Optimierung der Belüftung von Schweißwerkstätten für Sicherheit und Effizienz | MachineMFG

Optimierung der Belüftung von Schweißwerkstätten für Sicherheit und Effizienz

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1. Prozessübersicht und Problemstellung

Die Schweißwerkstatt kann im Allgemeinen in zwei Hauptbereiche unterteilt werden: Materialvorbereitung und Montageschweißen. Die bei der Materialvorbereitung entstehenden schädlichen Stoffe sind minimal.

Die Schweißmontage umfasst in der Regel das Schweißen, die Montage von Passstücken, das temporäre Punktschweißen, die Prüfung und Inspektion, die Abnahme, die Reinigung, das Lackieren und das Trocknen.

Verschiedene Schweißverfahren wie Handschweißen, automatisches Schweißen, halbautomatisches Schweißen, Kohlendioxid-Schutzgasschweißen, Argon Lichtbogenschweißenund das elektrische Lichtbogenschweißen, je nach Produktstruktur.

Handschweißen und Kohlendioxid-Schutzgasschweißen werden in allgemeinen Werkstätten häufiger verwendet. Der wichtigste chemische Gefahrstoff, der beim Schweißen entsteht, ist der Schweißrauch, gefolgt von schädlichen Gasen. Schweißrauch ist der wichtigste chemische Gefahrstoff in der Schweißwerkstatt.

Der "Hygienestandard für Schweißrauch in der Werkstattluft" (GB16194-1996) legt fest, dass die maximal zulässige Konzentration von Schweißrauch in der Werkstattluft 6 mg/m3 (mit den Hauptbestandteilen Eisentrioxid, Manganoxid, Schwefeldioxid und Kalziumoxid), und zu den schädlichen Gasen gehören Ozon, Stickoxide, Kohlenmonoxid, Fluoride und Chloride.

Darüber hinaus legt der "Industrial Enterprise Design Hygiene Standard" (TJ36-79) fest, dass die Manganoxidkonzentration 0,2 mg/m betragen sollte.3Allgemeiner Staub sollte 10mg/m betragen.3und Fluoride sollten bei 1mg/m3.

Die maximal zulässige Konzentration von Schweißrauch in der Schweißwerkstatt beträgt 6 mg/m3. Die Windgeschwindigkeit sollte beim Handschweißen unter 8m/s und beim Schutzgasschweißen unter 2m/s liegen. Die relative Luftfeuchtigkeit sollte unter 90% liegen. Eine längere Exposition gegenüber hohen Konzentrationen von Schweißdämpfen kann zu Schweißerlungenerkrankungen führen.

Daher ist die Bekämpfung des Schweißrauchs in der Schweißwerkstatt ein dringendes Problem. Die Eindämmung von Schweißrauch sollte mit der Förderung sauberer Prozesse beginnen, wie z. B. der Einführung von Schweißverfahren mit wenig oder gar keinem Rauch, der Entwicklung und dem Einsatz von staubarmen und toxizitätsarmen Schweißmaterialienund die Verbesserung des Mechanisierungs- und Automatisierungsgrades der Schweißarbeiten.

Außerdem ist eine gut konzipierte Belüftungssystem ist eine wirksame Maßnahme zur Bekämpfung von Schweißrauchen in der Schweißwerkstatt.

Tabelle 1: Chemische Zusammensetzung des Schweißrauchs gängiger Stahlelektroden (%)

SchweißelektrodenqualitätFe2O3SiO2MnOTiO2CaO
42145.3121.126.975.180.31
42248.1217.937.182.610.95
50724.935.626.31.2210.34
SchweißelektrodenqualitätMgONa2OK2OCaF2KFNaF
4210.255.817.01
4220.276.036.81
5076.3918.927.9513.71

2. Heizung

Die Raumtemperatur in der Schweißwerkstatt wird im Winter auf 14 °C festgelegt, wobei für die Arbeitsschichten eine zusätzliche Heizung von 5 °C vorgesehen ist. Die Beheizung erfolgt durch eine Kombination aus Heizkörpern und Warmluftgebläsen.

