船舶建造車間環(huán)境質(zhì)量分析

劉玉君, 王力占， 李 瑞

(1.大連理工大學(xué) 船舶工程學(xué)院， 遼寧 大連 116024; 2.上海船舶工藝研究所， 上海 200023)

船舶建造車間環(huán)境質(zhì)量分析

劉玉君1, 王力占2， 李 瑞1

(1.大連理工大學(xué) 船舶工程學(xué)院， 遼寧 大連 116024; 2.上海船舶工藝研究所， 上海 200023)

粉塵、噪聲以及有害氣體是船舶建造車間內(nèi)主要的污染因子，造成這些污染的主要生產(chǎn)工藝有焊接工藝、打磨工藝、切割工藝。針對(duì)船舶建造車間污染情況，以某船廠管加工車間和鋼加工車間為研究對(duì)象，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量粉塵濃度、噪聲，收集污染氣體并化驗(yàn)濃度，分析各污染因子數(shù)值在車間內(nèi)大小及變化規(guī)律。經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，粉塵濃度、噪聲、有害氣體濃度在船舶建造管加工車間與鋼加工車間內(nèi)具有一定的變化規(guī)律，為加快“綠色造船”提供一定的參考。

綠色造船；車間；環(huán)境污染

0 引言

船舶建造車間內(nèi)產(chǎn)生的污染是整個(gè)船舶建造過程中產(chǎn)生污染最為嚴(yán)重的階段之一，具有污染普遍性和排放多樣性等特征。我國(guó)與發(fā)達(dá)國(guó)家在船舶建造車間的綠色度方面有很大差距，由于控制污染難度大、投入多、涉及到的技術(shù)復(fù)雜，故運(yùn)行起來比較困難。在船舶建造的整個(gè)生產(chǎn)工藝流程中，均存在著因建造車間污染處理設(shè)施布局不合理、不全面而造成各種污染問題。因此，如何盡可能減少船舶建造過程中產(chǎn)生的污染是當(dāng)前亟待面臨解決的重大問題。

以船廠管加工車間和鋼加工車間為例，其每個(gè)生產(chǎn)工藝過程均會(huì)產(chǎn)生對(duì)車間環(huán)境有害的物質(zhì)，主要包括在焊接工藝、打磨工藝、切割工藝過程中產(chǎn)生的粉塵、噪聲及其他有害氣體。因此，將綠色制造的概念引入船廠生產(chǎn)車間的環(huán)境質(zhì)量評(píng)定體系，分析各有害物質(zhì)在車間內(nèi)的含量及變化情況，對(duì)車間環(huán)境質(zhì)量做進(jìn)一步的評(píng)估并采取相應(yīng)措施就顯得尤為重要。例如：在污染物排放比較嚴(yán)重的工藝區(qū)域設(shè)置合理的污染物處理設(shè)備，有效控制污染物的排放；在車間整體污染比較嚴(yán)重的區(qū)域選擇合適的位置布置通風(fēng)設(shè)備或重新布置車間內(nèi)的生產(chǎn)工藝設(shè)備；對(duì)于污染物處理設(shè)施不合理的車間提出改進(jìn)意見；對(duì)于新建車間的布局提出參考意見；等等。

本文以某船廠管加工車間和鋼加工車間為研究對(duì)象，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量粉塵濃度，噪聲，收集污染氣體并化驗(yàn)濃度，分析各污染因子數(shù)值在車間內(nèi)大小及變化規(guī)律。

1 船舶建造車間粉塵濃度測(cè)量試驗(yàn)及變化規(guī)律

1.1 車間整體粉塵濃度測(cè)量試驗(yàn)及變化規(guī)律分析

1.1.1 測(cè)量試驗(yàn)的設(shè)計(jì)

