金属表面处理的除尘设备选型要点

文·图/王世洪

近几年来相继发生了“8·2”昆山粉尘爆炸等多起金属加工过程中的粉尘爆炸事故，除尘系统不能正常有效运行、除尘设备选配使用不当是导致事故的主因。本文围绕金属表面处理中的铝镁制品的抛光和抛丸工艺如何选配除尘设备进行重点讨论。

金属表面处理主要是指抛光、打磨、抛丸、喷砂等金属机械加工工艺，通常是对有色金属压铸件（以铝、镁等有色金属材料为主）深加工前进行的表面预处理手段，是保证产品品质的重要环节。

这个过程中会产生一定量的金属或者金属与非金属的混合粉尘，当空气中这类粉尘浓度达到爆炸极限，遇到点火源（抛光、抛丸均极易产生火星）极易产生爆燃事故。特别是铝、镁粉尘及含有铝、镁等有色金属成分的混合粉尘的爆燃危害更大。

不及时收集排除粉尘，对作业人员的身体健康、安全生产、产品品质都会带来较大影响，而直接收集后排至户外又会污染大气环境，为法律所禁止。除尘设备作为收集净化粉尘污染物的核心装置，就成了金属表面处理工艺不可或缺的配套设备。

除尘设备的安全风险

从图1可以看出，金属表面处理产生的粉尘，主要通过管道输送到除尘器里进行过滤收集起来集中处理。除尘设备作为粉尘的收集净化装置，其机体内是粉尘最为集中的区域。

2014年8月2日，江苏省昆山经济技术开发区的昆山市中荣金属制品有限公司抛光打磨车间发生特大铝镁制品粉尘爆炸事故，造成146人死亡、114人受伤。

2015年5月13日，广东珠海兴利五金金属制品有限公司发生铝粉尘爆炸事故。

2016年4月29日，广东深圳精艺星五金加工厂发生铝粉尘爆炸事故。

以上3起事故均为金属加工过程中发生的铝镁等金属粉尘爆炸事故，除尘系统不能正常有效运行、除尘设备选配使用不当是导致事故的主因。

2016年8月29日，国家安全监管总局为了从根本上严防类似事故的发生，紧急发布AQ 4272-2016《铝镁制品机械加工粉尘防爆安全技术规范》，于2017年3月1日正式实施。

图1 有色金属压铸件表面处理配套除尘系统基本流程图

根据该标准第5.2项、第5.3.2项和第5.4.1项的描述，除尘器是可以发生持续性粉尘爆炸的区域（20区），是除尘系统的最大风险源。

因此，加强对除尘设备的正确选择和安全防护，是保证金属表面处理产生的粉尘得到有效安全处理的至关重要的环节。其中，以铝镁制品的抛光和抛丸工艺安全风险更大。

近20年来，国内机械制造业的蓬勃发展，带动了压铸产业有色金属产品（主要以铝、镁等合金材料为主）抛光、抛丸等表面处理产业的兴盛。如何保证对抛光、抛丸等表面处理过程中产生的粉尘进行有效安全的收集处理，成了业内和监管部门迫在眉睫的大事。除尘设备如若选配不当，不但抛丸机腔体爆燃的风险依然会存在，除尘设备又成为爆燃的一个风险源，还有可能加大爆燃事故的危害程度。

因此，本文围绕金属表面处理中的铝镁制品的抛光和抛丸工艺如何选配除尘设备进行重点讨论。

除尘设备基本类型和特点

抛丸是为了清除工件表面的氧化物或杂质，是涂装的前处理工序；抛光是通过合适加工设备和加工手段，增加工件的表面光洁度。

干式除尘器和湿式除尘器是抛光、抛丸等表面处理工艺使用的除尘设备的基本类型，也是AQ 4272-2016重点论述的核心对象。

干式除尘设备

主要是指袋式除尘器（滤筒除尘器是袋式除尘器的一种）。

优点：传统的过滤形式，除了需要对收集的污染物和达到使用寿命的滤芯进行工业废弃物处理外，没有废水的处理问题。如果严格按照标准采取相应的安全措施（如火星探测及灭熄、抑爆、隔爆、泄爆、惰化处理等手段），可以将安全风险降低到较低水平。特别适用于没有污水处理条件和水资源匮乏的区域及粉尘与水接触活性特强甚至产生高危污染物等极为特殊的工况。

缺点：压力波动较大、除尘器腔体内粉尘浓度经常性处在爆炸限值范围内，而抛光、抛丸产生的火星无法通过除尘器自身实现灭熄，很难从根本上消除安全隐患。AQ 4272-2016对干式除尘器的安全配置及管理使用做了详尽细致的规定和要求。这些都导致安全防护投入成本和运行成本较高。因此，除了特殊情况外，铝镁制品抛光、抛丸等表面处理工艺在严格安全管理的大背景下，干式除尘器的市场份额会逐渐减少。