Die Heizkörper gewährleisten die 5℃-Heiztemperatur für die Arbeitsschichten, während die Warmluftgebläse zusammen mit den Heizkörpern im Winter für die Beheizung der Schweißwerkstatt sorgen.

Die Warmluftgebläse sollten in Bereichen aufgestellt werden, in denen sich mehr Menschen aufhalten, und die Luftströme der Gebläse sollten koordiniert werden, wobei ein starker Luftstrom in Richtung von Personen zu vermeiden ist.

Um Wärmeverluste innerhalb der Werkstatt zu vermeiden, sollten an den Eingängen Luftschleier angebracht werden. Das Heizsystem mit Heizkörpern sollte von dem Heizsystem mit Warmluftgebläsen und Luftschleiern getrennt sein.

3. Lüftungsmethoden und Vergleich

3.1 Maximale Konzentrationszone des Schweißrauchs

Beim Schweißen entsteht eine große Menge an schädlichen Dämpfen und Gasen, die sich gleichmäßig in der gesamten Werkstatt in der Höhe verteilen.

Es gibt jedoch eine maximale Konzentrationszone für Schweißrauch innerhalb der Schweißwerkstatt, die als angemessene Höhe bezeichnet werden kann. Die Werte für die angemessene Höhe sind in Tabelle 2 aufgeführt.

Tabelle 2: "Angemessene Höhe", bestimmt durch die aktuelle Intensität

Aktuelle Intensität
(A)
Schweißelektroden-Durchmesser
(mm)
Höhe der maximalen Staubkonzentration
(m)
12044
14044.7
1804.0~5.06
20056.6
2805.0~6.09.3
300610
3506.0~8.011.6
4006.0~8.013.5
5008.0~9.017

3.2 Emissionsnormen

Das Abgassystem für Schweißrauch erfordert im Allgemeinen keine Reinigungsmaßnahmen und kann direkt ins Freie abgeleitet werden.

Wenn das Abgassystem in Innenräumen zirkuliert, müssen Reinigungsmaßnahmen getroffen werden, und die Schadstoffkonzentration in den Abgasen sollte 30% der maximal zulässigen Konzentration in der Werkstatt nicht überschreiten.

3.3 Lokale Abgase

In der Schweißwerkstatt sollte die lokale Absaugung so weit wie möglich an den Stellen erfolgen, an denen die Schadstoffe entstehen.

Die lokale Absaugung lässt sich in ortsfeste lokale Absauganlagen und tragbare kleine Rauch- und Staubabsauganlagen unterteilen. Die Steuerluftgeschwindigkeiten für verschiedene Arten von Abzugshauben sind in Tabelle 3 aufgeführt.

Tabelle 3: Steuerluftgeschwindigkeit für verschiedene Arten von Abzugshauben

Typ der AbzugshaubeKontrollierte Luftgeschwindigkeit (m/s)
Lüftungsschrank0.7
Externe AbzugshaubeSeitliche Absaugung1.0
Absaugung von unten1.0
Absaugung oben1.2 

3.4 Umfassende Belüftung

Wenn die Schweißpositionen in der Werkstatt nicht fest sind und keine lokalen Absaughauben verwendet werden können, sollte eine umfassende Belüftung eingerichtet werden.

Bei der umfassenden Lüftung handelt es sich um eine Art Verdünnungslüftung, bei der saubere Außenluft verwendet wird, um Schadstoffe in den Innenräumen zu verdünnen und nach draußen abzuleiten.

Die Wirksamkeit einer umfassenden Belüftung hängt von einem ausreichenden Luftstrom und der richtigen Organisation des Luftstroms ab.

Der Abluftstrom für eine umfassende Belüftung wird auf der Grundlage des Verbrauchs von Schweißelektroden ermittelt. Liegen diese Daten jedoch nicht vor, kann der Abluftstrom mit 3500 m3/h pro Schweißstelle berechnet werden.