(1) 管加工車間整體區(qū)域測(cè)量試驗(yàn)設(shè)計(jì)。管加工車間區(qū)域測(cè)量點(diǎn)布置如圖1所示，其中B區(qū)～D區(qū)的a段以切割工藝為主，b段以平臺(tái)裝配、焊接、打磨工藝為主。分別在各加工區(qū)域的a段和b段中心位置處設(shè)置測(cè)量點(diǎn)，測(cè)量點(diǎn)高度距地面1.5 m，為人員正常工作、行走時(shí)的口鼻高度位置。同一測(cè)量點(diǎn)的測(cè)量時(shí)間間隔為30 min。測(cè)量設(shè)備選擇PM10/PM2.5大氣粉塵檢測(cè)儀。

圖1 管加工車間整體區(qū)域測(cè)量點(diǎn)的布置

(2) 鋼加工車間整體區(qū)域測(cè)量試驗(yàn)設(shè)計(jì)。鋼加工車間區(qū)域測(cè)量點(diǎn)布置如圖2所示，其中A、C、E、G區(qū)以切割工藝為主，B、D、F、H區(qū)以焊接、打磨以及小組立工藝為主。在A區(qū)～H區(qū)中心位置處分別設(shè)置測(cè)量點(diǎn)，測(cè)量點(diǎn)高度距地面1.5 m，為人員正常工作、行走時(shí)口鼻高度位置。同一測(cè)量點(diǎn)的測(cè)量時(shí)間間隔為30 min。測(cè)量設(shè)備選擇PM10/PM2.5大氣粉塵檢測(cè)儀。

圖2 鋼加工車間整體區(qū)域測(cè)量點(diǎn)的布置

1.1.2 粉塵濃度隨工作時(shí)間的變化規(guī)律分析

表1所示為管加工車間B區(qū)(表中簡(jiǎn)稱為管加B-1、管加B-2)、鋼加工車間C區(qū)(表中簡(jiǎn)稱為鋼加C-1)、鋼加工車間D區(qū)(表中簡(jiǎn)稱為鋼加D-1)測(cè)量點(diǎn)的半日統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，其變化情況如圖3所示。

表1 車間粉塵濃度隨工作時(shí)間的變化情況 mg/m3

圖3 車間粉塵濃度隨工作時(shí)間的變化情況

由測(cè)量數(shù)據(jù)可知：

(1) 在3 h監(jiān)測(cè)過程中，車間粉塵濃度整體增加了0.1 mg/m3左右；

(2) 作業(yè)前30 min(13:30～14:00)，由于車間內(nèi)整體粉塵濃度偏低且擴(kuò)散均勻，粉塵濃度增加不明顯；

(3) 作業(yè)30 min后(14:00～16:30)，各測(cè)點(diǎn)處限定時(shí)段內(nèi)粉塵濃度增幅穩(wěn)定在0.02～0.03 mg/m3；

(4) 在3 h監(jiān)測(cè)過程中，不同車間的切割工藝區(qū)粉塵濃度均顯著低于焊接打磨工藝區(qū)。

1.1.3 粉塵濃度隨測(cè)量高度的變化規(guī)律分析

表2所示為管加工車間C區(qū)(表中簡(jiǎn)稱為管加C-1、管加C-2)、鋼加工車間E區(qū)(表中簡(jiǎn)稱為鋼加E-1、鋼加E-2)測(cè)量點(diǎn)某時(shí)刻不同高度下的粉塵濃度統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，其變化情況如圖4所示。

表2 車間粉塵濃度隨測(cè)量高度的變化情況

圖4 車間粉塵濃度隨測(cè)量點(diǎn)高度的變化情況

由測(cè)量數(shù)據(jù)可知：

(1) 隨著測(cè)量點(diǎn)高度從0.3 m提高到1.5 m，粉塵濃度減小0.15 mg/m3左右；

(2) 隨著測(cè)量點(diǎn)高度每增加0.3 m，各測(cè)量點(diǎn)粉塵濃度降幅基本穩(wěn)定；

(3) 不同車間的切割工藝區(qū)粉塵濃度均顯著低于焊接打磨工藝區(qū)。

1.2 車間典型工位粉塵濃度測(cè)量試驗(yàn)及變化規(guī)律

1.2.1 測(cè)量試驗(yàn)的設(shè)計(jì)

