大型船舶企业场房烟尘粉尘污染治理的有效方法——区域置换通风治理方案

牟永生，殷志和

(青岛北海船舶重工有限责任公司，山东 青岛 266520)

1 焊接和切割烟尘、粉尘治理的必要性

职业卫生是关系到千百万产业工人的生命安全和身体健康的一项重大公众卫生问题，而粉尘引起的尘肺病是我国最主要的职业病。卫生部在2011年4月28日发布的权威通报显示，2010年新发各类职业病18128例，其中尘肺病新增14495例，死亡748例。最近30年中国累计报告职业病50多万例，其中尘肺病约占职业病总数的80%。2011年12月31日中华人民共和国第十一届全国人民代表大会常务委员会第二十四次会议通过关于修改《中华人民共和国职业病防治法》的决定，进一步明确和理顺了相关部门在职业病防治工作中的监管职责。中船重工集团公司十分重视职业病防治，并行文要求成员单位中相关单位集中开展焊接烟尘污染防治专项技术改造工作，以大幅度降低粉尘污染，加强企业职业卫生保护，改善员工生产作业条件和保障员工健康。

2 焊接和切割烟尘、粉尘治理的难点

随着我国船舶工业的发展，船舶建造流水作业模式已经在大型造船企业普遍采用。要实现造船建造流水作业模式就需要超大型船体装焊场房，而超大型船体装焊场房的出现，使造船焊接作业中产生的大量烟尘、粉尘的治理难度大大增加。

以本公司联合场房为例，虽然在钢材预处理线、等离子切割线、型材切割线等均配套了相应除尘、净化设备，但以手工焊接、切割工位为主的联合场房部件装焊线、平面场房肋板装焊线和曲面场房产生的大量焊接和切割烟尘、粉尘弥漫整座场房，污染值严重超标。

从理论上讲全室通风除尘方案能够有效治理焊接和切割产生的烟尘、粉尘，但联合场房实在太大，建筑面积约8万m2，总容积约192万m3，根据测算，在这样大的场房采用全室通风除尘方式，需要配套185kW强制排风除尘系统28套，才能满足国家相关标准、规范 (每小时换气2次)要求。该方案设备及基础建设费约3360万元，每年电力费用约900万元，每年消耗品及维护费用约336万元，显然，这是企业难以接受的。摇臂式除尘设备也是治理焊接和切割烟尘、粉尘的方法之一，但因受固定位置的局限性，在大型场房无法实现全方位覆盖，而且投资规模超过2000万元。现从企业已配套的流动式除尘设备试点情况看，因需要经常移动设备和拖带除尘风管，既降低了工作效率也使交叉作业难以实现 (除尘风管缠绕在一起)，出现了有除尘设备而很少有人使用的困境，如实施大面积配套，不仅浪费资金，而且也难以实现治理目标。

3 探寻污染气体的流动规律

为了制定行之有效的治理方案，本人从寻找污染气体的流动规律着手。通过对企业3大场房夏、秋、冬3个季节的观察发现:在天气晴朗 (气压正常)工作时间1 h内，热浊气流会迅速上升到8～16m高度空域滞留，随着时间的延续污染层气体在温度降低后慢慢下移，在工作2 h后污染层气体据地面约4 m，在工作3 h后污染层气体据地面约0.5m，在雨雪天气 (气压较低)污染层气体下降速度加快 (最大时加快1倍)。从实际情况看，污染层气体下降速度与大气压力成负关联，而与季节关联不大。这一现象完全符合空气流动学原理，也就是相对热的空气向上流动，相对冷的空气向下流动;相对气压高的区域空气向相对气压低的区域空气流动。混合气体滞留在8～16m高度是因为污染层气体在密度、温度、大气压力的共同作用下，在一定时间内形成平流层。随着时间的推移平流层气体的温度下降，污染层气体的重力大于上浮力，自然会出现下移现象。

通过以上观察分析确定，污染气体的流动是有规律的，摸清了它的流动规律，充分利用它的流动特性和平流层特性对症下药，就可以找到气体污染治理的有效方法，从而达到事半功倍的效果。