Wenn die Belüftungsmaßnahmen die Anforderungen an die höchstzulässige Konzentration von Schweißrauch erfüllen, können auch die Konzentrationen verschiedener schädlicher Gase, die beim Schweißen entstehen, unter die höchstzulässige Konzentration gesenkt werden. Der Abluftstrom für im Inland hergestellte Schweißelektroden ist in Tabelle 4 angegeben.

Tabelle 4: Abluftstrom für im Inland hergestellte Schweißelektroden

KlasseAbluftstrom
(m3/kg Schweißelektroden)
T-462000
T-472500
T-484000
T-494500
T-452000
T-514500
TU-552000
Schweißen von rostfreiem Stahl Elektrode3000

Der Verbrauch von Schweißelektroden kann anhand der folgenden Indikatoren annähernd geschätzt werden, wenn keine Daten vorhanden sind:

  • Schweißen von Baustahl für Gebäuderahmen: 7 kg/t bis 8 kg/t Stahlkonstruktion
  • Schweißen von Stahlplatten: 10kg/t bis 15kg/t Stahlkonstruktion
  • Geschweißte Plattenkräne: 22 kg/t Stahlkonstruktion

3.4.1 Natürliche Belüftung

In Gegenden Chinas, in denen es keine Zentralheizung gibt, kann eine umfassende Belüftung durch Oberlichter und Firstlüfter erreicht werden. Einschiffige Werkstätten sind im Vergleich zu mehrschiffigen Werkstätten leichter für eine natürliche Entlüftung zu organisieren.

Wenn jedoch die Höhe des Fabrikgebäudes die angemessene Höhe deutlich übersteigt und es in dem Gebiet, in dem sich die Fabrik befindet, mehr als die Hälfte des Jahres regnerische und bewölkte Tage gibt, sollte eine mechanische Belüftung hinzugefügt werden.

Bei kleinen Schweißmengen und geringeren Höhen können bei einfeldrigen Werkstätten, die nahe an den Außenwänden liegen, hohe Seitenfenster für eine umfassende Ablüftung genutzt werden.

  • Vorteile: Kein Bedarf an Strom, relativ wirtschaftlich.
  • Benachteiligungen: Anfällig für Umweltveränderungen, instabiler Lüftungsluftstrom.

3.4.2 Mechanische Lüftung

1) Kanalisierte Abluft:

Die Abluftkanäle werden horizontal über dem Schweißbereich in der Werkstatt verlegt, wobei die Abluftauslässe in angemessener Höhe angebracht sind. Die Kanäle sind mit Abluftventilatoren verbunden, um die Luft ins Freie zu befördern.

Es wird auch mechanische Zuluft bereitgestellt, wobei 50% bis 80% (in extrem kalten Regionen der obere Grenzwert und in allgemeinen Regionen der untere Grenzwert) durch mechanische Zuluft aus Klimaanlagen ergänzt wird, während die restliche Zuluft auf natürliche Weise durch Tür- und Fensterspalten eindringt.

In Heizungsregionen werden im Winter für die mechanische Frischluftzufuhr häufig Klimageräte mit Heizteil verwendet. Die vom Heizteil des Klimageräts gelieferte Wärme trägt nicht zur Wärmebelastung der Innenräume bei. Die Wärme Q des Heizteils wird wie folgt berechnet:

Q = Wärmeverbrauch der Werkstattabgase + Wärmeverbrauch durch Kaltlufteintritt durch Tür- und Fensterspalten + Wärmezufuhr durch den Heizteil des Geräts (von Raumtemperatur auf Zulufttemperatur)

Bei der Luftzufuhr zu den Arbeitsplätzen innerhalb von 2 Metern oder bis zu 2 Metern sollte die Zulufttemperatur 45°C nicht überschreiten oder unter 25°C liegen, und die Austrittsgeschwindigkeit sollte 1,5 m/s bis 2,0 m/s nicht überschreiten. Die Zuluftauslässe sollten so niedrig wie möglich und in der Nähe des Schweißbereichs angebracht sein.

