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北極星大氣網訊:摘要：本文結合上海市永恆力叉車製造有限公司的除塵系統改造項目，介紹了叉車焊接線焊煙除塵系統改造情況，對除塵系統運行的主要流程進行了分析，並且對於叉車製造電焊車間中存在的PM2.5汙染問題進行了分析，提出了三個主要的除塵改造方案，分別是整體通風置換除塵、區域隔斷除塵以及點源除塵等，最後對於檢測結果進行了分析研究，可供有關單位參考。
0 引言
在進行叉車電焊車間焊接操作過程中，大量的粉塵會伴隨著產生，如何對作業環境中的粉塵含量進行控制，對於生產過程具有重要意義。焊接煙塵的產生過程為過熱，蒸發，氧化，冷凝，液態金屬和非金屬物質蒸發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，一次粒子基本形態呈球狀，一次粒子隨著溫度的降低，迅速有幾十個或幾百個聚合在一起形成所謂二次粒子。下文將以實際案例對叉車電焊車間的除塵系統改造策略進行分析。
1 項目概況
本項目為叉車焊接線電焊煙塵除塵系統改造，實施地點為上海市青浦工業園區崧澤大道10888號的永恆力叉車製造(上海)有限公司，主要從事電動叉車的製造和維修。年生產各類電動叉車15000臺。公司擁有叉車裝配線6條，自動靜電粉末噴塗線一條，電焊機60臺。電焊區域位於整個聯合廠房中部，南側有工程測試區，中間採用雙層彩鋼板隔牆分隔。
目前該車間擁有8條焊接生產線，5套除塵系統，採用點除塵的方式，每個焊接工位設置一個吸氣臂，通過管道進入除塵系統進行過濾，過濾後的空氣4臺在室內排放，1臺室外排放。濾筒採用中效過濾，由於二氧化碳氣體保護焊的焊接煙塵大粒徑通常為1μm，因此除塵器的過濾效率低於70%。經測定焊接車間內2米以下(呼吸帶)的PM2.5濃度400-700μg/m3，車間內空氣嚴重汙染。同時由於物流通道的快速門頻繁開閉，焊接車間內的粉塵影響到邊上的噴塗車間和裝配車間的空氣，導致這兩個車間的PM2.5濃度達到150-300μg/m3的重度汙染。為了解決車間汙染問題，同時對新增的3條焊接生產線安裝除塵系統，因此開展了焊煙除塵系統改造項目，對於車間內存在的PM2.5進行改善。
另外，由於焊接件為碳鋼件，表面存在油汙，經高溫後，油煙會隨焊接煙塵進入除塵器濾筒，導致現有的濾芯使用壽命短，一般在3個月需要更換，每年的濾筒更換耗費大。電焊產生的高溫焊渣會存在被風機吸附到濾筒表面，引燃濾筒表面油汙，導致除塵器發生火災的風險。
2 車間內的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，這個值越高，就代表空氣汙染越嚴重。本文針對叉車生產電焊車間中存在的PM2.5汙染問題，對焊接車間PM2.5開展了檢測作業，並且分析現有的除塵系統的運行狀況。最終確定焊接車間內的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，除塵器管道T型連接，影響到吸氣臂風量和罩口的風速，導致吸氣臂罩口20cm處的風速<0.2m/s，除塵效果不佳;其次除塵器採用的是中效過濾濾筒，處理焊煙的效果不佳，室內排放的四臺除塵器出口PM2.5濃度400-700μg/m3;最後整個廠房採用鍍鋅彩鋼板作外牆，不設窗戶，焊接車間處於聯合廠房的正中央，自然通風不足。導致焊接車間內的PM2.5偏高，同時通過物流通道門，焊接車間的汙染空氣進入噴塗和總裝車間，影響到這兩個車間的空氣品質。
3 除塵系統運行流程
