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| 置換通風 在焊接煙塵治理中的應用 | | 發(fā)布者：admin 點擊：6389 | 作為制造行業(yè)的重要一環(huán)，近年來我國焊接及其相關的工藝過程發(fā)展相當迅速。然而焊接時產生的大量煙塵對從業(yè)人員的身體健康造成了極大的危害。流行病學的研究顯示，焊工為呼吸道疾病的高發(fā)人群，相關疾病包括支氣管炎、呼吸道刺激、金屬熱、呼吸功能改變及肺癌等，因此對焊接車間采取適當?shù)耐L措施，控制煙塵濃度是非常必要的。
與傳統(tǒng)的混合通風相比，置換通風在某些適用場合具有通風效率高、空氣品質好和節(jié)能等優(yōu)點。焊接車間的大空間、大層高、污染物與余熱同時產生等特點，使焊接車間特別適合采用置換通風的方式。以下從焊接工藝的特點討論置換通風在焊接車間的應用情況。
1.焊接工藝的特點
焊接中影響到通風的兩個因素主要是焊接煙塵和焊接煙羽。其中焊接煙塵是需要通過通風排出的污染物，而焊接煙羽則是在焊接條件下產生的特殊的氣流流態(tài)。下面分別介紹焊接煙塵和煙羽對通風的影響。
(1)焊接煙塵的特點 焊機在焊接過程中，釋放大量的焊接煙塵(包括粉塵和氣體)。焊接煙塵是焊接車間的主要污染物。我國《車間空氣中電焊煙塵衛(wèi)生標準》(GB16194?-1996)規(guī)定的焊接工作區(qū)的焊接煙塵高容許濃度為6mg/m3。在《工作場所有害因素職業(yè)接觸限制值》(GBZ2?-2002)中規(guī)定焊接煙塵時間加權平均容許濃度(TWA)為4mg/m3，錳及其化合物(換算成MnO2)的時間加權平均容許濃度為0.15mg/m3。
焊接煙塵粒子粒徑范圍為1×10-3～1×102μm，其中對人體健康影響大的粒子粒徑是0.1～1μm。這部分粒子能通過人體上呼吸道進入肺泡，沉積在肺部，其沉積率達50%以上，能引起呼吸道疾病及肺癌。因此，0.1～1μm的焊接煙塵粒子是人們研究的重點。其沉降速度與室內氣流流速相比可以忽略不計，即可以認為煙塵會隨著室內氣流而流動。這樣可以通過全面通風排出焊接煙塵，減小車間內的煙塵濃度。
(2)焊接煙羽的特點 焊接過程中會產生大量的熱，通常電焊機功率可達數(shù)千瓦或數(shù)十千瓦甚至更大。其周圍空氣被加熱，隨密度降低而上升，同時卷吸周圍的空氣并流向房間頂部，即形成煙羽。而焊接煙塵由于其粒徑極小，會跟隨煙羽運動。
焊接剛開始進行時，初始的煙羽相當微弱，很容易受到焊機噴出的保護氣體的擾亂，初始煙羽的半徑較大。電極的逐漸熔化會使周圍的對流越加強烈，煙羽也逐漸發(fā)展到另外一種形狀。當煙羽上升到一定高度后，其溫度已降低至周圍空氣的溫度，無法繼續(xù)上升，便向四周水平散開并形成分層，這個高度稱為煙羽平衡高度。焊接煙羽從開始到充分發(fā)展大約需要1～2min。之后煙羽繼續(xù)擴大，其分層整體緩慢上升，此時可以看作半穩(wěn)態(tài)，可借此作為穩(wěn)態(tài)煙羽來研究。
2.置換通風的特點
傳統(tǒng)的混和通風是從房間上部或側面高速送風，室內空氣混合均勻，全室溫度和污染物濃度基本一致。
與混和通風不同，置換通風是將新鮮空氣直接低速送入房間下部的工作區(qū)(1.8m以下空間)，并在地板上形成一層由較涼的新鮮空氣擴散而成的空氣湖。室內的熱源(人員及設備)產生向上的對流氣流，新鮮空氣隨對流氣流向室內上部流動形成室內空氣運動的主導氣流，排風口設置在房間的頂部。送風口送入室內的新鮮空氣溫度通常低于室內工作區(qū)的溫度，較涼的空氣由于密度大而下沉到地表面，如倒水一般在房間下部形成空氣湖，并將污染空氣從上部排出。置換通風的送風速度約為0.25m/s左右(工業(yè)建筑可增加到0.5m/s左右)。
界面是置換通風診-理中的一個重要的概念。在煙羽上升過程中，由于煙羽不斷卷吸周圍空氣加入，其流量不斷增大，若在天花板處此流量大于送風量，則根據連續(xù)性診-理，必將有一部分熱濁氣流下降返回，因此在頂部形成一個熱濁空氣層，在任一個標高平面上的上升氣流流量等于送風量與回返氣流流量之和。因此必將在某一個平面上煙羽流量正好等于送風量，在該平面上回返空氣量為零，這個平面即稱為界面。在穩(wěn)定狀態(tài)時，這個界面將室內空氣在流態(tài)上分成兩個區(qū)域，即上部紊流混合區(qū)和下部單向流動區(qū)。
在界面以下，氣流流態(tài)近似于向上的單向流，污染物被煙羽送到房間上部并被排除，不會再次進入房間下部，可以下部始終處于較清潔的環(huán)境。而在界面以上，空氣高度混合，其溫度和污染物濃度均較高。不過，由于人員通常不會進入該區(qū)域，所以無需加以考慮。
在焊接車間應用置換通風時，只需要確定界面高度大于工作區(qū)高度，便可工作人員始終處在清潔涼爽的環(huán)境中。
置換通風與混合通風的工作診-理不同，相應的送、排風溫度也不同。置換通風中，工作區(qū)的溫度及污染物濃度接近送風條件，房間上部的溫度和污染物濃度接近排風條件；而混合通風全室的溫度和污染物濃度基本相同。如要求在工作區(qū)域得到相同的舒適溫度，置換通風系統(tǒng)所要求的送風溫度可以高于混合通風；而如要求在工作區(qū)域將污染物濃度控制在相同的范圍內，則置換通風系統(tǒng)所要求的送風量要少于混合通風，這為利用低品位熱源以及節(jié)省空調運行費用提供了可能。從另一方面說，在運行費用相同的情況下，采用置換通風，工作區(qū)的煙塵濃度會遠小于采用混合通風，可以極大地改善焊接工人的工作環(huán)境。
3.結語
(1)在封閉式焊接車間采用置換通風，工作區(qū)的除塵和降溫優(yōu)勢明顯。
(2)以上論述主要考慮置換通風在夏季制冷工況以及冬季無需供暖的運行情況，而在冬季供暖工況下，置換通風并無明顯優(yōu)勢，其效果類似于混合通風。
(3)置換通風在過度季可采用全新風系統(tǒng)，節(jié)能效果明顯。
(4)對于煙塵產生量較大的焊接車間，在部分工藝區(qū)可采用局部排風和置換通風相結合的方法，以降低全面通風的除塵量，從而減小置換通風的送風量。
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