试析焊接车间通风除尘与空调设计

张小宁

（马钢集团设计研究院有限责任公司，安徽 马鞍山 243000）

1 焊接车间通风除尘

为了明确焊接车间通风除尘及空调设计的要点，本文将焊接车间作为研究对象，根据置换通风除尘的工作原理，结合焊接车间的具体参数，进行焊接车间的空调设计，从而为工业企业进行焊接车间的通风除尘及空调设计提供理论及实践参考。该焊接车间的跨距为33m；长度为207m，面积约为6831m2，焊接车间产生的烟尘为碳钢焊接烟尘。根据GBZ2.1-2007 的相关要求，焊接车间的电焊总尘不可以超过4mg/m3；焊接区域的风速不可以超过0.5m/s，避免风速过高影响焊接质量。

在焊接车间生产过程中，产生的烟尘为尘粒，会在重力、浮力和阻力的影响下进行运动。如果三者保持平衡状态，尘粒将会悬浮在焊接车间的空间内。置换通风除尘主要是按照下侧送上回的方式进行气流的输送，对于存在热源的焊接车间，焊接车间内的空气和热源能够组成将自然对流作为核心的热交换，从而向尘粒施加热浮力，并对周围的空气产生影响，引导尘粒向排风口运动，结合抽风口的抽吸作用，实现有效的通风除尘[1]。

2 焊接车间的空调设计

2.1 焊接车间的空调设计要点

根据置换通风除尘的原理，结合焊接车间的设备布置和空调系统要求，空调系统按照下部送风、上部回风的方式实现置换通风。设计人员可以在焊接车间的两侧钢立柱距离地面2m 的位置安装送风筒，要求空调系统的出风速度小于0.5m/s；在焊接车间的起重机上方设置两排回风口。在冬季和夏季运行的状况下，排风由20%的新风和80%的车间回风组成，前者利用排风阀排到车间外，再通过回风与空气的混合，输送到车间内部，保障焊接车间内的能量守恒；在春季和秋季运行的状况下，空调系统按照全新风的方式运行，通过全新风将焊接车间的热负荷排除，实现焊接车间内污染物的有效排出，确保焊接车间的环境温度与空气质量符合清洁生产的要求[2]。

基于上述空调设计方案，设计人员需要在焊接车间内安装组合式除尘控温机组，合理设置空调的回风段、送风段和排风段等不同空气处理工序。结合上述焊接空间的参数，设计人员可以选择4 台风量参数为1.4×105m3/h 机组作为组合式空调系统，保障其通风除尘作用的有效发挥。需要注意的是，设计人员需要在组合式除尘控温机组中安装高效过滤器，用于过滤焊接车间的焊接烟尘，避免车间工作人员吸入烟尘影响身体健康。同时，车间工作人员需要定期清理高效过滤器的滤筒，将滤筒积聚的烟尘抖落于灰斗中。

2.2 焊接车间的空调应用效果

为了明确本文设计空调系统的应用有效性，笔者利用CFD 模拟方法，分析空调系统设计的优势和不足。在CFD 模拟方法的应用中，气流的模拟通过稳态标准k-epsilon 模型来实现；污染物的模拟通过标量模型来实现；温度的模拟通过布西涅斯克假设来实现。基于上述模拟模型，焊接车间空调应用基础上，不同区域的体形参数与边界条件如下：1） 焊接工作台，其高度为1m，地面边长为0.4m，按照5mg/s 的速度从顶部进行污染物的释放，其温度为200℃；2） 空调送风口，设置为圆形，其直径为0.4m，距离地面2m，送风量为7000m3/h，温度为16℃；3） 空调排风口，边长是0.5m，和地面的距离为19.5m，边界条件为0 压力。基于上述参数进行空调系统的应用模拟，具体的模拟结果如下：

第一，送风效果，送风口的速度超过10m/s，侧送风可以覆盖整个焊接车间，但是车间地面2m 以上区域的空气流动速度较慢，但是车间工作人员的工作区域风速超过3m/s，使其感受较大的吹风感，需要在实践应用中适当提升喷口送风的高速，营造舒适的工作环境；第二，温控效果，焊接车间的平均温度为26℃，焊接车间的工作环境属于舒适状态，焊机工作台2m 周边的区域受到焊接热量的影响，温度要高于其他区域约1-2℃，仍旧符合舒适工作环境的要求；第三，污染物排放效果，空调送风部位的污染物含量最低，由于空调送风覆盖焊接车间，所以焊接车间的污染物浓度均低于5mg/m3，焊接操作台附近的污染物初始浓度相对较高，在送风的稀释下，操作台的污染物浓度处于4-5mg/m3范围内，其他区域的污染物浓度低于4mg/m3，焊接车间的平均污染物浓度为3.7mg/m3，均符合国标中要求的焊接车间总尘浓度要求。

观察模拟结果可知，本文设计的空调系统在送风、温控和污染物控制方面具有良好的效果。在送风方面，空调系统的送风可达性偏高，实现焊接车间的送风全覆盖，但是车间工作人员会受到较强的吹风感，需要改进；在温控方面，空调系统能够将焊接车间的温度控制在24-27℃，属于人体感知舒适的温度范围，有助于焊接生产效率和质量的保障；在污染物控制方面，空调系统的总排风量符合焊接车间的生产要求，确保所有工作人员活动区域内的污染物浓度低于4mg/m3，使焊接烟尘在焊接车间内均匀分布，避免烟尘浓度过高对工作人员的身体健康造成危害。在实际的空调系统应用中，设计人员需要考虑空调系统的能耗，通过合理的工况分区，实现清洁车间的建设。

3 结语

焊接车间产生的烟尘会对车间工作人员的身体健康和车间生产效果产生直接的影响。通过本文的分析可知，设计人员需要明确置换通风除尘的原理，并结合焊接车间的实际参数，合理设计焊接车间的空调系统，并注重高效过滤器的应用，营造更为清洁生产环境，提升焊接生产的质量。