賈 磊 石永亮

■引言

高壓開關(guān)是一種保證電網(wǎng)正常運(yùn)行的電工裝備，被形象地稱為“電網(wǎng)保護(hù)神”。以市場份額最大的金屬全封閉組合電器（業(yè)內(nèi)稱為GIS）為例，電壓等級(jí)有126kV、252kV、550kV、800kV、1100kV 等多個(gè)不同級(jí)別，配有匯控柜及其電力控制系統(tǒng)，是典型的機(jī)電產(chǎn)品。

開關(guān)產(chǎn)品生產(chǎn)過程大多為鋁或鋼板卷制成筒狀，然后通過焊接法蘭，經(jīng)檢漏、涂裝、裝配、試驗(yàn)后，發(fā)運(yùn)至用戶現(xiàn)場進(jìn)行交付前的最后對(duì)接、充氣與耐壓，一切合格后再交付用戶投入電網(wǎng)運(yùn)營?？梢哉f，在開關(guān)生產(chǎn)的初期，焊接工藝是頻繁使用且重要的成型手段。

河南平高電氣股份有限公司旗下機(jī)械制造事業(yè)部是一家為成品廠配套提供各類加工零部件的生產(chǎn)單位，擁有焊接、殼體、機(jī)加、涂裝、沖壓、模具等多個(gè)車間及打泵、探傷、打磨、切割等數(shù)十道工序。其中，400 余人的焊接車間常年在本部和東廠區(qū)從事與各類高壓開關(guān)產(chǎn)品零部件的焊接作業(yè)，作業(yè)面積在同行業(yè)中位居前列。上世紀(jì)八九十年代陸續(xù)配有單/雙臂焊煙除塵設(shè)備，但無論移動(dòng)式還是固定式凈化效果仍有不佳。

經(jīng)過國內(nèi)第一條1100kV 晉東南示范工程的驗(yàn)證，2009 年之后，國家陸續(xù)加大了特高壓輸電網(wǎng)建設(shè)。作為電工裝備主力軍的平高集團(tuán)緊緊抓住這一有利時(shí)機(jī)，致力于國家清潔能源建設(shè)，深耕特高壓領(lǐng)域，產(chǎn)能連續(xù)不斷大幅提升，伴隨著國家職業(yè)健康和環(huán)境保護(hù)力度的不斷加大，開啟了以焊接煙塵凈化治理為核心的車間作業(yè)環(huán)境改善新模式。

■焊接煙塵

在工業(yè)生產(chǎn)過程中，焊接工藝應(yīng)用廣泛。焊接是機(jī)電行業(yè)熱加工的一大類工藝，最常見的是鋼材焊接的電弧焊和鋁材焊接的融化極氬弧焊，兩者都稱之為“閃光焊”，不同的焊接工藝均產(chǎn)生焊接煙塵。焊接煙塵是一種在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的煙霧、并可長時(shí)間浮游于空氣中的金屬物固體微粒，一般只有幾微米，肉眼無法看見。這種煙塵由于理化形狀的不同，對(duì)人體所造成的危害也是多種多樣的，但其共同點(diǎn)都是污染作業(yè)環(huán)境，都是引起包括塵肺在內(nèi)的多種職業(yè)性肺部疾病的重要危害因素，像鋁合金MIG 焊接主要煙塵成分為AI2O3，碳鋼CO2/MAG 焊接有害煙塵主要有Fe2O3、SiO2、MnO 等。

國際焊接學(xué)會(huì)推薦的最大允許煙塵濃度值為非低氫型焊條焊接低碳鋼時(shí)10mg/m3，低氫型時(shí)5mg/m3，低氫型焊條焊接合金鋼和有色金屬時(shí)2mg/m3。不少發(fā)達(dá)國家還推薦規(guī)定了焊接煙塵的最大容許值，如美國推薦三氧化鉻為0.1mg/m3，英國規(guī)定鎘和鈷為0.05mg/m3，錳為1mg/m3。我國GB16194-1996《車間空氣中電焊煙塵衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》和GBZ2-2002《工作場所有害因素職業(yè)接觸界限》都明確規(guī)定了車間綜合粉塵濃度≤6mg/m3。

焊接煙塵是一種十分復(fù)雜的物質(zhì)，已發(fā)現(xiàn)含有20余種元素，不僅對(duì)人體造成傷害，未達(dá)標(biāo)排放也是國家環(huán)保政策所不允許的。長期在充滿焊接煙塵的環(huán)境里工作會(huì)吸入焊接煙塵，對(duì)人體肺部造成不可逆的損害，最為典型的是塵肺病。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，塵肺病例約占職業(yè)病患者總?cè)藬?shù)的三分之二。

