滤筒除尘器|布袋除尘器|油雾过滤器|防爆除尘器|焊烟净化器|打磨除尘器|有机废气处理首选广州新瑞环保设备厂家!

液压支架结构件焊接车间焊烟整体净化与治理

作者:广州新瑞环保     来源:www.xinruiep.com     发布时间:2018-09-28 15:52:37

摘要:通过查阅大量文献,依据焊接车间具体情况,结合国内外最新的研究成果及实用技术,针对焊接机器人焊接过程中产生的烟尘、粉尘,从焊接污染的形成、特点及危害入手,提出切实可行的液压支架结构件焊接车间焊烟整体净化的环境治理对策。

关键词:液压支架结构件;焊接车间;焊烟;整体净化;焊烟治理

1引言

液压支架是用来控制采煤工作面矿山压力的结构物,是我国煤矿综合机械化采煤工作面最主要的技术装备之一,而且是装备数量最大的产品。我国煤炭机械设备市场一直处于迅猛上升趋势,而液压支架作为煤炭企业建设高产、高效、安全采煤矿井,实现采煤机械化不可或缺的关键设备,至2015年在我国的市场需求将超过45亿元。

液压支架材料多为热轧钢,常用Q235,Q420,Q460等型号钢材。由于液压支架所用钢板比较厚,焊接对速度稳定性要求比较高,焊枪相对焊缝的速度应恒定,但焊接速度相对其他机械加工方式较低,一般情况下只有0.05~0.5m/s,而焊接过程是一个复杂的加热相变过程,必须通过焊接电流、电弧电压、焊接速度等诸因素的合理匹配,才能保证焊缝质量,减少脆化现象。

在液压支架生产中采用焊接机器人,不仅能大大降低工人的劳动强度,提高焊接生产效率,改善焊接劳动条件等,而且能够保证焊接过程的稳定性和焊接件质量。因此,液压支架引用机器人焊接已是大势所趋,但焊接过程中会产生大量的焊接烟尘、粉尘,不但损害焊接机器人设备,减短加工设备的寿命,影响产品加工精度,而且严重污染工业环境,损害企业形象,对工人的身心健康也有一定影响,因此治理机器人焊接过程中产生的烟尘迫在眉睫。

焊接车间焊烟整体净化与治理

2液压支架结构件焊接车间污染现状

在液压支架制造过程中,最重要的一个生产工艺环节是焊接工艺。在焊接过程中,焊烟对人体的危害主要表现在尘肺、金属元素的微粒污染、蒸汽中毒以及热危害。对于夏热冬冷地区,如何处理热危害是一个值得探讨的问题。为此,以某地一个实际工程为例,简述液压支架结构件焊接车间焊烟的治理,并利用置换通风技术,完成对有害物及热危害进行处理。置换通风技术是指将空调末端细分到每个工作位置上,工作人员可以通过对空调送风量、送风方向、送风速度以及送风温度等参数的调节,来达到工作区域内对空气温度、湿度、污染物浓度以及气流速度的控制要求,从而满足工作人员的舒适度,并有效地节约能源。

焊接车间的污染按不同的形成方式,可以分为化学有害污染和物理有害污染两大类。

2.1化学有害污染

化学有害污染是指焊接过程中形成的焊接烟尘和有害气体

2.1.1焊接烟尘

焊接烟尘是由金属及非金属物质在过热条件下

产生的蒸汽经氧化和冷凝而形成的。因此电焊烟尘的化学成分,取决于焊接材料(焊丝、焊条、焊剂等)和被焊接材料的成分及其蒸发的难易。焊接烟尘的特点如下:

(1)焊接过程总是产生气态和颗粒状有害物质;

(2)焊接产生的悬浮在空气中的颗粒非常小,烟尘呈碎片状,粒径一般小于1µm;

(3)有害物质总是以混合物的形式出现,是一种气溶胶,焊接烟尘的茹性大,密度小于空气;