在本項目採用了點源除塵的改造方案，具體除塵系統的運行流程為車間在進行焊接過程中生產的焊煙通過萬向吸氣臂進行吸收，然後通過系統管路進入到濾筒除塵器中進行過濾除塵，淨化後到空氣通過尾部管路和變頻風機在15m高空達標排放。管路中通過滑石灰噴粉機進行預噴粉，利用滑石粉吸附油煙，延長濾筒的使用壽命。在除塵器內增加添加消防噴淋系統，溫度傳感器對除塵器內的溫度進行監控，超過溫度進行報警並啟動除塵器內的消防噴淋系統進行滅火。
4 改造方案分析
4.1 整體通風置換除塵
本項目針對通風系統，在車間內設置送風系統，在地面高度2m處設置送風口。6-8米處設置迴風管道和迴風口，將除塵器設置在廠房外，受汙染的空氣經風管通到外部除塵器進行處理，並設置15米高的煙囪。焊煙除塵器工作原理為內部高壓風機在吸風管罩口處形成負壓區域，焊接煙塵在負壓的作用下由吸氣臂進入焊煙除塵器主體，進風口處阻火器阻留焊接火花，煙塵氣體進入焊煙除塵器主體淨化室，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，淨化的空氣純度可達到國家要求的室內氣體排放標準。
整體廠房通風除塵系統由迴風系統、組合式除塵系統、送風系統組成，其中組合式除塵系統由迴風段、高效過濾段、迴風機段、排風段、新風調節段、初效過濾段、製冷/熱段(選配)、送風機段和出風段組成。處理後空氣可以通過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，重新送風段，通過送風管道送入車間，風機風量28萬m3/h。除塵系統中可以選擇設置空調系統，調節焊接車間內冬季和夏季的溫度。除塵系統預算安裝費560萬元(含空調786萬元)，年運行成本150萬元(含空調250萬元)。
該方案優點可以使4m以下的空氣PM2.5控制在250μg/m3以內，系統可以增加空調系統，在冬季和夏季可以調節焊接車間內的溫度，改善作業條件。迴風經過高效過濾和活性碳過濾後，將潔淨空氣重新送入焊接車間，起到節能作用。春秋季可以改用全新風系統，減少活性碳的消耗。缺點是一次性投資成本高，能耗大，每年的運行費用高。4米以上的空氣PM2.5濃度較高，但不在人體的呼吸帶，不影響焊接車間內人員的呼吸。
4 . 2 區域隔斷除塵
本項目在焊接線行車框架上加裝阻燃型有機玻璃板， 將11 條焊接線分成8 個隔間。每個隔間底部通過焊接遮光垂簾與地面的進風， 頂部設置集煙排塵口，通過金屬預過濾網過濾後， 經15m 煙囪外部排放。風量設計按照《採暖通風與空氣調節設計規範》( GB50019 - 2003 ) 中工業生產車間換氣公式：
換氣次數( 次/ 小時) × ( 室內面積(m2 ) × 室內的高度(m ) ) = 室內總風量(m3 / h )
按照《潔淨廠房設計規範》( GB50073 - 2013 ) 的換氣標準， 設計換氣次數20 次/ 小時。
按照現有8 條焊接生產線的布局， 以及新增3 條焊接生產線的布局， 背靠背的焊接線合併成一個隔斷， 將11 條焊接線分隔成8 個隔間。隔斷除塵系統預算安裝費600 萬元， 運行成本65 萬元。
該方案的優點： 每年的運行成本低， 金屬過濾網可重複使用。缺點： 一次性投入成本高， 金屬過濾網的過濾效率低， 雖然能滿足《大氣汙染物綜合排放標準》( DB31 / 933 - 2015 ) 標準中20mg /m3 濃度標準， 但隨著環保排放標準的日趨嚴格， 今後改造成本高。如直接選用高效過濾模塊， 則系統壓差將增大， 需要選用功率更高的風機， 則一次性投資成本將進一步增加， 每年需更換過濾模塊， 運行成本也將增加。
4 . 3 點源除塵
點源除塵是在距離焊接煙塵產生點周邊一定距離設置吸塵罩口， 將產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， 點源除塵屬於源頭治理， 除塵系統使用的風量小， 能耗低的優點。點源除塵系統在每個焊接工位設置萬向吸氣臂，吸氣臂連通除塵管道， 管道末端設置除塵器， 焊接煙塵經高效濾筒過濾後， 通過排放總管進行高空排放。也可以在除塵器尾端增加活性碳除去異味， 經過濾的空氣在室內排放。