In Regionen, in denen nicht geheizt wird, muss die mechanische Zuluft im Winter nicht geheizt werden, so dass die Zuluft der Ventilatoren direkt genutzt werden kann, um Platz in der Werkstatt zu sparen. Die Ventilatoren können hängend installiert werden.

Die Zusatzluft sollte vom Schweißbereich weggeleitet werden, so dass der Luftstrom zum Schweißbereich hin strömt. Die Luftstromgeschwindigkeit in den Kanälen sollte zwischen 6 m/s und 14 m/s (bei Stahlkanälen) liegen.

Für Werkstätten in Heizregionen mit hohem Abluftvolumenstrom können, wenn die Bedingungen es zulassen, Geräte zur sinnvollen Wärmerückgewinnung (z. B. Metall-Rotationsluft-Wärmetauscher) eingesetzt werden, um die Wärme aus der Abluft zurückzugewinnen und der Zuluft zuzuführen.

  • Vorteile: Diese umfassende Belüftungsmethode ist effektiver für die Belüftung von Schweißwerkstätten und kann Schweißrauch, der sich in angemessener Höhe in der Werkstatt ansammelt, wirksam entfernen. Da sich die Lüftungsanlage innerhalb der Werkstatt befindet, beeinträchtigt sie das äußere Erscheinungsbild des Werkstattgebäudes nicht.
  • Benachteiligungen: Aufgrund der Anwesenheit von Rohrleitungen und Kränen in der Schweißwerkstatt kann es schwierig sein, horizontale Kanäle über dem Schweißbereich zu verlegen. Bei der Verwendung von Klimaanlagen für Zusatzluft in Winterheizgebieten wird auch Platz in der Werkstatt benötigt.

2) Dachlüfter und Jet-Ventilatoren für Abluft:

Wenn in der Schweißwerkstatt keine Oberlichter vorhanden sind, können Dachventilatoren auf dem Dach der Werkstatt für die Absaugung von oben installiert werden. Da diese Methode allein nicht ausreicht, um Rauch und Staub in angemessener Höhe in der Werkstatt abzusaugen, können mehrere Düsenventilatoren auf den Säulen in der Werkstatt installiert werden, um die Luft zu stören und die Dachventilatoren beim Absaugen zu unterstützen.

Mechanische Zusatzluft ist ebenfalls erforderlich, und zwar nach der gleichen Methode wie die Abluftkanäle (siehe Abbildung 1).

Abbildung 1. Abluftverfahren für Luftkanäle
  • Vorteile: Durch diese umfassende Belüftungsmethode wird die schwierige Verlegung von Rohren in der Schweißwerkstatt vermieden.
  • Benachteiligungen: Da die Absaugstellen in der Schweißwerkstatt nicht direkt in der richtigen Höhe angebracht sind, ist die Absaugwirkung im Vergleich zur kanalisierten Absaugung relativ schlechter. Dachventilatoren werden auf dem Dach der Werkstatt installiert, und aufgrund des generell großen Abluftstroms in der Werkstatt ist die Anzahl der Dachventilatoren höher, was sich auf das äußere Erscheinungsbild des Werkstattgebäudes auswirkt.

3) Dachlüfter Abluft:

Wenn in der Schweißwerkstatt keine Oberlichter vorhanden sind, können auch Dachlüfter auf dem Dach der Werkstatt zur Absaugung installiert werden. Allerdings muss ein Kanal vom Dachventilator bis zur entsprechenden Höhe in der Schweißwerkstatt verlängert werden, um eine große Menge an Schweißrauch zu entfernen, der sich in der entsprechenden Höhe für die Absaugung angesammelt hat. Es wird auch eine mechanische Zusatzluft benötigt, die nach der gleichen Methode wie die Abluftkanäle funktioniert.