(4)焊接、切割产生大量的热量,因而焊接烟尘的温度较高,在排风管道和滤芯内,空气温度为60~80℃;

(5)焊接过程的发尘量较大,据统计1个焊工操作1天所产生的烟尘量60~150g;

2.1.2有害气体

有害气体是焊接时高温电弧下产生的主要有臭氧、氮氧化物、一氧化碳、氟化物及氯化物等。

2.2物理有害污染

物理有害包括噪声、高频电磁辐射和光辐射。

2.2.1噪声

焊接车间的噪声主要是等离子喷涂与切割过程中产生的空气动力噪声,它的大小取决于不同的气体流量、气体性质、场地情况及焊枪喷嘴的口径。这类噪声大多数都在100dB以上。

2.2.2高频电磁辐射

高频电磁辐射是伴随着氢弧焊接和等离子焊接的扩大应用产生的。当等离子焊和氧弧焊采用高频振荡器引弧时,振荡器要产生强烈的高频振荡,击穿钍钨极与喷嘴之间的空气隙,引燃等离子弧。另外,又有一部分能量以电磁波的形式向空间辐射,形成了高频电磁场,对局部环境造成污染。高频电磁辐射强度取决于高频设备的输出功率、高频设备的工作频率、高频振荡器的距离、设备以及传输线路有元屏蔽。

2.2.3光辐射

在各种焊接工艺中,特别是各种明弧焊、保护不好的隐弧焊以及处于造渣阶段的电渣焊,都要产生外露电弧,形成光辐射。光辐射的强度取决于以下因素:焊接工艺参数、焊接方法、距施焊点的距离以及相对位置、防护方法。

总之,焊接车间的烟气污染应从污染源、传播途径、有害气体净化处理等方面进行综合治理。污染的治理应结合车间工位的具体情况制作控制烟气方案,不能脱离实际,影响正常的生产操作。治理方案的制定应充分考虑在保证处理效果的前提下,设计采用高效节能的一体化设备,从而达到符合环保、节约投资、减少操作费用的目的。

焊接车间焊烟整体净化与治理

3焊烟治理达到的最低设计标准

焊接车间在室内地坪标高4.0m以下为空调区域,其完成时达到的技术指标为:

(1)车间空气中综合粉尘最高容许浓度≤6mg/Nm3;

(2)一氧化碳短时间接触容许浓度运33mg/m3;

(3)二氧化碳加权平均容许浓度≤9000mg/m3;

(4)二氧化碳短时间接触容许浓度≤1800mg/m3;

(5) 保证每人每小时不少于30m3的新鲜空气量;

(6)车间的空气调节工作地带夏季空气温度不超过30℃,不低于24℃,全年最大相对湿度≤65%。夏季室内设计工况:温度26℃,相对湿度≤60%;

(7)消除飘浮在2~4m高度的烟尘及飘尘;

(8)车间生产时,厂房内空气的清洁度达到《工业企业设计卫生标准》(GBZ1~2010)及《工业场所有害因素职业接触限值》(GBZ2~2002)要求中的有害粉尘浓度不超过6mg/m3,工作区以上焊接烟尘没有聚集及明显烟雾现象;

(9)烟尘经过净化后排放到空气中的气体应符合《大气污染物综合排放标准》(GB16297~1996)要求;

(10)保证室内气压略高于室外气压,并小于3Pa,防止室外湿空气渗人,在保证室内卫生及人员作业新风量要求前提下,尽可能减少新风量,减少能耗。每天系统重新启动后应在60min内达到室内设计参数要求;

(11)室内焊接区域风速以不影响氧气保护焊接质量为前提,在焊接区域的风速≤0.5m/s(送风口的面风速在2m外要降低到0.5m/s以下)。

4液压支架结构件焊接车间焊烟治理

4.1全面通风换气量确定

通风量的确定是通风系统设计的核心问题,它直接影响车间的空气质量,还影响通风系统的能耗、设备的投资及运行费用。在我国现有的设计规范中,并没有焊接厂房关于烟尘通风量的具体规定。影响通风量设计的因素有车间内污染物允许限值与污染物的产生量。

