船舶建造车间环境质量分析

刘玉君, 王力占， 李 瑞

(1.大连理工大学 船舶工程学院， 辽宁 大连 116024; 2.上海船舶工艺研究所， 上海 200023)

船舶建造车间环境质量分析

刘玉君1, 王力占2， 李 瑞1

(1.大连理工大学 船舶工程学院， 辽宁 大连 116024; 2.上海船舶工艺研究所， 上海 200023)

粉尘、噪声以及有害气体是船舶建造车间内主要的污染因子，造成这些污染的主要生产工艺有焊接工艺、打磨工艺、切割工艺。针对船舶建造车间污染情况，以某船厂管加工车间和钢加工车间为研究对象，现场测量粉尘浓度、噪声，收集污染气体并化验浓度，分析各污染因子数值在车间内大小及变化规律。经实验验证，粉尘浓度、噪声、有害气体浓度在船舶建造管加工车间与钢加工车间内具有一定的变化规律，为加快“绿色造船”提供一定的参考。

绿色造船；车间；环境污染

0 引言

船舶建造车间内产生的污染是整个船舶建造过程中产生污染最为严重的阶段之一，具有污染普遍性和排放多样性等特征。我国与发达国家在船舶建造车间的绿色度方面有很大差距，由于控制污染难度大、投入多、涉及到的技术复杂，故运行起来比较困难。在船舶建造的整个生产工艺流程中，均存在着因建造车间污染处理设施布局不合理、不全面而造成各种污染问题。因此，如何尽可能减少船舶建造过程中产生的污染是当前亟待面临解决的重大问题。

以船厂管加工车间和钢加工车间为例，其每个生产工艺过程均会产生对车间环境有害的物质，主要包括在焊接工艺、打磨工艺、切割工艺过程中产生的粉尘、噪声及其他有害气体。因此，将绿色制造的概念引入船厂生产车间的环境质量评定体系，分析各有害物质在车间内的含量及变化情况，对车间环境质量做进一步的评估并采取相应措施就显得尤为重要。例如：在污染物排放比较严重的工艺区域设置合理的污染物处理设备，有效控制污染物的排放；在车间整体污染比较严重的区域选择合适的位置布置通风设备或重新布置车间内的生产工艺设备；对于污染物处理设施不合理的车间提出改进意见；对于新建车间的布局提出参考意见；等等。

本文以某船厂管加工车间和钢加工车间为研究对象，现场测量粉尘浓度，噪声，收集污染气体并化验浓度，分析各污染因子数值在车间内大小及变化规律。

1 船舶建造车间粉尘浓度测量试验及变化规律

1.1 车间整体粉尘浓度测量试验及变化规律分析

1.1.1 测量试验的设计

(1) 管加工车间整体区域测量试验设计。管加工车间区域测量点布置如图1所示，其中B区～D区的a段以切割工艺为主，b段以平台装配、焊接、打磨工艺为主。分别在各加工区域的a段和b段中心位置处设置测量点，测量点高度距地面1.5 m，为人员正常工作、行走时的口鼻高度位置。同一测量点的测量时间间隔为30 min。测量设备选择PM10/PM2.5大气粉尘检测仪。

图1 管加工车间整体区域测量点的布置

(2) 钢加工车间整体区域测量试验设计。钢加工车间区域测量点布置如图2所示，其中A、C、E、G区以切割工艺为主，B、D、F、H区以焊接、打磨以及小组立工艺为主。在A区～H区中心位置处分别设置测量点，测量点高度距地面1.5 m，为人员正常工作、行走时口鼻高度位置。同一测量点的测量时间间隔为30 min。测量设备选择PM10/PM2.5大气粉尘检测仪。

图2 钢加工车间整体区域测量点的布置

1.1.2 粉尘浓度随工作时间的变化规律分析

表1所示为管加工车间B区(表中简称为管加B-1、管加B-2)、钢加工车间C区(表中简称为钢加C-1)、钢加工车间D区(表中简称为钢加D-1)测量点的半日统计数据，其变化情况如图3所示。

