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机加工车间油雾产生的危害及其控制技术

作者:广州新瑞环保     来源:www.xinruiep.com     发布时间:2018-10-18 11:25:58

在车、铣、钻、磨等金属加工过程中,由于金属切削液的使用,会在空气中形成大量的油雾颗粒。金属加工润滑剂是一种非常复杂的混合物,它除了含有烃类组成外,通常还可能含有磺酸盐、脂肪胺、硝酸盐、染色剂、杀菌剂等各种化学物质。如果是已经投入使用的润滑剂,由于烃类的氧化、微生物的繁殖或外界杂质的污染,金属加工润滑剂中就有可能含有更多对人体和生态环境有害的化学物质。因此,控制金属加工车间的油雾浓度,是关系到生产企业职业安全卫生的重要措施。

一、金属加工车间油雾产生的机理

为了有效地润滑、冷却和清洗,金属切削液在使用过程中要经历泵循环、喷射与高速旋转的刀具或工件激烈撞击和高温蒸发等过程,这就决定了其油雾产生的原因非常复杂,机械、物理和化学的因素互相交织,共同作用。但是,并非所有因素都对油雾的产生具有决定性影响,加工过程中金属切削液油雾的形成主要可以归因于两种机理,雾化和蒸发:雾化是机械能转化为液滴表面能的过程,主要是由于液体对机床系统内的固定及旋转单元的激烈冲击,被其打碎,形成细小液滴漂浮在工作环境中;蒸发的发生是由于切削区产生大量的热,这些热量传入切削液,使它的温度明显高于饱和温度,在固、液接触面上就发生沸腾并产生蒸汽。这些蒸汽随后以周围空气中的小液滴或其他粒子为核心凝结,形成油雾。

机加工车间油雾

二、油雾的存在形式

金属切削过程可以产生以下3类油雾:

1.由喷射冲击产生的干净油雾,不含固体粉尘。

2.因加热或高速切削的高温导致蒸发或灼烧而产生的烟雾。

3.磨削时金属切削液喷射产生的含磨削粉尘的油雾。

油雾产生的方式不同,其颗粒直径范围也有较大区别。一般情况下,机械雾化过程产生的油雾主要以液滴形态存在,液滴直径范围较宽,通常为2~10μm。蒸发产生的油蒸汽在冷凝过程中也会形成直径非常细小的冷凝悬浮体,粒径通常为2μm以下。医学研究证明,油蒸汽和大颗粒液滴对人体肺部的危害相对较小。以油蒸汽形态存在的油雾被吸入肺部又被呼出,它们并不会被肺泡捕获,而大颗粒的油滴无法通过鼻子和支气管进入肺部。只有以液滴形式存在,且直径小于5μm的油雾颗粒才能顺利到达肺泡,并在肺部沉淀,从而对人体造成较大的危害。

三、油雾的危害

金属切削液油雾的存在使得火灾隐患大大增加,同时在有油雾的地板上滑倒的可能性增加,带油雾的空气排出车间,还会对环境造成污染。金属切削液油雾最大的危害还在于影响接触它的工人身体健康,工人长期暴露在金属切削液油雾中会导致疾病、过敏性皮肤病和恶性肿瘤等疾病,并且可能造成遗传性影响。金属切削液成分复杂,其中的添加剂和污染物都可能作为刺激因素诱发突发性哮喘,恶化原有哮喘的病情,或引起无哮喘病人的气道不适。即使油雾浓度仅为0.41~0.55mg/m³,工人长期接触这种油雾仍会导致慢性支气管炎、胸部不适和气道刺激等。早期并没有对暴露在金属切削液油雾中的工人进行过敏性肺炎方面的研究,然而由于近年患过敏性肺炎的工人数量的激增,长期接触油雾会导致肺炎这一事实得到了研究和证实。同时有关数据也显示金属切削液油雾对工人肺功能会产生影响,并且肺功能下降大多都是不可恢复的。

金属切削液油雾的另一大危害是其致癌的可能性。金属切削液的致癌性主要取决于其添加剂的浓度、受污染情况和使用条件。目前,还没有针对人类进行的金属切削液致癌性方面的研究,虽然对于金属切削液及其油雾使人致癌倾向仍有争论,但以动物为研究对象的试验研究则发现,切削液的油雾能够导致皮肤瘤/皮肤癌刺瘤、肺癌和胰腺癌。

机加工车间油雾

四、国内外关于油雾控制的法律法规

由于金属加工润滑剂的致病倾向和不可避免地与生产工人的密切接触,美国政府工业卫生学家协会(ACGIH)于20世纪60年代初就提出了车间油雾最高限值为5mg/m³的控制标准。其他一些国家如英国、澳大利亚、比利时、民主德国、意大利、荷兰、瑞士也都相继制定了5mg/m³的金属加工润滑车间油雾限值。日本、芬兰、瑞典制定了3mg/m³的限值。1998年,美国国家职业安全与健康协会提出了金属加工润滑剂油雾控制限值为0.5mg/m³控制标准,并认为此标准接受了严格的审查、讨论和实际应用,被广大业主视为一个合情合理的指导线,随后被职业安全与健康管理委员会金属加工液标准顾问委员会认可。