在容积为V的房间内,污染源单位时间内散发的污染物量为M,通风系统开动前空气中污染物的浓度为C1,如果采用全面通风稀释室内空气中的污染物,根据质量守恒定律,可建立室内污染物进出平衡方程。在任何一个微小的时间间隔dτ内,室内得到的污染物量(即污染源散发的污染物和送风空气带人的污染物)与从室内排除的污染物量之差,应等于整个房间内增加(减少)的污染物量,即:

GC0dτ+Mdτ~GCdτ=VdC

式中,G为全面通风量,m3/s;C0为送风空气中污染物的浓度,g/m3;C为在某一时刻室内空气中污染物浓度,g/m3;M为室内污染物散发量,g/s;V为房间容积,m3;dτ为某一段无限小的时间间隔,s;dC为在dT时间内室内污染物浓度增量,g/m3。


如果在T秒内,室内空气中污染物浓度从C1变成C2,则

焊接车间焊烟整体净化与治理

4.2新风量的确定

根据《工业企业设计卫生标准》(GBZ1~2002),工作场所每名工人所占容积小于20m3的车间,应保证每人每小时不少于30m3的新鲜空气量;如所占容积为20~40m3时,应保证每人每小时不少于20m3的新鲜空气量;所占容积超过40m3时,允许门窗渗入的空气来换气。由于液压支架车间工作人员所占空间远大于40m3,不需考虑新风量。

4.3通风耗热量

现代工业厂房采用轻钢结构,施工时间短,厂房长度、宽度、高度都较大,围护结构封闭良好。因太阳辐射及工艺设备发热,车间温度高,而且根据焊接工艺要求要保持一定的相对湿度。特别是北方地区冬季通风热损失巨大,为了节能应采用循环处理方式排除焊接烟尘。

4.4焊烟整体净化方案

治理焊接烟尘的目的:一是使室内有害污染物的浓度小于国家强制性标准所规定的车间空气中焊接烟尘卫生标准(电焊烟尘最高容许浓度为6mg/Nm3);二是排向大气的污染物浓度达到环保要求。由于液压支架焊接构件大多尺寸大、板材厚、焊接工艺复杂,焊接过程难度很大。产品的主体部件都是几何形状比较复杂的多箱形结构,焊缝多为三维直线和少量的弧线,且数量多,路径不规则;焊缝的形状和尺寸多变,焊接操作时需旋转,且车间上部有天车运行,一般排风罩无法布置,故对于既需治理焊接烟尘又需空调的车间,可将除尘与空调结合起来,采用全面通风系统+循环过滤系统,气流组织为置换通风,过滤器采用初效、高效过滤器,附加碳吸附方法。为了节能,不同季节调整新风量,在夏季可全新风运行。

初效过滤器用于处理新风与回风中的粉尘颗粒,主要处理大于5μm的颗粒,过滤器材质采用纤维类。

高效过滤器采用聚四氟乙烯覆膜聚脂滤料,该材料是一种高科技产品,具有高的化学稳定性、表面极其光滑、极低的摩擦系数、耐高低温、抗腐蚀、耐酸碱、防老化又憎水性、持久耐用的特点。它的微孔结构可在特殊条件下经机械拉伸得到,而丝毫不改变其原有特性。微孔过滤覆膜孔径可控制在0.2~0.3µm,过滤方法属于膜表面过滤。在过滤时膜表面截留的粉尘很容易剥落,其通气量能长时期保持在同一水平上。由于覆膜滤材是用其光滑不黏的表面截留粉尘,利用这一特性不仅可以节约脉冲清灰系统的压缩空气量,又可避免烟尘对薄膜基布的磨损,延长了滤筒的使用寿命,同时为设备提供最低而平稳的压差。覆膜式滤筒面积大、体积小,能降低能量损耗,加大气流量,延长保养时间。所以高效覆膜聚脂滤筒是焊接烟尘收集系统的最佳选择。

