除尘器

托盘箱焊接车间通风除尘系统设计

作者:广州新瑞环保    来源:www.xinruiep.com    发布时间:2018-12-25 15:05:53

摘要:焊接车间的通风除尘是对作业人员非常重要的劳动保护措施之一。本文介绍了大连某物流公司托盘箱焊接车间通风除尘系统的设计思想及技术参数,包括排风罩口的设计、除尘器的比选内容、通风管网的设置原因,风机房的布置。并介绍了该通风除尘系统的结构特点、设计方法等。通过卫生学监测,证明该车间设计安装的通风除尘系统达到了设计要求,满足了国家标准。同时文中还对设计中的得失及车间工艺布置的改进之处进行了探讨,提出了作者的改进意见及建议。

关键词:托盘箱焊接;通风除尘;除尘系统设计;

位于大连开发区的某物流公司托盘箱焊接车间是原有车间的迁址重建。原有车间焊接设备没有通风除尘设备,随着该车间焊接任务的增加,整个车间几乎完全被焊接烟尘笼罩,工作环境恶劣,粉尘含量严重超标。该车间准备在重建的同时加装通风除尘系统,铁科院环控劳卫所受其委托进行车间通风除尘系统的设计与安装施工工作。系统设计施工完毕至今已超过2年的时间,设备运行正常,除尘效果良好,除尘能力达到了设计要求,烟尘排放也达到了国家标准,系统运行时不影响焊接工作的正常进行,得到了建设单位的认可和现场工人的好评。

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1 通风除尘系统设计的原则

1.1 通风方式选择

焊接车间的除尘有多种方法,如改变工艺流程、采用低粉尘量焊接材料、全封闭焊接、机械化操作、通风除尘等。采用车间通风的方式来降低粉尘浓度是目前比较经济而且可行的方法。

当前,一般车间的通风方式有2种:全面通风和局部通风。全面通风是对整个车间进行通风,通过稀释或换气的方式降低粉尘浓度,而局部通风则是在粉尘发散点设置抽风罩,收集粉尘,并通过风管路等设施进行相关处理后进行排放。相对而言,全面通风需要较多的通风量,能耗相对较高,而且对需要降低粉尘浓度的作业点——工人呼吸带区域粉尘浓度的降低效果不是很好;而局部通风则能耗少,抽风罩几乎直接设置在粉尘发散点,对工人呼吸带粉尘浓度的降低效果明显。因此在该车间通风除尘方式的选择上我们选用了局部通风的方式。同时考虑到大连位于北方地区,冬季温度较低,为了节能,部分排风经过处理后回送室内进行循环。

1.2 系统设计的原则

受作业场所的限制,同时由于该车间工人作业强度较大,难以在作业的同时顾及到抽风罩口的移动,我们在进行该车间通风除尘系统的设计时考虑了以下原则:

(1)充分利用有限空间,尽量减少空间的占用,给作业工人留出足够的工作空间。

(2)除尘系统使用方便,在实际运用中可操作性强。

(3)排风罩口在正常使用时尽量不影响现场工人的正常作业,不增加工人的负担,在保证除尘效果的同时尽可能采用低风量以达到节能的效果。

(4)除尘器清灰方便,系统拆卸、维护、检修容易,检修工人容易掌握,而且检修维护的劳动强度不能太大。

(5)对于冬季通风要考虑到采用部分循环风,以降低车间供暖能耗。

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2 系统设计

2.1 排风罩口的设置

排风罩口的设计成功与否在通风除尘系统中起着至关重要的作用,其设计选型及设计参数选择的合适与否直接影响到通风机组、除尘设备的选择及除尘的效果。

排风罩的设置考虑了以下因素:

(1)吸尘罩应尽量靠近并对准粉尘源的扩散区,尽可能使粉尘源局限于较小的局部空间。

(2)在保证粉尘捕集效果的前提下,尽可能用小的吸尘罩。

(3)排风罩的吸气气流方向尽可能与焊接烟尘气流运动方向相同。

(4)吸走的粉尘气流避免通过作业人员的呼吸带,以减少粉尘对作业人员的危害。

(5)排风罩力求结构简单、造价低,便于安装和维护。

(6)排风罩的设置配合生产工艺流程,不影响工艺操作。

常用的局部通风的排风罩口设置方式有2种:上吸罩和侧吸罩。该车间属于流水线作业,在每个工位上均有至少2名工人操作,工人均站于流水线两侧作业,工件沿工艺流水线移动,因此采用上吸罩。

