(fēng)速， 目前本套除塵系統(tǒng)實(shí)際使用風(fēng)量為： 8000m3 / h ， 其中7 條吸氣臂管內(nèi)風(fēng)速低于有效除塵要求12m / s 的管內(nèi)風(fēng)速。風(fēng)量不足， 及管內(nèi)風(fēng)速完全達(dá)不到設(shè)計(jì)所需及平衡要求， 管路系統(tǒng)設(shè)計(jì)不合理， 大部分三通斜插口均為直插， 導(dǎo)致系統(tǒng)阻力增大。

因此將原有管路重新設(shè)計(jì)， 萬向吸氣臂接口與支管的斜插口三通改為30 ° ~ 45 ° 斜插口三通; 管道彎頭使用2D ， 管道系統(tǒng)嚴(yán)格按照使用風(fēng)量進(jìn)行變徑優(yōu)化設(shè)計(jì)如下圖2 所示。

經(jīng)除塵器除塵之后， 匯入總管， 總管尾端設(shè)置一臺(tái)大功率風(fēng)機(jī)， 在車間中部設(shè)置鋼結(jié)構(gòu)平臺(tái)和15 米煙囪。受污染空氣經(jīng)除塵器除塵后， 匯入總管后， 通過總管尾端的風(fēng)機(jī)和煙囪高空排放。

預(yù)算安裝費(fèi)160 萬元， 運(yùn)行成本100 萬元。該方案的優(yōu)點(diǎn)是安裝成本低， 能耗小。缺點(diǎn)： 吸氣臂屬于被動(dòng)除塵， 需要焊工進(jìn)行手動(dòng)調(diào)節(jié)， 影響到焊工的作業(yè)效率。

經(jīng)過方案討論和對(duì)比， 并考慮到今后會(huì)引入機(jī)器人焊接系統(tǒng)， 因此本次改造采用點(diǎn)源除塵的方式。并與啟脈協(xié)商確定了施工方案、驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)， 簽訂了項(xiàng)目改造合同。

對(duì)于廠房焊煙除塵系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案來說可以根據(jù)具體情況設(shè)置除塵系統(tǒng)的變頻設(shè)計(jì)， 因?yàn)槊刻壮龎m系統(tǒng)涉及到較多的操作工位， 多數(shù)工作條件下并沒有一直同時(shí)使用， 為了節(jié)省系統(tǒng)的能源損耗， 可以根據(jù)實(shí)際情況設(shè)計(jì)變頻控制系統(tǒng)， 包括電控風(fēng)閥控制按鈕、電控風(fēng)閥、西門子變頻器以及系統(tǒng)控制柜、西門子變頻電機(jī)等。電控風(fēng)閥開啟和關(guān)?？膳c操作相關(guān)設(shè)備控制聯(lián)動(dòng)， 取信號(hào)點(diǎn)， 開機(jī)電動(dòng)風(fēng)閥即開啟， 信號(hào)傳送至變頻器， 變頻器計(jì)算后信號(hào)輸出至變頻電機(jī)調(diào)控所需要的吸塵風(fēng)量。

5 檢測分析

項(xiàng)目于2018 年11 月30 日進(jìn)行驗(yàn)收， 根據(jù)第三方監(jiān)測報(bào)告， 除塵器風(fēng)機(jī)隔音房外的噪聲76dB (A ) ， 焊接煙塵排放濃度1 . 3mg /m3 ， 新焊接線除塵器萬向吸氣臂管內(nèi)風(fēng)速達(dá)到15 - 18m / s ， 罩口30cm 處截面最高風(fēng)速0 . 5m / s 。舊線經(jīng)管道改造， 除塵器出風(fēng)管道末端安裝大功率風(fēng)機(jī)后， 管內(nèi)平均風(fēng)速達(dá)到12m / s ， 車間內(nèi)PM2 . 5 濃度低于250μg /m3 ， 對(duì)于審查發(fā)現(xiàn)的問題， 供應(yīng)商全部整改完畢， 項(xiàng)目順利驗(yàn)收完成。

6 結(jié)論

綜上所述， 對(duì)于叉車焊接車間內(nèi)部存在的PM2.5 污染問題， 應(yīng)當(dāng)對(duì)于原有的焊接除塵系統(tǒng)進(jìn)行改造， 通過對(duì)于整體通風(fēng)置換出塵、區(qū)域隔斷除塵以及點(diǎn)源除塵等三種主要焊接除塵方式進(jìn)行比較選擇， 考慮在車間可能會(huì)引入機(jī)器人焊接系統(tǒng)， 因此采用了點(diǎn)源除塵的改造措施， 施工完成后起到了較為理想的除塵效果。