大型分段装焊工场设计

刘可卿

（中船第九设计研究院工程有限公司，上海 200063）

制造工程设计

大型分段装焊工场设计

刘可卿

（中船第九设计研究院工程有限公司，上海 200063）

根据大型分段装焊工场通风除尘设计要求，在完成主体设计同时采用建筑自然通风与环保局部烟尘治理相结合的方式，可有效解决装焊工场大型化集中化带来的焊接烟尘污染加剧的问题，有利于改善车间环境。

分段装焊工场;工程设计;焊接烟尘;通风除尘

【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.09.030

1 引言

焊接作为机械加工不可缺少的技术手段，是现代船舶制造的关键工艺技术。随着我国造船工业的迅速发展，船舶行业分段装焊工场日趋大型化，车间建筑尺寸也从单跨、数千平方米发展到了多跨、数万平方米。装焊工场的大型化对建筑、结构、环保、节能等设计专业提出了新的要求，特别是装焊作业集中化、规模化、高效化带来的焊接烟尘污染加剧问题给厂房排烟除尘设计提出了新的课题。

2 工程概况

分段装焊工场为主厂房2跨，主尺度（长×宽×轨高）=237m×（48+48）m×15m，设24m露天堆场。车间主要承担部件分段、平面分段的制造，包括焊接、装配及预舾装工作。车间内设有1台100(50+50)t桥式起重机，轨高为29m；5台32/5t桥式起重机，轨高为15m；1台25t桥式起重机，轨高为15m；6台10t半门式起重机，上轨高度为9m。车间内配置各类焊机300台，主要采用CO2气体保护焊、埋弧自动焊等高效焊接设备。

3 工程设计

3.1 建筑结构设计

分段装焊工场为2联跨车间，占地面积23 409m2（含露天跨面积2 280m2），建筑面积21 129m2。车间结构形式采用单层钢结构框排架，生产火灾危险性类别为丁类，建筑耐火等级为二级。

车间总长237m，宽96m，共2跨，跨度均为48m，柱距主要为6m、9m、12m、13m、24m（露天跨）和25m（中间通道）。车间屋盖采用钢网架，横向采用钢排架结构，纵向采用铰接排架并设柱间支撑，每个结构单元纵向柱列中部设1道上下柱间支撑，两端各设1道上柱间支撑。100t吊车运行区的排架柱的下柱采用钢管混凝土格构柱，上柱采用H形截面钢柱；其余区域的排架柱的下柱采用双肢格构钢柱，上柱采用H形截面钢柱。

车间屋面采用≥0.60mm厚彩色镀铝锌压型钢板（不含油漆层），外墙面1.2m高度以下为蒸压灰砂砖，上部为≥0.53mm厚单层镀铝锌压型钢板。车间地坪主要为钢筋混凝土地坪或通用地坪。

3.2 防火与消防设计

分段装焊车间为单层钢结构厂房，生产火灾危险性属丁类，建筑耐火等级为二级，防火分区最大占地面积可不受限制。厂房安全出口的数目均大于2个，厂房内最远工作地点到外部出口的距离可不受限制，疏散门的宽度亦需满足规范要求。二级耐火等级的丁戊类厂房的柱梁均可采用无保护层的金属结构，但使用甲乙丙类液体或可燃气体部位的材料，在钢柱表面喷涂防火涂料的防火保护，防火涂料厚度按消防规范二级耐火等级建筑构件的要求确定。其他建筑构件如屋顶承重构件、非承重外墙的燃烧性能和耐火极限均达到二级耐火等级的相应规定。

3.3 建筑节能设计

本项目拟建区域属北温带东亚季风型大陆气候区。车间局部屋面采用机械成型暗扣式透光板，可改善白天车间的采光环境，减少人工照明，节约电能。

单层钢结构大车间建筑设计上积极采用自然通风，依靠合理设置百叶窗，组织气流自然流通，再辅以屋顶通风器等手段排除有毒有害气体，降低能耗。

3.4 环保设计

分段装焊工场内配置300台各类焊机，在焊接作业中产生大量的焊接烟尘。焊烟中含金属氧化物粉尘、CO、Mn、O3等有害物质。由于焊烟粒径很小，绝大部分金属为可吸入粉尘，当操作工人长期在通风不良和没有防护措施的环境中进行作业时，易患低热、电焊尘肺等职业病，严重危害操作工人身体健康。

分段装焊工场焊材年消耗量为780t，合计每年产生焊接烟尘6.24t。以往对焊接烟尘治理方法一般采用全室通风换气措施，以降低工人呼吸带空气中的烟尘及有害气体浓度。由于装焊车间建筑尺寸较大，如采用机械通风换气投资较大，无法在装焊车间中广泛使用；自然通风受气候影响较大，厂房纵深处效果差；同时,又由于装焊车间内焊接范围广、焊接位置随时随地移动，传统局部通风净化法给操作带来不便，无法在实际操作中广泛地使用。因此，采用全面通风净化与新型局部通风净化相结合，是全面、经济、合理地治理焊接厂房内焊烟的有效方法。