湿式除尘设备

主要是指湿式除尘器。湿式除尘器俗称“水除尘器”，它是使含尘气体与液体(一般为水)密切接触，利用水滴和颗粒的惯性碰撞，或者利用水和粉尘的充分混合作用及其他作用，捕集颗粒，或使颗粒增大，或留于固定容器内达到水和粉尘分离效果的装置。

具体分类大致包括重力喷雾湿式除尘器，如喷淋洗涤塔；旋风式湿式除尘器，如旋风水膜式除尘器、水膜式除尘器；自激式湿式除尘器，如冲激式除尘器、水浴式除尘器；填料式湿式除尘器，如填料塔、湍球塔；水幕式湿式除尘器，如水幕、水帘式除尘器；文丘里湿式除尘器，如文丘里除尘器；机械诱导除尘器，如拨水轮除尘器。

湿式除尘设备的过滤介质是水，水具有灭熄火星的自然属性，因此，对于抛光、抛丸等极易产生火星的工艺来说，绝大多数情况下，通过直接灭熄点火源（火星）的湿式除尘方式，无疑是最实用、最安全、最便捷的粉尘净化方式。因此，在铝镁等金属制品粉尘治理方面，AQ 4272-2016以及AQ 4273-2016《粉尘爆炸危险场所用除尘系统安全技术规范》均对湿式除尘方式予以了充分肯定。今后，湿式除尘设备在铝镁制品抛光、抛丸等表面处理工艺的市场份额会越来越大。

几种常见湿式除尘设备特点

正压送风喷淋逆洗式除尘装置（AQ 4272-2016标准已经明确禁止）

原理：抛光打磨产生的粉尘通过管道末端的风机收集后，正压吹送到圆柱体或者方形体或者通风巷道，圆柱体或者方形体或者通风巷道安装的喷淋装置喷射水雾对通过的气流进行洗涤，粉尘颗粒物与水雾接触混合沉降后被收集清理。

特点：这种装置结构简单，投资成本低，被抛光行业特别是小企业大量应用。但是，环保不达标、腔体内容易聚集氢气、耗水量大、污水难以处理。目前已经被国家标准严禁使用，但仍被一些企业违规使用。

喷淋洗涤塔（包括填料塔、湍球塔）

图2 喷淋洗涤塔

原理：抛光、打磨产生的粉尘通过管道末端的风机负压收集到塔体，塔体上部安装的喷淋装置喷射水雾对通过的气流进行洗涤，粉尘颗粒物与水雾接触混合沉降后被收集清理。如果有填料层，则填料层形成水膜可对通过的粉尘颗粒进行第一级吸附，喷射的水雾进行二级吸附，粉尘颗粒物与水膜、水雾接触混合沉降后被收集清理。

特点：主要应用在电子、化工等工艺产生的酸碱废气的酸碱中和，可以附带处理浓度不高的粉尘，或者作为主除尘设备的前端预处理设备。

应用在铝镁抛光粉尘处理方面应该注意的事项：喷淋装置对喷淋头品质、水压、水质要求较高。过滤效率较低，适用于粉尘浓度很低的粉尘，如果粉尘含有布轮、轮等纤维状粉尘及抛光膏、抛光蜡等成分，粉尘与填充层接触易堵塞不易清理、污染物处理繁琐、占地空间大、有爆炸风险。目前有厂家通过不设填充层、加高塔体高度、增加喷淋装置层数和数量来提高过滤效率，有一定效果，但耗水量大、占用场地大、维修繁琐等问题无法从根本上解决。

目前，由于该装置长期在电子、化工等领域大量应用，在多数人的认知中，喷淋塔几乎成了湿式除尘设备的代名词，尽管存在这样、那样的问题，仍然被大量使用。环保排放标准的严格执行，客观上会限制这类装置的应用。在粉尘产生量不高、经济承受能力不强的企业中有一定市场。

水幕式湿式除尘装置

原理：打磨抛光粉尘通过幕墙装置下端出风口进入风机，水泵将水打入水幕顶部的蓄水槽，水槽水漫溢出顺着幕墙自由落体，在幕墙下端出风口形成水帘（水幕），粉尘颗粒物与水幕接触混合沉降后被收集清理。

特点：这种装置结构简单、投资成本低，在个别大工件抛光打磨和喷漆类小企业有应用。但是，过滤效率低、耗水量大、污水难以处理。目前被个别应用在抛光打磨工位前的预处理，主要用来灭熄火星和吸收少量粉尘。受末端风机风量变化的影响，水幕很难稳定形成对除尘口的全覆盖，作为预处理，未能过滤的粉尘受潮极易吸附在除尘管道上，挂壁沉积甚至板结，反而影响整体的吸尘效果。目前虽有业内专业人士尝试推广，但个人观点，发展前景暗淡。在粉尘产生量低、经济承受能力不强的企业中有一定市场。