除塵技術(shù)的高速發(fā)展，使得以往煙塵凈化變?yōu)楣I(yè)實(shí)踐的可能，且方式不斷創(chuàng)新。有效通風(fēng)凈化、處理和凈化焊接煙氣除塵是保護(hù)勞動(dòng)者生命健康的重中之重，也是國家和企業(yè)職業(yè)衛(wèi)生健康管理的重要部分。

■向焊接煙塵“開刀”

焊接車間面積相對(duì)比較大且密閉，廠房內(nèi)焊接設(shè)備多，焊縫長，產(chǎn)生的煙塵量大，且工位密布，車間人員密集，空氣流通不暢，盡管有軸流風(fēng)機(jī)通風(fēng)但每到夏天依然悶熱。

經(jīng)過多年的技術(shù)改造和設(shè)備更新，半自動(dòng)化和自動(dòng)化焊接設(shè)備普及率逐年提升，但仍然存在常年多工位同時(shí)施焊、操縱機(jī)構(gòu)箱體焊接和個(gè)別部位無法自動(dòng)焊全憑手工焊接，帶來的車間內(nèi)煙氣彌漫，焊工們長期工作在通風(fēng)情況欠佳的環(huán)境，呼吸這些煙塵和氣體極有可能導(dǎo)致焊工塵肺等職業(yè)病。為改善車間工作環(huán)境，依據(jù)AQ4237-2014《焊接煙塵凈化器通用技術(shù)條件》和國內(nèi)三家煙塵凈化系統(tǒng)生產(chǎn)商的實(shí)地考察情況，最終決定采用管道集中式多工位電焊煙塵凈化技術(shù)作為公司重大技術(shù)改造項(xiàng)目。在車間焊接煙塵懸浮層（4～6m）的高度安裝系統(tǒng)管道，通過吹吸氣流，將焊接作業(yè)區(qū)域用管路“包圍”起來，控制單個(gè)設(shè)備散發(fā)的有害物。另外，為減少噪聲，吹吸系統(tǒng)需配備安裝在隔音罩內(nèi)的風(fēng)機(jī)，為減少氣流離開風(fēng)機(jī)時(shí)的噪聲，主機(jī)內(nèi)安裝有管道消聲器。

■吹吸式除塵系統(tǒng)工作原理

吹吸式除塵系統(tǒng)是帶有多個(gè)出風(fēng)口和吸風(fēng)口的管道，一或兩套風(fēng)機(jī)和過濾器。管道一般安裝在車間內(nèi)焊接煙塵懸浮層的高度。通過吹吸橫向氣流，焊接區(qū)域就被管路包圍起來，這樣不但可以控制單個(gè)設(shè)備散發(fā)的有害物，而且可以對(duì)整個(gè)車間的有害物進(jìn)行有效的控制,如圖1 所示。

圖1 吹吸式除塵系統(tǒng)

在廠房某一高度并排布置多個(gè)噴口，將具有一定能量的空氣射入大空間，形成前進(jìn)方向一致的多股平行射流，射流在這個(gè)區(qū)域內(nèi)的運(yùn)動(dòng)近似于平面運(yùn)動(dòng)，形成水平的空氣屏障。管路的一端吹出氣體，而對(duì)面一端吸入氣體。污染的空氣進(jìn)入系統(tǒng)過濾，過濾后的空氣再循環(huán)回到車間，吸取不干凈空氣和再循環(huán)干凈空氣是一個(gè)連續(xù)的過程。這樣在整個(gè)區(qū)域內(nèi)就形成了空氣循環(huán)，焊接煙霧被不斷的收集起來并保持車間內(nèi)空氣質(zhì)量符合環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)。

濾材過濾精度高，可達(dá)99.99%，一旦煙塵被過濾，過濾后的空氣即可再循環(huán)，再循環(huán)的空氣通過可控方式，將煙霧層推向吸風(fēng)管道。為了有效地控制再循環(huán)空氣的流向，帶氣流網(wǎng)的再循環(huán)管道根據(jù)具體運(yùn)作和車間布局設(shè)計(jì)。