  • Vorteile: Diese umfassende Belüftungsmethode hilft auch in gewissem Maße bei der Lösung des Problems einer großen Ansammlung von Schweißrauch in der Schweißwerkstatt.
  • Benachteiligungen: Da in der Schweißwerkstatt Rohrleitungen und Kräne vorhanden sind, kann es schwierig sein, einen Kanal vom Dachventilator über den Schweißbereich zu führen. Dachventilatoren werden auf dem Dach der Werkstatt installiert, und aufgrund des generell großen Abluftstroms in der Werkstatt ist die Anzahl der Dachventilatoren höher, was sich auf das äußere Erscheinungsbild des Werkstattgebäudes auswirkt.

4) Schweißrauch-Reinigungsanlage: Schweißrauchreinigungsanlagen werden an den Säulen in der Schweißwerkstatt installiert. Die Werkstattluft, die Schweißrauch enthält, tritt von hinten in die Einheit ein, durchläuft Filter, um den Rauch zu entfernen, und wird von vorne abgeleitet.

  • Vorteile: Einfache Einrichtung der Ausrüstung.
  • Benachteiligungen: Relativ teure Ausrüstung.

5) Axialventilator-Absaugung: Bei einfeldrigen, kleinflächigen Werkstätten mit geringer Höhe oder wenn sich der Schweißbereich in der Nähe der Außenwände der Werkstatt befindet, können mehrere Axialventilatoren an höheren Positionen an den Außenwänden in der Nähe des Schweißbereichs zur Absaugung installiert werden. Diese Methode wird häufig in kleinen Betrieben eingesetzt.

Daher sollte bei der Planung der Belüftung von Schweißwerkstätten eine Kombination aus umfassender mechanischer Belüftung, lokaler mechanischer Absaugung und umfassender natürlicher Belüftung auf der Grundlage der tatsächlichen Bedingungen in Betracht gezogen werden.

4. Wärmedämmung und Kühlung

An der Wand montierte elektrische Ventilatoren und tragbare elektrische Ventilatoren sind gängige Methoden zur Kühlung und Verbesserung der Arbeitsumgebung in der Werkstatt im Sommer.

5. Organisation des Luftstroms

Bei der Betrachtung der Ansaug- und Abluftströme in ein- oder mehrfeldrigen Schweißwerkstätten sollte die natürliche Ansaugung von beiden Seiten durch Türen und Fenster erfolgen, der Schweißbereich mit mechanischer Zuluft versorgt werden und horizontale Kanäle für die mechanische Abluft über dem Schweißbereich oder Dachventilatoren auf dem Dach installiert werden, um die Luftbewegung in der Werkstatt zu erleichtern und die beim Schweißen entstehenden Schweißdämpfe effektiver zu entfernen.

6. Schlussfolgerung

1) Der Umgang mit Schweißrauch in Schweißwerkstätten ist seit langem ein schwieriges Thema. Der Autor ist der Ansicht, dass eine Kombination aus lokaler Absaugung und umfassender Belüftung, insbesondere die Verwendung horizontaler Kanäle, die über dem Schweißbereich für eine umfassende mechanische Absaugung verlegt werden, wenn die Bedingungen dies zulassen, derzeit eine wirksame Methode darstellt.

2) Im Zuge des technischen Fortschritts werden immer mehr neu errichtete große Schweißwerkstätten mit ästhetisch ansprechenden leichten Stahldächern ausgestattet. Dies erfordert eine enge Abstimmung mit den Fachleuten des Bauingenieurwesens bei der Installation von Dachlüftern und hängenden Lüftungsventilatoren, um Probleme mit der Tragfähigkeit und den Vibrationen der Geräte zu lösen.

3) Für die Benutzer ist die korrekte Verwendung lokaler Absaug- und umfassender Belüftungsanlagen ebenfalls von entscheidender Bedeutung für die Gewährleistung der Luftqualität in der Werkstatt.

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