文丘里（文氏管）除尘器

原理：除尘装置由文氏管和脱水器组成。含尘气流高速通过文氏管的喉管，高压喷水装置将喷入喉管的水迅速分散为雾滴，尘粒与雾滴发生强烈碰撞、凝聚，并被捕获，由脱水器除去。

图3 文丘里（文氏管）除尘器

特点：文氏管除尘器结构简单，维护管理容易，过滤效率较高。压力稳定但压力损失大，耗水量较大，高压喷水装置对水质要求较高，喷水装置容易产生故障影响除尘效率，垃圾处理相对繁琐。

目前，该装置更多地被用来处理热处理过程中产生的高温油脂烟气。适用于自身要求较高、经济承受能力较强的企业。

涡旋式（自激式）湿式除尘器

原理：一款吸尘和净化共用同一个动力源的湿式除尘器。以自带风机形成的负压为动力，水箱中的水被吸入不同形状的翅片组合的气流通道，并在通道内形成涡旋状水团（循环涡旋水团组水道），含尘气流与通道内的涡旋水团充分接触混合沉降后被收集清理。

特点：压力稳定，过滤效率较高，适用范围广，维护简便，故障隐患点少，运行成本较低，耗水量不高，对水源水质要求不高。自动清淤装置解决了污染物难以收集的问题，特别适用于抛光、抛丸等金属表面处理工艺。但机体结构较其它湿式除尘设备复杂、成本较高。由于技术领先，具有较好的发展前景。适用于自身要求较高、经济承受能力较强的企业。

图4 涡旋式（自激式）湿式除尘器

除尘系统的选用要点与注意事项

除尘设备自身应该压力稳定

吸尘效果稳定有效，是除尘系统安全运行的基本保障。除尘设备自身的压力稳定是保证吸尘效果稳定的主要环节。

对于干式除尘设备和靠填充物提高过滤效率的湿式除尘设备而言，滤袋和填充物经过一段时间的使用后，必然出现透气性下降、阻力提高的结果，这个时候，风机的能力必然下降，吸尘效果下降。久而久之，系统运行出现问题，对于处理易燃易爆粉尘的除尘系统而言，安全风险提高。

因此，只有及时清理或更换滤料（填充物）才能降低系统的安全风险。一方面这项工作本身具有一定安全风险，同时也增加了系统的运行成本。实际生产运行过程中很难保证这项工作的及时执行。应该选择自身压力稳定的除尘设备【如涡旋式（自激式）湿式除尘器或文丘里（文氏管）除尘器】。

选配除尘设备的注意事项

含有抛光膏和纤维粉尘的铝镁抛光粉尘：这类粉尘有一定的粘性，极易在管道挂壁，粉尘容易悬浮在水面影响过滤效率。尽可能缩短甚至取消收尘管道，直接选用高过滤效率、可以及时消除粉尘张力的湿式除尘设备，是解决这种抛光打磨工艺粉尘问题的关键。也是粉尘处理的难点。目前，具备这些能力的除尘设备主要是涡旋式（自激式）湿式除尘器。

异形大体积铝镁制品抛光打磨工件粉尘：该工艺的难点在于很难设计出满足吸尘效果的吸尘罩，采用抛光打磨作业空间和除尘设备一体式的综合除尘装置，是解决这个问题的关键。目前，经过改良设计的抛光打磨作业空间和除尘设备一体式的涡旋式（自激式）湿式除尘装置在这方面进行了有益的尝试。但投资成本较高。

抛丸机选配除尘设备时需要注意：吸风量应足以保证抛丸机腔体始终处于微负压状态。抛丸机腔体内产生的铝镁等金属混合物粉尘聚集在抛丸机机体内极易发生燃烧甚至爆炸，吸风效果必须持续稳定，避免抛丸机腔体内粉尘聚集，这就要求为其配套的除尘设备自身压力必须长期稳定。为了最大限度降低除尘器爆燃风险，除尘器的安全设计和配置应该符合国家及地方的安全标准和要求。除尘设备除了要满足安全需求和吸尘效果的需求外，过滤效率也应该符合国家、当地环保部门的排放标准和企业的排放要求。

AQ 4272-2016标准的实施，对促进铝镁等金属制品粉尘的安全治理具有重大的指导作用。但受基础理论不健全、时间紧迫等客观条件以及编撰团队专业背景等限制，新标准在涵盖各类不同的除尘工艺方面，在促进除尘工艺、除尘技术的进步和提高方面还存在一定的提升空间。