■濾筒除塵器的工作原理

粉塵氣流通過風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的負(fù)壓氣流經(jīng)管道進(jìn)入除塵器，先經(jīng)過火花分離器過濾火星及大的顆粒，再通過濾筒過濾分離到潔凈室，經(jīng)風(fēng)機(jī)作用完成。粉塵則被濾芯阻攔在其表面上，當(dāng)被阻攔的粉塵在濾芯表面不斷沉積時(shí)，濾芯里外的壓差也同時(shí)不斷加大，當(dāng)壓差達(dá)到預(yù)先設(shè)定值時(shí)，控制壓縮空氣的電磁閥被打開，壓縮空氣經(jīng)管道流入反吹清掃系統(tǒng)，通過清掃機(jī)構(gòu)的清掃管瞬間噴向?yàn)V芯內(nèi)表面，使得沉積在濾芯上的粉塵顆粒在高壓氣流的作用下脫離濾芯表面掉落，使得整個(gè)濾芯表面都得到清掃。凈化后的空氣由風(fēng)道、經(jīng)風(fēng)機(jī)排出。豎裝濾筒除塵器原理圖如圖2 所示。

圖2 豎裝濾筒除塵器原理圖

■過濾元件

除塵器采用高效過濾筒作為過濾元件，該過濾筒選用的濾材不同于一般傳統(tǒng)的濾材，其表面附有一層聚四氟乙烯薄膜。

傳統(tǒng)濾材（如棉布、棉緞、紙質(zhì)及其他傳統(tǒng)纖維素等）纖維間隙為5～60μm，當(dāng)煙塵通過時(shí)，煙塵中的一部分塵粒就會(huì)進(jìn)入濾材內(nèi)部而阻塞過濾元件；當(dāng)阻塞情況逐漸惡化又不能進(jìn)行有效清灰時(shí)，過濾元件的氣阻便會(huì)上升，能通過的氣流量也會(huì)隨之下降。濾筒除塵工作原理如圖3 所示。

圖3 濾筒除塵工作原理

如果沒有自動(dòng)清灰，過濾效果會(huì)迅速下降，而該系列除塵器采用的濾材表面附有一層聚四氟乙烯薄膜，其極小的篩孔可阻擋大部分亞微米塵粒；亞微米塵粒在濾材的表面聚集并形成可滲透的擋塵餅，大部分塵粒被阻擋在濾材外表面而不能進(jìn)入濾材內(nèi)部，在壓縮空氣的吹掃下能及時(shí)有效地被清除。

該濾材具有相當(dāng)高的過濾效率，較傳統(tǒng)濾材至少提高3～5 倍以上，對(duì)于≥0.1μm 煙塵的過濾效率≥99.99%；且使用壽命較傳統(tǒng)濾材提高2 倍以上。普通濾材與覆膜濾材對(duì)比如圖4 所示。

圖4 普通濾材與覆膜濾材對(duì)比

濾筒采用PTFE 覆膜濾材，其為一種新型的煙塵粉塵捕捉過濾元件。對(duì)于無粘結(jié)性粉塵，PTFE 覆膜過濾元件能達(dá)到很高的過濾效率。即使環(huán)境溫度低于露點(diǎn)溫度，過濾元件也保持恒定的過濾能力。

過濾器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)保證了它們與已有的過濾系統(tǒng)兼容，材料的高機(jī)械穩(wěn)定性確保了過濾元件長的使用壽命。PTFE 覆膜濾材具有膜過濾與剛性體過濾的優(yōu)點(diǎn)，小體積、大過濾面積的堅(jiān)固的剛性過濾體允許高的工作壓力，并擁有非常長的使用壽命。

通過由壓差傳感器控制的脈沖噴吹機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)除塵器濾材的清潔。當(dāng)除塵器運(yùn)行一段時(shí)間以后，細(xì)微的煙塵吸附在濾材表面，使得濾材的透氣性降低。壓差傳感器的兩個(gè)探測頭一個(gè)安裝在原氣側(cè)、一個(gè)安裝在凈氣側(cè)。當(dāng)壓差傳感器檢測到的壓差超過某一設(shè)定值時(shí)輸出壓差信號(hào)，脈沖發(fā)生器接收信號(hào)后順序啟動(dòng)脈沖噴吹閥，潔凈的壓縮空氣由閥口噴出，引射氣流對(duì)濾筒進(jìn)行吹掃直到壓差低于另一設(shè)定值時(shí)才停止；濾材表面吸附的微塵在氣流作用下被清除，落在室體下部的集塵斗中。脈沖噴吹需0.4～0.6MPa 的潔凈壓縮空氣，且運(yùn)行中須保持連續(xù)且恒定不變的供氣量。