布置測(cè)量點(diǎn)時(shí)，選擇工人接觸電焊粉塵濃度最高的時(shí)段進(jìn)行短時(shí)間接觸采集。待焊接工位周圍基本達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)(施焊開始5 min后)開始測(cè)量粉塵濃度。

在操作工人口鼻高度1.5 m處，以操作工人為圓心，在其口鼻與地面相平行的平面上，以0.4 m為半徑，于8個(gè)不同角度分別設(shè)置測(cè)量點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量點(diǎn)布置如圖5所示。測(cè)量設(shè)備選擇PM10/PM2.5大氣粉塵檢測(cè)儀。

圖5 典型工位環(huán)境指標(biāo)測(cè)量點(diǎn)示意圖

1.2.2 焊接工位粉塵濃度變化規(guī)律分析

表3和表4所示為管加工車間、鋼加工車間各一典型焊接工位(無外設(shè)除塵設(shè)備)、2個(gè)時(shí)刻(08∶00，11∶00)的粉塵濃度測(cè)量數(shù)據(jù)，其濃度變化示意圖分別如圖6和圖7所示。

表3 管加工車間某焊接工位粉塵濃度 mg/m3

表4 鋼加工車間某焊接工位粉塵濃度 mg/m3

圖6 管加工車間焊接工位粉塵濃度變化規(guī)律分析

圖7 鋼加工車間焊接工位粉塵濃度變化規(guī)律分析

由測(cè)量數(shù)據(jù)可知：

(1) 在3 h監(jiān)測(cè)時(shí)間內(nèi)，固定測(cè)量點(diǎn)的粉塵濃度增加1 mg/m3左右；

(2) 全部測(cè)量數(shù)據(jù)均高于《車間空氣中電焊粉塵標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定的電焊粉塵最高容許濃度6 mg/m3，各點(diǎn)測(cè)量濃度均值顯著高于規(guī)定的濃度值；

(3) 同工位、同時(shí)刻下，不同角度測(cè)得的粉塵濃度存在差異；

(4) 同工位的粉塵濃度數(shù)據(jù)與作業(yè)時(shí)刻無相關(guān)性。

2 船舶建造車間噪聲測(cè)量試驗(yàn)及變化規(guī)律

2.1 車間整體噪聲測(cè)量試驗(yàn)及變化規(guī)律

2.1.1 管加工車間整體噪聲測(cè)量試驗(yàn)及變化規(guī)律

在管加工車間B區(qū)、C區(qū)的a段(切割區(qū)域)和b段(焊接打磨區(qū)域)中心位置處設(shè)置測(cè)量點(diǎn)，記為B-a、B-b、C-a、C-b。測(cè)量點(diǎn)高度距地面1.5 m處；以0.4 m為半徑，于8個(gè)不同角度分別設(shè)置測(cè)量點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量。測(cè)量點(diǎn)布置如圖5所示。表5為管加工車間整體噪聲測(cè)量數(shù)據(jù)。測(cè)量設(shè)備選擇Tes-1352噪聲計(jì)。

由測(cè)量數(shù)據(jù)可知：

(1) 處于a段區(qū)域的噪聲數(shù)據(jù)相較于b段區(qū)域低2dB左右；

(2) 同類型工藝的區(qū)域噪聲水平無顯著差異。

2.1.2 鋼加工車間整體噪聲測(cè)量試驗(yàn)及變化規(guī)律

在鋼加工車間C區(qū)～F區(qū)中心位置處設(shè)置測(cè)量點(diǎn)，記為C-1、D-1、E-1、F-1。測(cè)量點(diǎn)高度距地面1.5 m；以0.4 m為半徑，于8個(gè)不同角度分別設(shè)置測(cè)量點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量點(diǎn)布置如圖5所示。測(cè)量設(shè)備選擇Tes-1352噪聲計(jì)。表6為鋼加工車間整體噪聲測(cè)量數(shù)據(jù)。