我国近年来相继出台了许多环保和职业保护的法定标准,GBZ1-2002《工作场所有害因素职业接触限值》中规定了329种化学物质的最高限量,但是对于普通的生产企业来讲,很难了解润滑剂产品中都含有哪些化学物质,即使知道了化学物质的品种,靠工厂去测试空气中的那么多化学物质也是一件很困难的事情,因此相比之下,测试空气中油雾浓度更便于操作与控制,我们可以暂时参考国外0.5mg/m3的限值规定。

五、国内外机加工车间油雾控制的现状

对美国的大型汽车制造厂生产车间金属加工液油雾情况进行的测试表明,在10年以前,美国大型汽车制造厂大部分已经将金属加工液油雾浓度控制在0.5mg/m3以下。而我国随着经济的发展,对加工车间油雾危害的认识也在逐步深入,相当多的国内企业也开始在新建项目中考虑实施油雾净化系统,保护工人的健康。根据我院所做的或参与过的6家国外加工车间项目及13家国内加工车间项目的油雾净化情况统计,6家国外加工企业中有5家对对车间内油雾进行了净化处理,在13个国内加工车间项目中有9个采取了集中的或者单机的油雾净化措施,并且根据对项目后的回访情况,以上实施油雾净化的车间内的卫生环境均有了大幅度的改善。

控制车间大气中的油雾颗粒浓度主要有机械和化学两种方法。机械方法包括安装排风扇、油雾捕集器、在机床周围设置防护罩或防溅挡板等同时为满足环保要求,排出的气体应对油雾进行过滤处理,油雾过滤器是完成这一任务的重要设备,质量良好的设备油雾捕集率可达到98%以上。我院所做或参与一系列加工车间项目采用的均是机械油雾净化方法,采取排风罩将加工中心内的油雾就地补集,由风机抽到集中的或者单机的油雾净化器,经过净化器内特殊的滤料过滤处理后排放。排放的方式分为两种,一种是接至车间外15m高空排放,满足规范要求,另一种是在出风口增加高效过滤器直接排到车间内。

目前的油雾净化器采用有静电和分离膜等多种方法处理油雾。静电净化的原理是采用电晕放电的方法,将空气电离,使空气中的油烟雾粒子带上电荷,并通过电场使带电粒子在电场力的作用下向放电极运动,放电后堆积从而回收,而排出则是洁净空气。静电式油雾净化器的特点是:装置的小型化(占地面积与机床控制柜相当),方便配置于任何设备旁边,适合多台设备的净化要求。油雾分离膜过滤层共有三层,第一层为金属过滤网,拦截大颗粒油滴和固体物质,第二和第三层为油雾分离膜层,吸附较大颗粒的油滴。油雾分离膜应用聚合表面活性剂技术,能快速吸附空气当中的碳氢化合物(包括脂肪、油污和油脂)、雾状有机物、机加工油雾、油烟、霉菌、微生物和微粒,并将这些污染物从废气中永久地分离出来。它能降低油滴的接触角,很容易快速吸附油滴,同时,不会堵塞,即使饱和了也基本上不产生压降。油雾分离膜过滤层拦截下来的油滴通过废油排放口进入集油槽或集油桶。化学法是采用特殊的低油雾机加工润滑剂,这里不进行深入讨论。

机加工车间油雾

六、工程实例

1.安徽江淮汽车股份有限公司年产10万台自动变速箱项目。在本项目中,机加工车间自动变速器的缸体、缸盖生产线大部分采用先进的生产设备,由机械加工和净化装置两部分组成的箱式密封生产装置,机加工方式为湿式,加工过程产生的少量皂化油雾通过设备自身携带的净化装置,将产生的油雾收集后,经过离心除油、滤料吸附净化(净化效率可达98%)后,废气就地室内排放,废机油收集后外卖。通过类比调查,废气中油雾原始浓度约为30mg/m3。拟建项目变速器的缸体、缸盖生产线机械加工过程产生的皂化油雾废气量为10000m3/h,废气中油雾原始浓度约为30mg/m3,经净化处理后油雾排放浓度为0.6mg/m3,年排放量为0.00452t/a,对外环境影响较小。

2.奇瑞汽车有限公司年产40万台发动机改扩建项目。本项目机械加工车间的废气治理措施为将加工机床、清洗机等设备产生的油雾经设备自带的过滤装置治理后直接排入室内,环境影响评价结论为:奇瑞汽车有限公司第二发动机厂项目增产40万台/年发动机项目,符合我国的产业政策,符合清洁生产要求,项目清洁生产达到本行业国内先进水平,与城市规划的产业布局完全相符。在采取相应环保措施后,各项污染物排放稳定达标,对环境的影响均在标准允许的范围。综上所述,项目建设在环境上是可行的。

七、结论

机加工车间切削液油雾产生的危害已经引起了全世界的充分重视,而设置油雾净化系统虽增加了项目投资,但是可以大幅度降低油雾的危害,提高劳动安全卫生水平,减少大气污染物的排放,已经成为一种发展趋势。我国也应加快相应的工作,制定出对油雾的控制标准,对工程设计和实施进行指导,保护劳动者的健康。

(本文作者:韩志峰,机械工业第四设计研究,来源:《工业技术》)

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