萬向吸氣臂罩口30cm 處截面捕捉風速為0 .5m/ s ，吸氣臂管徑DN160mm ， 管內風速設計為12 - 15m / s ， 單個萬向吸氣臂的設計吸塵風量為1200m3 / h 。新增3 條線的吸氣臂共16 條， 設計餘量10% ， 除塵系統設計風量Q= 16*1200*1 . 1 = 21120m3 / h 。
風量Q1 = 22000m3 / h ， 系統全壓： 3150Pa ; 按照風機的性能曲線， 選用功率30kW , 的變頻電機。除塵器選型Donaldson DFO3 - 24 ， 由於引入焊接機器人替代人工焊接已提上議事日程， 因焊接機器人自帶除塵系統， 因此原有的8 條焊接線使用的5 套除塵系統繼續沿用。因原有的5 套除塵系統的管路設計問題， 部分管路連接方式採用T 形連接。因此對五套除塵系統的管內風速進行了測量， 結果如下圖1 所示：
根據現場測算管內風速， 目前本套除塵系統實際使用風量為： 8000m3 / h ， 其中7 條吸氣臂管內風速低於有效除塵要求12m / s 的管內風速。風量不足， 及管內風速完全達不到設計所需及平衡要求， 管路系統設計不合理， 大部分三通斜插口均為直插， 導致系統阻力增大。
因此將原有管路重新設計， 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 ， 管道系統嚴格按照使用風量進行變徑優化設計如下圖2 所示。
經除塵器除塵之後， 匯入總管， 總管尾端設置一臺大功率風機， 在車間中部設置鋼結構平臺和15 米煙囪。受汙染空氣經除塵器除塵後， 匯入總管後， 通過總管尾端的風機和煙囪高空排放。
預算安裝費160 萬元， 運行成本100 萬元。該方案的優點是安裝成本低， 能耗小。缺點： 吸氣臂屬於被動除塵， 需要焊工進行手動調節， 影響到焊工的作業效率。
經過方案討論和對比， 並考慮到今後會引入機器人焊接系統， 因此本次改造採用點源除塵的方式。並與啟脈協商確定了施工方案、驗收標準， 籤訂了項目改造合同。
對於廠房焊煙除塵系統設計方案來說可以根據具體情況設置除塵系統的變頻設計， 因為每套除塵系統涉及到較多的操作工位， 多數工作條件下並沒有一直同時使用， 為了節省系統的能源損耗， 可以根據實際情況設計變頻控制系統， 包括電控風閥控制按鈕、電控風閥、西門子變頻器以及系統控制櫃、西門子變頻電機等。電控風閥開啟和關停可與操作相關設備控制聯動， 取信號點， 開機電動風閥即開啟， 信號傳送至變頻器， 變頻器計算後信號輸出至變頻電機調控所需要的吸塵風量。
5 檢測分析
項目於2018 年11 月30 日進行驗收， 根據第三方監測報告， 除塵器風機隔音房外的噪聲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風速達到15 - 18m / s ， 罩口30cm 處截面最高風速0 . 5m / s 。舊線經管道改造， 除塵器出風管道末端安裝大功率風機後， 管內平均風速達到12m / s ， 車間內PM2 . 5 濃度低於250μg /m3 ， 對於審查發現的問題， 供應商全部整改完畢， 項目順利驗收完成。
6 結論
綜上所述， 對於叉車焊接車間內部存在的PM2.5 汙染問題， 應當對於原有的焊接除塵系統進行改造， 通過對於整體通風置換出塵、區域隔斷除塵以及點源除塵等三種主要焊接除塵方式進行比較選擇， 考慮在車間可能會引入機器人焊接系統， 因此採用了點源除塵的改造措施， 施工完成後起到了較為理想的除塵效果。
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