表1 车间粉尘浓度随工作时间的变化情况 mg/m3

图3 车间粉尘浓度随工作时间的变化情况

由测量数据可知：

(1) 在3 h监测过程中，车间粉尘浓度整体增加了0.1 mg/m3左右；

(2) 作业前30 min(13:30～14:00)，由于车间内整体粉尘浓度偏低且扩散均匀，粉尘浓度增加不明显；

(3) 作业30 min后(14:00～16:30)，各测点处限定时段内粉尘浓度增幅稳定在0.02～0.03 mg/m3；

(4) 在3 h监测过程中，不同车间的切割工艺区粉尘浓度均显著低于焊接打磨工艺区。

1.1.3 粉尘浓度随测量高度的变化规律分析

表2所示为管加工车间C区(表中简称为管加C-1、管加C-2)、钢加工车间E区(表中简称为钢加E-1、钢加E-2)测量点某时刻不同高度下的粉尘浓度统计数据，其变化情况如图4所示。

表2 车间粉尘浓度随测量高度的变化情况

图4 车间粉尘浓度随测量点高度的变化情况

由测量数据可知：

(1) 随着测量点高度从0.3 m提高到1.5 m，粉尘浓度减小0.15 mg/m3左右；

(2) 随着测量点高度每增加0.3 m，各测量点粉尘浓度降幅基本稳定；

(3) 不同车间的切割工艺区粉尘浓度均显著低于焊接打磨工艺区。

1.2 车间典型工位粉尘浓度测量试验及变化规律

1.2.1 测量试验的设计

布置测量点时，选择工人接触电焊粉尘浓度最高的时段进行短时间接触采集。待焊接工位周围基本达到稳定状态时(施焊开始5 min后)开始测量粉尘浓度。

在操作工人口鼻高度1.5 m处，以操作工人为圆心，在其口鼻与地面相平行的平面上，以0.4 m为半径，于8个不同角度分别设置测量点进行测量，测量点布置如图5所示。测量设备选择PM10/PM2.5大气粉尘检测仪。

图5 典型工位环境指标测量点示意图

1.2.2 焊接工位粉尘浓度变化规律分析

表3和表4所示为管加工车间、钢加工车间各一典型焊接工位(无外设除尘设备)、2个时刻(08∶00，11∶00)的粉尘浓度测量数据，其浓度变化示意图分别如图6和图7所示。

表3 管加工车间某焊接工位粉尘浓度 mg/m3

表4 钢加工车间某焊接工位粉尘浓度 mg/m3

图6 管加工车间焊接工位粉尘浓度变化规律分析

图7 钢加工车间焊接工位粉尘浓度变化规律分析

由测量数据可知：

(1) 在3 h监测时间内，固定测量点的粉尘浓度增加1 mg/m3左右；

(2) 全部测量数据均高于《车间空气中电焊粉尘标准》规定的电焊粉尘最高容许浓度6 mg/m3，各点测量浓度均值显著高于规定的浓度值；

(3) 同工位、同时刻下，不同角度测得的粉尘浓度存在差异；

(4) 同工位的粉尘浓度数据与作业时刻无相关性。

2 船舶建造车间噪声测量试验及变化规律

2.1 车间整体噪声测量试验及变化规律

2.1.1 管加工车间整体噪声测量试验及变化规律

在管加工车间B区、C区的a段(切割区域)和b段(焊接打磨区域)中心位置处设置测量点，记为B-a、B-b、C-a、C-b。测量点高度距地面1.5 m处；以0.4 m为半径，于8个不同角度分别设置测量点进行测量。测量点布置如图5所示。表5为管加工车间整体噪声测量数据。测量设备选择Tes-1352噪声计。

由测量数据可知：

(1) 处于a段区域的噪声数据相较于b段区域低2dB左右；

(2) 同类型工艺的区域噪声水平无显著差异。

2.1.2 钢加工车间整体噪声测量试验及变化规律

在钢加工车间C区～F区中心位置处设置测量点，记为C-1、D-1、E-1、F-1。测量点高度距地面1.5 m；以0.4 m为半径，于8个不同角度分别设置测量点进行测量，测量点布置如图5所示。测量设备选择Tes-1352噪声计。表6为钢加工车间整体噪声测量数据。