该车间的焊接工件是托盘箱的底架与周边框架,工件几乎全是矩形或方形的,整个工件有多个焊接点,由多名工人同时作业,由于流水作业工人的工作量大,没有时间去移动排风罩口,因此设计采用固定式上吸罩。

为了保证工人的操作安全,罩口的高度要在工人的头顶之上。为了提高粉尘的捕捉效果,同时降低罩口的风量,设计者采用了条缝式上吸罩,每个罩口由两根立管支撑,成悬挂状态,罩口同侧的管路构成一套管路系统,即两套管路用一套排风罩口,这样既保证了罩口有足够的风量,又节约了制作罩口的板材数量,可谓一举两得。如图1所示:

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为了有效的捕捉发散的电焊烟尘,罩口的控制风速必须达到一定的数值。考虑到风口罩口离粉尘产生点距离较远,一般的均在1m左右,采用的罩口条缝口平均风速为8m/s,则在粉尘产生点的控制风速可参考有边的圆形或矩形排风口速度公式:

υ0x=0.75[(10x2+F)/F]

式中:υ0——吸气口的平均流速,m/s;υx——控制点的吸入速度,m/s;x——控制点至吸气口的距离,m;F——吸气口的面积,m2。

通过计算,由于焊接烟尘的粒径非常小,在焊接点产生的控制风速在1m/s左右时,该风速足够将产生的电焊烟尘带走。

为能够有效地控制发散的电焊烟尘,保证能够最大量地捕捉到上升气流带走的粉尘,在排风罩口周边均匀增加了有一定宽度的边沿,实践证明,采取的该项措施是非常有效的。

2.2 通风管网设计

根据有关规定,通风管网的设置遵循以下原则:

(1)除尘风道布置力求简单,系统的吸风口不宜超过5~6个。

(2)除尘风道宜垂直或倾斜布置。

(3)除尘风道宜采用明敷,尽量避免地下敷设。

(4)风道各支管之间压力损失应尽可能达到平衡。

对于该车间的通风系统,由于其生产流水线很长,焊接作业点很多,如果采用一般概念上的风口数量及风管管长限制,则车间中通风系统的数量要达到40套左右,不仅会大大增加建设者的投资,而且由于车间空间的限制,会造成车间工艺布局难以调整,将给生产造成很多困难。除尘管道如果采用明管敷设,同样会严重影响车间的工艺安排。为了与车间生产工艺相配合,设计者根据多年的通风除尘系统设计实践,大胆超越了设计原则的规定,采用了超多风口、单套系统大风量的设计。风口数量最多的系统为1台风机带14个排风罩口,总共设计了2.套通风除尘系统。通过认真的阻力损失计算,严格控制各风口的压差,成功地解决了这一难题。

同时,为了使通风管道的设置不影响地面设备的布置及正常生产的要求,除了连接排风罩口的立管及部分立管相连的排风罩口横管以外的所有通风管道均设置于地面以下,解决了将来生产中可能影响设备布局的通风管道问题。

该车间其中2套通风除尘系统示意图见图2。

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2.3 风机房设计

风机房内设备主要包括:风机—电机机组、除尘器及相应配套装置。

2.3.1 除尘器的选择

一般的电焊烟尘的平均粒径为1μm左右,对净化装置的要求较高。当前,常用于电焊除尘器有:静电式、洗涤式、过滤式。这3种除尘方式的优缺点如下:

(1)静电除尘器阻力较小、净化效率最高,可保证排放浓度达标。但初投资较大,管理技术性强,适用于对排放浓度要求高的场所。

(2)布袋过滤除尘器,初投资比静电方式少,净化效率高,但阻力大,运行费用较高,且可能有二次污染存在。如果布袋破损,更换既脏、耗资又多,同时电焊烟尘粘度大,不易清灰,因而一般用于烟尘量较少的系统。