新型局部焊烟净化采用高真空焊接烟尘净化技术，该技术在焊烟产生初期，尚未完全扩散至室内时，利用高负压在第一时刻对焊烟进行捕捉，是对污染物治理效率最高、最有成效的方法，其系统风量、功耗较低，可起到事半功倍的效果。该技术可应用于装焊车间手工焊、半自动焊、自动焊和机器人焊接等工位，捕集率达到80%～90%，净化效率为99%。

按焊机同时使用效率50%计算，分段装焊车间在局部焊烟净化上配置25套集中式JY-ZK-600型高真空焊接烟尘净化机组。每套高真空焊接烟尘净化系统可连接6台焊机。高真空焊烟净化机组可布置于钢立柱间电焊机钢平台下，管道以系统的形式均匀分部，并设置即插即用快速插口。系统配备不同长度的耐磨、耐压、耐高温空软管与快速插口连接。焊烟吸口可与焊枪绑定对焊烟进行源头捕集。软管轻便，长度可达30m，可以完全覆盖焊接区域，满足较长构件的焊接作业。

全面通风净化使用1种可替代天窗的屋顶通风器，其是1种无动力的环保型、节能型、轻型现代化排风装置。同时，外墙的7～11.9m和25～32.5m标高处设置铝合金通风百叶，与屋顶通风器形成自然对换气流，增大换气量，为生产创造良好的工作环境。

通过局部通风和全室通风措施相结合的方式使车间内焊接烟尘满足国家有关卫生标准《工作场所有害因素职业接触限值化学有害因素》（GBZ 2.1—2007）中的有关规定。

3.5 电气设计

分段装焊工场配置2座10/0.4kV变电站，其中1座设置1台1 250kV·A干式变压器，另外1座设置1台2 000kV·A干式变压器；均为车间内架空变电站。为减少电能损耗，节约投资，变电站均深入车间的负荷中心。变电所照明按二级负荷供电，其他设备按三级负荷供电。

车间照明照度200lx（7W/m2）。照明光源选用高光通量金属卤化物灯，并配置节能型电感镇流器和电容补偿；荧光灯采用高效节能型荧光灯，并配置电子镇流器。

建筑物屋面设接闪带防直击雷，利用与接地干线相联的屋顶彩钢板作防雷接闪器。防雷引下线除优先采用土建结构主钢筋，接地极优先采用桩基垂直主钢筋外，还辅以人工接地极；变电站接地制式为TN-S制。接地方式采用共用接地，接地电阻小于或等于1Ω。

3.6 给排水设计

车间用水直接接自厂区给水环网，排水采用分流制。雨水经厂区雨水管网收集后直接排入水体。车间内一般无害废水直接排入厂区污水管，有害生产废水需单独收集并经环保专业处理达标后方可排入厂区污水管。

根据规范要求，本车间可不设室内消火栓系统，室外消防用水量20L/s，由厂区给水管网上的室外消火栓供给。车间内按消防要求均配置一定数量手提式干粉灭火器。

4 结语

在大型分段装焊工场的设计工作中，完成车间主体部分设计的同时需特别关注建筑通风与排烟除尘的设计工作。本设计中采用了建筑屋顶通风器、侧墙百叶等自然通风措施与环保局部源头焊烟治理净化措施相结合的方法来解决集中焊接作业带来的焊烟污染问题，实际生产运行过程中获得了良好的效果，节约能耗，改善了车间作业环境，可为类似大型装焊厂房的设计提供一定的设计经验和指导。

【1】GB50016—2014建筑设计防火规范[S].

【2】GB 50019—2015工业建筑供暖通风与空气调节设计规范[S].

【3】GB Z2.1—2007工作场所有害因素职业接触限值化学有害因素[S].

【4】GB 50057—2010建筑物防雷设计规范[S].

【5】GB 50034—2004建筑照明设计标准[S].

【6】GB 50015—2010建筑给水排水设计规范[S].

The Design of Large Scale Assembly Welding Shop

LIU Ke-qing
（ChinaShipbuildingNDRIEngineeringCo.Ltd.，Shanghai 200063，China）

According to the requirements of ventilation and dust purification in the design of large scale assembly welding shop,in thecompletionofthemaindesignatthesametime,thecombinationofnaturalventilation in buildingsand the local environmental protection dustpurification, can effectivelysolve thewelding fume pollution problemswhich caused bythe assemblyweldingworkshop of large centralized.Thentheenvironmentoftheworkshopcanbeimproved.

assemblyweldingshop;engineeringdesign;weldingfume;ventilationandpurification

TU275.3

B

1007-9467（2016）09-0112-02

2016-05-12

刘可卿（1983～）,男，江苏常州人，工程师，从事环境工程研究，（电子信箱）mg0625061@163.com。