活性炭用于吸附空气中的气体污染物,主要用于处理气体污染物CO,NOx,O3,空气中的N2,O2,CO2。活性炭的微孔面积大,700~2000m2/g,可通过再生重复使用。

5焊烟整体净化气流组织

根据对高大厂房的焊接烟尘的观察,发现焊接烟尘由工作区上升后,随热气流升腾,并卷吸周围空气,最终会弥漫并悬浮聚集在车间的某一高度便不再上升。聚集高度8~10m,因此将回风口设置在顶部,有利于烟尘排除的总体效果。另外,液压支架结构件焊接车间跨度大,送风距离长,而焊接工艺要求焊接工位风速不能大于0.3m/s。

置换通风特点为“三低一高”,即低位送风、低送风速、低送风温差、高位排(回)风。置换通风是利用空气密度差而在室内形成由下而上的通风气流,在有热源的车间,由于在高度上具有稳定的温度梯度,将新鲜空气以极低的流速(υ<0.2~0.5m/s)从风口流出,向车间内补充少量的新风量,使温度低于室温2~4℃,送风的密度大于室内空气的密度。送入室内下部的工作区(1.8m以下空间),低温的新风在重力作用下先是下沉,随后慢慢扩散并蔓延到全室,地面上形成一层薄薄的空气层,称其为空气湖。而室内热源(人员及设备)产生的热气流,由于浮力作用而上升,并不断卷吸周围空气,空气湖中的新鲜空气受热源、与污染源上升气流的卷吸作用、后续新风的推动作用及排风口的抽吸作用而缓慢向上移动,形成类似于向上的活塞流的单向流动,工作区的污浊空气被后续的新风所取代。车间内的热源(人员、电源、焊接及切割)在置换流的上方形成向上的热烟羽,由于热烟羽所引起的垂直流运动要强于置换流口。部分空气会形成回流;但由于该气流已被加热,因此不能下降到空气湖处。因此,置换通风形成了热力分层现象,当达到稳定时,室内空气在温度、浓度上便形成两个区域:上部紊流混合区和下部单向流动清洁区,靠近地面处为置换流区(空气的质量近于送风),上方为混合流区,见图1。

焊接车间焊烟整体净化与治理

最终室内热浊的空气被后续的新鲜空气抬升到车间顶部,并被设置在上部的排风口排出。采用集中回风方式,收集污烛的回风进行有效的净化处理,置换通风的通风效率通常大于1(见图2)。

焊接车间焊烟整体净化与治理

为保证工作区域相对洁净度,送风筒采用可调式柱型送风筒,在厂房立柱1.0~2.0m高度布置送风筒,新鲜空气从送风筒以低速气流送出,风速在0.3m/s左右。夏季送凉风,送风方向朝上,低温新风在重力作用下下沉,工作区域热气流上浮形成对流,将含尘气体带向厂房上方;春秋过渡两季送风温度与室内温度相关不大,送风方向保持水平,热源产生的热气流带动脏空气上升;冬季送暖风,送风方向朝下,利用送风时的压力以及热空气本身的浮力将脏空气挤向厂房上方,充分利用冷热空气密度的差别,达到最佳的气流组织。焊接烟尘专用送风筒送风量大、送风速度低、送风距离远,较低的送风速度确保不会吹散气体保护焊的保护气体,从而保证了焊接质量。

6结论

目前,采用置换通风整体治理液压支架结构件焊接烟尘技术项目已投产,经生产负荷运行,工作区污染物浓度、温度、湿度均符合技术要求,空气品质好,人体感觉舒适。因此,采用置换通风方式、PTFE滤筒与空调系统工程相结合,烟尘经高效过滤段净化后,排出20%回风,80%新风与回风混合后,冬季经加热送人厂房内,夏季全新风运行,春秋过渡季新风量在20%~80%范围内运行,是液压支架结构件焊接车间焊烟治理的有效方法,也有利于节能、节约工程费用和运行成本,值得推广。