(3)洗涤式除尘器,阻力大,运行费用高,特别是废水需处理,在北方应用冬季还有结冰的问题,较适用于南方水源较丰富的地区。

(4)填料层过滤除尘器,初始净化效率稍低,但电焊烟尘的浓度较一般作业粉尘浓度(如铸造、水泥等)要低,所以系统排放浓度达标不成问题,这种方式一次投资少,系统阻力小,过滤器拆装清洗方便,因而适合于气候干燥,排气含尘量小的场合。通过比选,我们决定采用此种过滤除尘方式。

2.3.2 风机房的布置

风机房内通风除尘风机机组及除尘装置的连接方式常用的有两种[4]:一种是含有粉尘的污染空气首先通过除尘器,经净化后再通过通风机排出;另一种是污染空气首先通过通风机,再经过除尘装置净化然后排出。经过对比,考虑到该车间的通风除尘系统管道都比较长,对压力要求比较高,因此设计者选用了第二种设置方式,如图3所示。

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同时,为了减少风机工作时产生的噪声及振动对车间作业人员的影响,在风机—电机机组的安装台架下加装减振垫,风机房采用密封门,机房内侧的墙面要求拉毛以提高其降噪效果。通过这些措施,以实现风机房外的噪声值达到国家相应标准的要求。

由于并非所有的工作台位都是同时工作的,设计人员在系统的电控部分中增加了变频装置,以便在某些台位不工作时通过变频降低风机转速来减少能耗,达到节能的目的。

3 通风除尘系统效果

按《作业场所空气中粉尘测定方法》的标准方法,对焊接车间烟尘治理的作业环境进行卫生学测定。监测数据见表1。 

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结果分析:

(1)该托盘车间在不同工位安装除尘设备,可使作业工人呼吸带粉尘浓度符合国家规定的卫生标准(国家卫生标准粉尘浓度为6mg/m3)。

(2)除尘净化设备吸风罩口罩面控制风速测试数据表明,吸风量可满足设计要求。

(3)通风除尘系统单独运行时,其噪声值达到GBJ87—1985《工业企业噪声控制设计规范》要求。

(4)通风除尘系统未使用前,呼吸带本底质量浓度最高为22.4mg/m3,达到标准的3.55倍;系统使用后,呼吸带质量浓度最高为3.87mg/m3,达到设计要求,同时满足国家标准(6mg/m3)的要求。

4 小结

4.1 该通风除尘系统设计的成功之处

从该系统的通风除尘测试效果可以看出,该系统的设计总体是成功的。

(1)采用的排风罩形式、单系统风口数量、通风管网的设置均很好地适应了该车间的工艺特点与要求,既没有对车间的工艺流程造成影响,又很好地控制了电焊烟尘的发散,也符合节能减排的要求。

(2)除尘器形式的选择、风机房内设备及工艺流程保证了运行技术参数达到设计要求。工人呼吸带粉尘浓度、净化后排放外环境粉尘浓度均达到了国家标准要求。

(3)设备维护检修方便,性能稳定,工人维护检修工作量小。

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4.2 建议

(1)部分工件焊接时粉尘通过呼吸带

由于该车间焊接工件的作业属于面形,多人同时作业,采用的排风罩属于上吸罩,当工人焊接工件内部部分时,焊接产生的烟尘就难以避免地从工人呼吸带经过。对于该项不足,由于该车间的焊接工作量很大,目前没有非常好的解决办法,只有通过加强工人的个体防护来降低其危害。

(2)风机房可设于车间外

该车间在进行总体设计时就把通风除尘机房置于室内。在施工过程中,由于排风管要多次穿过外墙,而外墙上加装了很多设备及加强材料,造成多次调整风管的位置。在最后施工完毕后,在车间内由于风机房的存在,造成车间布局显得有些不太合理。如果风机机房设于室外,既可以避免施工时的复杂性,又可以节省车间内部空间。

(3)考虑变频装置防尘性能不够

在设计中为了考虑节能,在电控部分采用了变频装置。由于在车间中存在相对较高的粉尘含量,同时变频电气设备对粉尘的敏感度相对较高,而选用的变频设备的密封性能不佳,造成设备在运行一段时间后变频装置频繁出现因为集尘而出现故障的现象。

经过对该设备进行改造后,加强其密封性能,其集尘量大大减少,故障率也大大下降。

有关更多托盘箱焊接车间通风除尘系统设计的信息,请联系广州新瑞环保的工程师13322814846。