Вентиляция сварочного цеха и сварочных постов

• Вредные выделения в сварочных процессах
• Как снизить вредное воздействие сварки
• Как организовать вентиляцию в сварочном цехе
• Расчет вентиляции (воздухообмена) цеха сварки
• Нормы ПДК для цехов сварки
• Нормативная база

Вредные выделения в сварочных процессах

Процесс сварки сопровождается массой специфических особенностей, таких как:

• повышенное выделение тепла (лучистого и конвективного);
• выделение пыли, которое приводит к большой запыленности производственных помещений токсичной мелкодисперсной пылью;
• газовыделения, а том числе вредные;
• шум, действующий негативно на организм человека.

Задача системы вентиляции в сварочных цехах — поддерживать оптимальные параметры микроклимата для персонала с учетом вышеперечисленных явлений. Поэтому вентиляционной системе отводятся функции очищения воздуха, компенсации теплоизбытков и другие обязанности по устранению нежелательных последствий сварки.

Высокие температуры сварочной дуги способствуют интенсивному окислению и испарению металла, флюса, защитного газа и легирующих элементов. Окисляясь кислородом воздуха, эти пары образуют мелкодисперсную пыль в газовом облаке (аэрозоль) с высокой температурой, а возникающие тепловые потоки «поднимают» все вверх от места выделения, приводя к большой запыленности и загазованности помещений.

Сварочная пыль — мелкодисперсная, скорость витания частиц — не более 0,08  м/с, поэтому оседание ее незначительно, а распределение по высоте равномерно, что чрезвычайно затрудняет борьбу с ней. Также во многих научных статьях приводятся данные о «зависании» крупного скопления частиц (облака сварочного аэрозоля) на определенных высотных отметках из-за равномерного остывания и усреднению плотности по объему.

Схема механизма образования сварочного аэрозоля

К основным компонентам пылевой составляющей (твердых частиц) сварочного аэрозоля можно отнести:

• Окислы железа — 41% — вызывающие болезнь крови, аллергические реакции, наночастицы могут задерживаться в тканях организма, многие исследования, проведенные на крысах, показывают изменения головного мозга;
• Окислы марганца — 18% — вызывающие органические заболевания нервной системы, легких, печени и крови;
• Окислы кремния — 6% — вызывающие силикоз;
• Соединения хрома — накапливаются в организме и вызывают частые головные боли, заболевания пищеварительной системы, малокровие;
• Окись титана — вызывающие заболевание легких.

Прим. Процентное содержание указано для конкретного вида сварки и использованных материалов, также могут содержаться другие соединения (алюминия, вольфрама, железа, ванадия, цинка, меди, никеля и т.д.) и содержание тех или иных элементов зависит от применяемой технологии и материалов.

Наночастица сварочного аэрозоля

К основным компонентам газовой составляющей сварочного аэрозоля можно отнести:

• Окислы азота — вызывающие заболевания легких и органов кровообращения;
• Окись углерода (удушающий газ) — бесцветный газ, имеет кисловатый вкус и запах, будучи тяжелее воздуха при нормальных условиях уходит вниз, вытесняя кислород, при этом концентрация выше 1% приводит к раздражению дыхательных путей, вызывает потерю сознания, одышку, судороги и поражения нервной системы;
• Озон — образуется при сварке в инертных газах, вызывает раздражение глаз, сухость во рту и боли в груди;
• Фтористый водород — бесцветный газ с резким запахом, действует на дыхательные пути, вызывая раздражение слизистых оболочек.

Прим. Подробные сведения о вредных воздействиях на организм разных элементов и соединений приведены в специальной литературе.

Кривые распределения относительной концентрации сварочного
аэрозоля (1) по горизонтали, (2) по вертикали от точки сварки

Для уменьшения вредного влияния аэрозоля важно учитывать не только элементный качественный и количественный состав, но и его особенности химической связи, а также тип кристаллической решётки соединений, входящих в состав аэрозоля. Однако для анализа сварочных аэрозолей на промышленных предприятиях используют в основном фотометрический метод анализа, который требует большого количества времени на предварительную пробоподготовку. В ходе длительного анализа могут произойти изменения структуры аэрозоля (например, известно, что Сr6+ в аэрозолях, образующихся при сварке нержавеющих сталей, по истечении 30–40 минут после сварки восстанавливается до Сr3+, который имеет меньшую токсичность).

Исторически влияние сварочных аэрозолей на человека и животных изучалось при воздействии массовой концентрации. Нормирование сварочного аэрозоля в воздухе выполняют по массе отдельных химических составляющих аэрозоля в воздухе: марганцу, хрому, никелю, кремнию, титану и другим, которые определяются по химическому составу сварочной проволоки и обмазки электродов. Предельно допустимые концентрации большинства компонентов сварочного аэрозоля в воздухе рабочей зоны укладываются в ряд от 0,1 (марганец) до 2 (кремний) мг/м3.

При этом размеры частиц сварочного аэрозоля, их количество в объеме вдыхаемого воздуха не учитываются санитарными нормами.