表5 管加工车间整体噪声测量数据 dB

表6 钢加工车间整体噪声测量数据 dB

由测量数据可知：

(1) 以切割工艺为主的C区、E区噪声平均值相比以焊接打磨工艺为主的D区、F区噪声平均值低2～3 dB；

(2) 同类型工艺的区域噪声水平无显著差异。

2.2 典型工位噪声测量试验及变化规律

试验重点考察切割、打磨、焊接3类工艺的噪声指标，测量点设置如表7所示。测量点高度距地面1.5 m；以0.4 m为半径，于8个不同角度分别设置测量点进行测量，测量点布置如图5所示。表8～表10分别为切割工位、焊接工位和打磨工位噪声测量数据。测量设备选择Tes-1352噪声计。

表7 典型工位噪声测量点选择

表8 切割工位噪声测量数据 dB

表9 焊接工位噪声测量数据 dB

表10 打磨工位噪声测量数据 dB

由测量数据可知：

(1) 71个数据点超过《工业企业噪声设计控制规范》里规定的噪声限值85 dB，数据达标率26.04%；

(2) 钢加工车间各工位噪声水平普遍高于管加工车间，其中切割、焊接工位高于管加工车间10%以上。

3 船舶建造车间有害气体收集与浓度

使用QC-1S单气路大气采样仪(见图8)、专用抽气泵与专用铝箔气体采样袋对管加工车间、钢加工车间共计9个焊接工位测量点进行采样，并委托大连理工大学精细化工国家重点实验室进行成分检测。

图8 QC-1S大气采样仪

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检测结果如表11所示。

表11 焊接工位CO浓度测量数据 ppm

由测量数据可知：焊接工艺区CO浓度值远超过《室内空气质量标准》的相关要求10 mg/m3，相当于8.73 ppm，未检测出NOx和SOx相关成分。

4 结论

本文以船舶建造管加工车间和钢加工车间为研究对象，设计试验现场测量粉尘浓度，分析测量点粉尘浓度随车间内工作设备工作时间增加而变化的情况及粉尘浓度随距地面高度增加而变化的情况。设计试验测量噪声大小，分析了车间整体噪声水平，比较分析了典型工艺区(焊接工艺、打磨工艺、切割工艺)噪声情况。设计试验对船舶建造管加工车间和钢加工车间气体进行收集，检测有害气体含量及成分，分析了典型工艺区(焊接工艺)以及车间整体区域有害气体浓度以及变化情况。粉尘浓度及变化规律、噪声及变化规律为研究船舶建造车间内通过优化各设备工艺参数，工艺路线达到降低粉尘浓度、减小噪声大小的目的提供了一定的参考价值，对研究船舶建造车间内工艺除尘设备以及降噪系统的布置具有一定的帮助，同时为“绿色造船”助一臂之力！

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Analysis of Environmental Quality for Shipbuilding Workshop

LIU Yujun1, WANG Lizhan2， LI Rui1

(1.School of Naval Architecture and Ocean Engineering, Dalian University of Technology, Dalian 116024, Liaoning, China；2.Shipbuilding Technology Research Institute， Shanghai 200032， China)

During the process of ship building, dust, noise and carbon monoxide in the production workshops are the main factors that cause the pollution of the workshop. However, the main manufacturing processes which cause these pollution are the welding process, the grinding process and the cutting process. The size of dust’s concentration and the noise level，the carbon monoxide collection and the concentration testing are made，and the rules of pollution factors are analyzed. The experimental results show that the concentration of dust, noise, and the concentration of harmful gas have a certain change in the shipbuilding workshop, which provide a certain reference value for speeding up the “green shipbuilding” .

green shipbuilding； workshop； environment pollution

高等学校博士学科点专项科研基金(编号：20130041110011)。

刘玉君(1962-)，男，博士，教授，研究方向为船舶与海洋结构物先进制造技术。

U673

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