表5 管加工車間整體噪聲測(cè)量數(shù)據(jù) dB

表6 鋼加工車間整體噪聲測(cè)量數(shù)據(jù) dB

由測(cè)量數(shù)據(jù)可知：

(1) 以切割工藝為主的C區(qū)、E區(qū)噪聲平均值相比以焊接打磨工藝為主的D區(qū)、F區(qū)噪聲平均值低2～3 dB；

(2) 同類型工藝的區(qū)域噪聲水平無顯著差異。

2.2 典型工位噪聲測(cè)量試驗(yàn)及變化規(guī)律

試驗(yàn)重點(diǎn)考察切割、打磨、焊接3類工藝的噪聲指標(biāo)，測(cè)量點(diǎn)設(shè)置如表7所示。測(cè)量點(diǎn)高度距地面1.5 m；以0.4 m為半徑，于8個(gè)不同角度分別設(shè)置測(cè)量點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量點(diǎn)布置如圖5所示。表8～表10分別為切割工位、焊接工位和打磨工位噪聲測(cè)量數(shù)據(jù)。測(cè)量設(shè)備選擇Tes-1352噪聲計(jì)。

表7 典型工位噪聲測(cè)量點(diǎn)選擇

表8 切割工位噪聲測(cè)量數(shù)據(jù) dB

表9 焊接工位噪聲測(cè)量數(shù)據(jù) dB

表10 打磨工位噪聲測(cè)量數(shù)據(jù) dB

由測(cè)量數(shù)據(jù)可知：

(1) 71個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)超過《工業(yè)企業(yè)噪聲設(shè)計(jì)控制規(guī)范》里規(guī)定的噪聲限值85 dB，數(shù)據(jù)達(dá)標(biāo)率26.04%；

(2) 鋼加工車間各工位噪聲水平普遍高于管加工車間，其中切割、焊接工位高于管加工車間10%以上。

3 船舶建造車間有害氣體收集與濃度

使用QC-1S單氣路大氣采樣儀(見圖8)、專用抽氣泵與專用鋁箔氣體采樣袋對(duì)管加工車間、鋼加工車間共計(jì)9個(gè)焊接工位測(cè)量點(diǎn)進(jìn)行采樣，并委托大連理工大學(xué)精細(xì)化工國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行成分檢測(cè)。

圖8 QC-1S大氣采樣儀

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檢測(cè)結(jié)果如表11所示。

表11 焊接工位CO濃度測(cè)量數(shù)據(jù) ppm

由測(cè)量數(shù)據(jù)可知：焊接工藝區(qū)CO濃度值遠(yuǎn)超過《室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》的相關(guān)要求10 mg/m3，相當(dāng)于8.73 ppm，未檢測(cè)出NOx和SOx相關(guān)成分。

4 結(jié)論

本文以船舶建造管加工車間和鋼加工車間為研究對(duì)象，設(shè)計(jì)試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量粉塵濃度，分析測(cè)量點(diǎn)粉塵濃度隨車間內(nèi)工作設(shè)備工作時(shí)間增加而變化的情況及粉塵濃度隨距地面高度增加而變化的情況。設(shè)計(jì)試驗(yàn)測(cè)量噪聲大小，分析了車間整體噪聲水平，比較分析了典型工藝區(qū)(焊接工藝、打磨工藝、切割工藝)噪聲情況。設(shè)計(jì)試驗(yàn)對(duì)船舶建造管加工車間和鋼加工車間氣體進(jìn)行收集，檢測(cè)有害氣體含量及成分，分析了典型工藝區(qū)(焊接工藝)以及車間整體區(qū)域有害氣體濃度以及變化情況。粉塵濃度及變化規(guī)律、噪聲及變化規(guī)律為研究船舶建造車間內(nèi)通過優(yōu)化各設(shè)備工藝參數(shù)，工藝路線達(dá)到降低粉塵濃度、減小噪聲大小的目的提供了一定的參考價(jià)值，對(duì)研究船舶建造車間內(nèi)工藝除塵設(shè)備以及降噪系統(tǒng)的布置具有一定的幫助，同時(shí)為“綠色造船”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

高等學(xué)校博士學(xué)科點(diǎn)專項(xiàng)科研基金(編號(hào)：20130041110011)。

劉玉君(1962-)，男，博士，教授，研究方向?yàn)榇芭c海洋結(jié)構(gòu)物先進(jìn)制造技術(shù)。

U673

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