Таким образом, нормы учитывают только массовый состав конкретного элемента в объёме воздуха. Вредность именно дисперсного состава практически никак не учитывается. По массе можно укладываться в нормы, но при этом всё равно негативно воздействовать на здоровье рабочего персонала из-за наличия в помещении мелких частиц сворочного аэрозоля.

Наноаэрозоли при сварке образуются в результате конденсации паров металла с образования первичных групп (от 27 атомов металла), которые сливаются в агломераты и образуют первичные частицы нанометрового размера (5 - 50 нм). В зоне дыхания рабочего, 60 - 75% сварочного дыма составляют наночастицы, размером 225 и менее нанометров. При транспортировке аэрозоля в воздуховодах систем местной вытяжной вентиляции, со второй секунды после его образования, начинается процесс коагуляции наночастиц с образованием сложных агломератов, диаметр которых достигает 5000—10 000 нм. Состав наночастиц сварочного дыма определяется составом сварочных материалов и температурой кипения составных элементов.

Распределение температур кипения следующее:

Марганец < Флюорит < Хром < Кремний < Никель < Железо.

Чем ниже температура кипения — тем большее содержание компонента в сварочном дыме. При прохождении через инертные газы в составе частиц дыма могут преобладать неокисленные элементы. В остальных случаях это окислы металлов и металлойидов, часто химически структурно связанные друг с другом.

При электродуговом процессе из-за воздействия на основной металл и материал электрода тепла дуги происходит их плавление и частичное испарение. Образовавшиеся в высокотемпературной зоне пары, конденсируются и кристаллизуются в окружающей среде, образуя мелкодисперсную взвешенную смесь — аэрозоль. Характер распределения аэрозоля в объеме цеха сложен и малоизучен. 

Как снизить вредное воздействие сварки

Снижение вредного влияния сварочного аэрозоля на организм человека осуществляется применением технологических и санитарно-технических мероприятий, а также применением средств индивидуальной защиты.

• Технологические мероприятия заключаются в разработке и применении малотоксичных сварочных материалов, уменьшении в составе защитной газовой среды, выборе режима сварки, обеспечивающего минимальное выделение. Снижение уровня выделений и уменьшение токсичности аэрозоля технологическими мероприятиями позволяют лишь частично уменьшить содержание вредных веществ в воздухе рабочей зоны до допустимого уровня, поскольку изменение состава сварочного материала и существенное отклонение от заданного режима сварки ограничено требованиями обеспечения высокого качества сварного соединения.
• К санитарно-техническим мероприятиям относятся: организация местной и общеобменной вентиляции, а также применение встроенных в сварочное оборудование отсосов.
• Средства индивидуальной защиты применяются лишь в тех случаях, когда все вышеназванные мероприятия малоэффективны. Тогда для защиты органов дыхания используются респираторы или специальные защитные щитки сварщиков с притоком чистого воздуха в подмасочное пространство.

Как организовать вентиляцию в сварочном цехе

Санитарно-технические мероприятия и их реализация в сварочных цехах

Вентиляцию организуют так, чтобы отводить пыль и газы, выделяющиеся в процессе сварки и резки, ассимилировать теплопоступления и разбавлять неуловленные вредности.

Для решения вышеперечисленных задач используются следующие методы:

1. Устройство местных отсосов, встроенных в сварочное оборудование.

При наличии стационарных постов сварки небольших габаритов (например, сварочных столов) существуют вариант реализации местных систем вытяжной вентиляции. Такие системы позволяют эффективно улавливать сварочный аэрозоль от 60% - 90%, при этом, чем лучше сделано укрытие источника (конструкций, ограничивающих распространение аэрозоля – стенки, крышки и т.п.), тем выше эффективность улавливания. Неуловленные вредные выделения остаются в помещении и требует дополнительной ассимиляции (разбавления) приточным воздухом общеобменных систем.

Стол для фиксированной электросварки с местным вытяжным отсосом

 

Экспериментальные данные — спектры всасывания стола сварщика, оборудованного местным отсосом:
а) при козырьке, установленном под углом 45 градусов, расход воздуха 1600 м3/ч;
б) при козырьке, установленном под углом 0 градусов, расход воздуха 1200 м3/ч;
в) при козырьке, установленном под углом 0 градусов, расход воздуха 1600 м3/ч;
г) при козырьке, установленном под углом 0 градусов и боковых щитках, расход воздуха 1600 м3/ч

Рисунок наглядно показывает, что установка дополнительных ограждений в разы повышает эффективность местной вытяжной вентиляции. Боковые щитки увеличивают скорость на расстоянии 0,5 м в 2,33 раза.

2. Устройство местных отсосов от открытых источников вредных выделений (стационарные или стационарно-подвижные)

К таким устройством можно отнести панели равномерного всасывания, зонты различной конфигурации, а также подъемно вытяжные рукава на консольных креплениях. Эффективность улавливания не более 70% и сильно зависит от расстояния и места расположения устройства относительно источника вредных выделений.