4 区域置换通风是超大型场房气体污染治理的有效方法

置换通风的工作原理是:在机械排风口的“抽吸”作用下产生空气负压源，使滞留在排风口附近的含有焊接烟尘及其它粉尘的污染空气 (经过滤除尘后)被排出场房外;在空气负压源的引导作用下，新鲜空气从工场两侧墙面设置的自然通风器和门窗低速进入车间底部工作区，因为新鲜空气比场房内的污染空气温度低，在重力作用下新鲜空气下沉;室内热污染源产生的热浊气流由于浮力作用而上升，这样通过空气负压、热浊气流上升、新鲜空气下降3个作用力的“推动”，使6m以下工作区域的热浊气体迅速有序地上升到6m以上非工作区域，6m以下工作区域的空气不断被后续新鲜空气所取代，这样6m以下工作区域始终充满了新鲜空气。进入6m以上非工作区域热浊气流在继续上升的同时与场房内空气混合，混合后的气体滞留在8～16m高度形成污染层气体。在10m高度设置机械排风口，污染层气体在机械排风口的“抽吸”作用下经过滤除尘后被排出场房外。

置换通风充分利用冷、热气体自身产生的动力，只要施加一个较小负压动力源就可以使场房内空气形成有序流动，从而达到治理目的。区域置换通风是在实现区域治理的同时又采用分层治理方法，最大限度的缩小治理容积，这样既达到了治理目的又节约了大量开支。

5 区域置换通风方案必须因地制宜精确设计

本方案机械排风口设置在10m高度，并以10m以下区域容积为排风量计算数值，是在分析污染层滞留高度的基础上，综合排风量、排风速度、平流层 (污染层)滞留时间和下降速度、场房布局、工作层高度等多种因素后确定的。它的实施基础是该场房两侧墙面已经设置了自然通风器且有足够的进风面积，适应于冬季最低温度－6℃以上的地区。在寒冷地区因为没有自然通风器，而且冬季也不宜敞开门窗，这就需要在场房两侧墙面底部设置通风加热装置，具体方案另行论述。

值得注意的是机械排风量必须进行精确设计，排风量太小，导致污染层气体在未排出前已经下降到6m以下工作区域;排风量太大，设备配套费和能源消耗费增加，造成浪费。

6 联合场房区域置换通风实施方案

联合场房共6跨，主要分为钢材预处理、切割、冷加工、部件焊接4个生产区域。钢材预处理、切割、冷加工3个生产区域，由于自身配套相应除尘、净化设备，6m以下工作空间达到国家有关职业病防治法律、标准规定，方案只对部件焊接生产区域进行治理。

部件焊接生产线布置在联合工场1、2、3、4跨之间西部区域，总面积28000m2，该区域10m以下空间总容积280000m3。该区域置换通风送风量计算如下:置换通风换气次数设计为2次/h，以工作区高度10m计，总排气量为28000×10×2=560000m3/h，设计配套强制排风系统4套，每套排风量为140000m3/h。

置换通风布置:从车间南侧向北，第2立柱、第3立柱各安装1套排风管道，第4立柱安装2套排风管道。排风管道安装在立柱侧面，排风管道底部高度距离地面约10m处。

7 联合场房区域置换通风治理费用和治理效果预测

联合场房区域置换通风治理方案设备及基础建设费约480万元，每年电力费用约128万元，每年消耗品及维护费用约48万元，比全室通风除尘方案节约设备及基础建设费约2880万元，每年节约电力费用、消耗品及维护费约1060万元。

该治理方案的实施，不仅使联合场房6m以下工作空间达到GBZ 2.1－2007《工作场所有害因素职业接触限值化学有害因素》中“车间内焊烟浓度低于4mg/m3”的规定，而且排放标准也达到了国家有关空气污染治理法律、法规规定。特别是它消除了绝大部分PM2.5的气体排放，既保护了工作人员，也保护了大气环境。

8 实施计划

该方案已通过企业和相关设计单位审核，并列入企业综合治理场房内部焊接烟尘、粉尘规划，现已完成初步设计，计划2013年实施。