■過濾除塵效果

2016 年8 月，首套煙塵凈化環(huán)保設(shè)備安裝完畢。焊接煙塵進(jìn)行過濾，過濾效率大于95%，穩(wěn)態(tài)噪聲不大于85dB，改善焊接車間內(nèi)的空氣質(zhì)量和作業(yè)環(huán)境，達(dá)到了廠房內(nèi)部空氣新鮮流暢，基本沒熱氣、異味、煙塵的目的，滿足國家職業(yè)衛(wèi)生和環(huán)境等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定要求，給車間內(nèi)員工提供一個(gè)良好健康的工作環(huán)境。組合式焊煙凈化機(jī)組圖如圖5 所示。

圖5 組合式焊煙凈化機(jī)組圖

經(jīng)過屬地職業(yè)病防治所鑒定及連年的職業(yè)病危害作業(yè)場所現(xiàn)場監(jiān)測，整套系統(tǒng)設(shè)計(jì)符合國家職業(yè)衛(wèi)生健康相關(guān)安全、環(huán)保、節(jié)能等法律法規(guī)。連年外聘的專業(yè)機(jī)構(gòu)依據(jù)GB5748-1985《作業(yè)場所空氣中粉塵測定方法》給出的除塵系統(tǒng)治理區(qū)域室內(nèi)煙塵總濃度為3mg/m3，滿足GBZ2.1-2007《工業(yè)場所有害因素職業(yè)接觸限值第一部分：化學(xué)有害因素》中“車間電焊煙塵總塵濃度限值≤4mg/m3”的規(guī)定，公司每年還在醒目位置進(jìn)行公示。

與此同時(shí)，做好在職員工的動(dòng)態(tài)監(jiān)測，個(gè)人隨身攜帶的粉塵濃度采樣無一超標(biāo)，對(duì)離崗人員的職業(yè)健康體檢率達(dá)到100%。

2016～2017年，機(jī)械制造事業(yè)部先后通過兩次技術(shù)改造，總投資約370萬元，先后在本部焊接車間鋁一、鋁二、大型鋼罐和東廠區(qū)殼體車間7600m2的鉚焊工段安裝了18臺(tái)吹吸式焊煙凈化設(shè)備，范圍覆蓋事業(yè)部所有鋼殼體、鋁殼體鉚焊車間。

■結(jié)束語

公司在抓緊做好現(xiàn)有防控措施落實(shí)的基礎(chǔ)上，加強(qiáng)相關(guān)工序“四新”項(xiàng)目應(yīng)用研究，從源頭上消除和降低職業(yè)健康風(fēng)險(xiǎn)。

公司積極與河南德信安全科技有限公司合作，16 項(xiàng)“塵、毒、噪”項(xiàng)目先后納入職業(yè)病危害因素在線檢測，現(xiàn)場實(shí)測綜合達(dá)標(biāo)率為99.34%，其中粉塵100%、毒物100%、噪聲97.37%、輻射100%，綜合達(dá)標(biāo)率同比提高了5.76個(gè)百分點(diǎn)?！敖档秃附榆囬g職業(yè)危害人員體檢復(fù)查率”榮獲2017 年公司質(zhì)量科技特等獎(jiǎng)。公司也于2018 年榮獲屬地政府綠色企業(yè)稱號(hào)，目前正加緊向省級(jí)綠色環(huán)保引領(lǐng)企業(yè)邁進(jìn)。

2021 年公司又穩(wěn)步推進(jìn)職業(yè)衛(wèi)生健康電子信息錄入、檔案的建立及職業(yè)衛(wèi)生年度現(xiàn)場檢測工作，結(jié)合職業(yè)中毒效果現(xiàn)狀評(píng)價(jià)，依據(jù)GBZ188-2017《職業(yè)健康監(jiān)護(hù)技術(shù)規(guī)范》標(biāo)準(zhǔn)，將職業(yè)健康管理由聚焦焊接條件下的焊接煙塵治理，擴(kuò)大到“高處作業(yè)、電工、輻射、廠內(nèi)機(jī)動(dòng)車輛”四大類作業(yè)人員的職業(yè)體檢，細(xì)化職業(yè)衛(wèi)生健康管理，防范生產(chǎn)作業(yè)現(xiàn)場風(fēng)險(xiǎn)，有效營造了良好的職業(yè)健康安全氛圍，有力保障了無新增職業(yè)病案例發(fā)生，促進(jìn)了從業(yè)員工安全體面工作、健康快樂生活。