Панель равномерного всасывания

 

Подъемно-вытяжной рукав на поворотной консоли

 

3. Мобильные-переносные устройства улавливания и очистки

Эффективность улавливания аналогична п.2.

Мобильные-переносные устройства улавливания и очистки

 

4. Активированные отсосы (организованные вблизи источника вредных выделений или в объеме цеха)

В активированных отсосах в дополнение к всасывающим устройствам применяются приточные струи, которые «поддувают» вредные выделения к всасывающему факелу или выполняют роль воздушной завесы и шибируют (отсекают) распространение вредных выделений. Применение таких систем считается крайне эффективным, однако стоимость чаще всего ограничивает их использование.

Активированный отсос вблизи источника вредных выделений

 

Система активированного отсоса с рециркуляцией воздуха

4. Общеобменная система приточно-вытяжной вентиляции

Без общеобменной системы в сварочном производстве не обойтись, применение всех упомянутых ранее мероприятий не дает 100% эффективности улавливания, поэтому необходимо в дополнение к ним предусматривать системы приточной и вытяжной вентиляции. Поступление свежего воздуха разбавляет содержание вредных выделений до нормируемых значений.

Пример организации приточно-вытяжной системы вентиляции в сварочном цехе

Общеобменная система приточно-вытяжной вентиляции может использоваться без местных вытяжных систем. Такое решение иногда является наиболее рациональным из-за высокой стоимости организации местных вытяжных систем. Однако необходимо произвести расчеты и определить какой расход приточного воздуха будет достаточен для ассимиляции.

Заказать проект вентиляции

Расчет вентиляции (воздухообмена) сварочного цеха

Расчет воздухообмена для сворочных цехов должен учитывать паро- и газовыделения.

Так как в процессе производства от сварочных постов выделяются вредные токсичные вещества в виде паров, газов, аэрозолей или смесей этих агрегатных состояний, одна из задач вентиляции — разбавить эти вещества до предельно-допустимых концентраций (ПДК).

ПДК определены в СанПиН 1.2.3685-21 "Гигиенические нормативы и требования к обеспечению безопасности и (или) безвредности для человека факторов среды обитания". В данном документе установлено, какое количество вредных веществ может содержаться в воздухе, не нанося вреда человеку в определенный промежуток времени.

Воздухообмен по газовым выделениям в помещении рассчитывают по формуле:

L=K/(K_гдк–K_пр)

Где:

• L — воздухообмен,
• К — весовое количество газов, что выделяются в помещение;
• К_гдк — предельно допустимая концентрация газов;
• К_пр — концентрация газов в приточном воздухе.

Сколько и каких веществ выделяется в процессе сварки обычно знает инженер-технолог. Однако на практике это часто не так, особенно на этапе проектирования объекта. Мы можем помочь в такой ситуации — рассчитать выделения химических веществ в воздух внутренней среды помещений исходя из предоставленных данных.

Заказать расчет вентиляции

Нормы ПДК для цехов сварки

Примеры ПДК для некоторых веществ, выделяющихся в процессе сварки

• «п» - пары и (или) газы;
• «а» - аэрозоль.

Нормативная база

При организации вентиляции для цехов сварки, как и для остальных производственных помещений, действуют общие нормативные документы:

• СП 60.13330.2020  Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха
• ГОСТ 12.4.021-75 Система стандартов безопасности труда. Системы вентиляции
• СанПиН 1.2.3685-21 "Гигиенические нормативы и требования к обеспечению безопасности и (или) безвредности для человека факторов среды обитания"
• ГОСТ 12.1.005-88. Межгосударственный стандарт. Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны
• СП 7.13130.2013 Отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха. Требования пожарной безопасности.

Про нас

Мы занимаемся проектированием, тепловыми расчетами и поставкой оборудования более 12 лет. Огромный опыт, а также профильное образование наших инженеров вкупе с постоянным повышением квалификации позволяет успешно работать с самыми специфичными объектами.

Мы используем проверенные системы расчета и подбора техники. Устройства подбираются индивидуально под каждый объект в зависимости от технических условий и пожеланий заказчика. Для поставки доступно современное оборудование, отвечающее высоким стандартам качества и безопасности. 

Основы нашего подхода к работе:

• Рациональность. Если вы не знаете, какой агрегат будет экономичнее и эффективнее в долгосрочной перспективе, мы учтем все факторы, влияющие на это — специфику производства, географическое расположение, доступность тех или иных видов топлива для конкретного объекта и его расход, изнашиваемость оборудования — и исходя из этих данных посоветуем наиболее разумный вариант
• Честность. Мы честно говорим, если то или иное оборудование не подходит под ваши задачи или если есть более рациональный вариант. Мы не руководствуемся принципом “лишь бы продать”. О минусах и нюансах техники, если такие присутствуют, предупреждаем.
• Ответственность. Для подбора мы делаем точные расчеты, за которые отвечаем. Если для точного расчета по какой-то причине недостаточно данных — предупреждаем заказчика и подбираем агрегат так, чтоб его мощности хватало с запасом.