1.2. Сварка, наплавка, пайка, электрогазорезка металлов
Процессы сварки, наплавки и тепловой резки металлов сопровождаются выделением сварочного аэрозоля и газов, количество которых пропорционально расходу сварочных материалов (электродов, сварочной проволоки, припоя и т. п.), а при контактной электросварке – номинальной мощности применяемого оборудования.
Сварочный аэрозоль и аэрозоль, выделяющийся при газовой резке, преимущественно состоят из оксидов свариваемых (разрезаемых) металлов или компонентов сплавов (железа, марганца, хрома, титана, алюминия и т. д.).
Применение тепла от сжигания горючих газов (ацетилена, пропан-бутановой смеси и т. п.) для нагрева деталей ведет к выделению оксидов азота и углерода в количестве, зависящем от вида процесса нагрева и расхода горючего газа.
При сварке, наплавке, пайке, электрогазорезке металлов расчёты проводятся по следующим показателям:
1.Максимальное разовое выделение (г/с) загрязняющего вещества (компонентов сварочного аэрозоля и сопутствующих газов) от m одновременно работающих сварочных постов (машин электроконтактной сварки).
2.Максимальное разовое выделение (г/с) загрязняющего вещества (продуктов горения) от т одновременно работающих горелок при сварке, наплавке, пайке или газорезке металлов.
3.Максимальное разовое выделение (г/с) загрязняющего вещества (компонентов аэрозоля и сопутствующих газов) от тп одновременно работающих газовых резаков.
4.Пересчет справочных значений удельных выделений ЗВ от газового резака.
5.Валовое выделение (т/год) загрязняющего вещества от т сварочных постов.
6.Валовое выделение (т/год) загрязняющего вещества от т станков.
Пример 3. На участке ремонта в наиболее загруженные часы рабочей смены двое рабочих проводят газовую резку листов углеродистой стали. При этом первый режет листы толщиной 5 мм (длина реза 5 м за 10 мин), а второй – листы толщиной 10 мм (длина реза 7 м за 15 мин).
Определить: максимальные разовые выделения загрязняющих веществ (ЗВ) в воздух участка во время их совместной (одновременной) работы.
Ход решения
Величины удельного выделения ЗВ (г/пог. м) при газовой резке углеродистой стали составляют:
|
|
|
|
|
Таблица 1.2 |
|
Толщиналиста,мм |
Сварочныйаэрозоль, втомчисле |
|
|
|
||
Марганеци егосоединения |
FeOx |
|
СО |
|
NО2 |
|
5 |
0,04 |
2,21 |
|
1,5 |
|
1,18 |
10 |
0,06 |
4,44 |
|
2,18 |
|
2,2 |
Находим максимальные разовые выделения (г/с) ЗВ от газовой резки листов, выполняемой:
первым рабочим
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
g |
0 |
|
|
|
5 |
|
|
|
|||
|
|
gMn0 L |
|
|
Mn |
|
|
|
|
|
|
|
60 |
|
|||||||
|
|
10 |
|
||||||||||||||||||
` |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
GMn |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,04 0,0083 0,00033, |
|||
|
|
|
|
|
|
|
3600 |
||||||||||||||
|
3600 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
g0 |
|
|
L |
|
|
||||||||
|
|
G` |
|
|
|
|
|
|
FeOx |
|
|
|
|
|
|
2,21 0,0083 0,01834, |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
FeOx |
|
|
|
3600 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
G |
` |
|
|
|
g0 |
L |
|
|
1,5 0,0083 0,01250, |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
CO |
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
3600 |
|
|||||||||||||||
|
|
CO |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
` |
|
|
|
|
|
gNO0 |
|
L |
|
|
||||||||||
|
|
GNO |
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
1,18 0,0083 0,00979; |
||||||
|
|
2 |
3600 |
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
вторым рабочим
|
|
|
|
|
|
|
|
|
g |
0 |
|
7 |
|
60 |
|
|
||
|
|
gMn0 L |
|
|
|
|
Mn |
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
` |
|
|
|
|
|
|
|
15 |
|
|
||||||||
GMn |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,06 0,0078 0,000468, |
|
|
|
|
|
|
|
|
3600 |
|
||||||||||
|
3600 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
g0 |
L |
|
|
|
|
||||||
|
|
G`` |
|
|
|
|
|
|
FeOx |
|
|
|
|
4,44 0,0078 0,03463, |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
FeOx |
|
|
3600 |
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
G |
`` |
|
|
g0 L |
|
2,18 0,0078 0,01700, |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
CO |
|
|
||||||||||
|
|
|
|
3600 |
|
|||||||||||||
|
|
CO |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
`` |
|
|
|
|
|
gNO0 |
L |
|
|
|
|
||||||
|
|
GNO |
|
|
|
|
2 |
|
|
|
2,2 0,0078 0,01716. |
|||||||
|
|
|
|
|
3600 |
|
|
|||||||||||
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Тогда максимальные разовые выделения (г/с) ЗВ в воздух участка вычислим следующим образом:
GMnуч GMn` GMn`` 0,00033 0,000468 0,000798,
GFeOxуч GFeOx` GFeOx`` 0,01834 0,03463 0,05297,
GCOуч GCO` GCO`` 0,01250 0,01700 0,02950,
GNOуч 2 GNO` 2 GNO`` 2 0,00979 0,01716 0,02965.
Ответ: максимальные разовые выделения загрязняющих веществ в воздух участка во время совместной работы составят:
GMn = 0,0008 г/с; GFeOx = 0,053 г/с; GCO = 0,030 г/с; GNO2 = 0,030 г/с.
Пример 4. В цехе ведется ручная дуговая сварка стальных изделий штучными электродами К-5А. Расход электродов составляет 4 кг за смену. Среднее время работы сварочного поста за смену – 3 часа, за год – 840 часов.
Определить:
1.максимальные разовые выделения загрязняющих веществ;
2.валовое выделение сварочного аэрозоля.
Ход решения
Величины удельного выделения ЗВ (г/кг расходуемых электродов) при ручной дуговой сварке штучными электродами заданной марки составляют:
|
|
|
|
Таблица 1.3 |
||
Марка |
Сварочный аэрозоль, в том числе |
|
|
|
||
Марганец и его |
|
Фториды, в пересчете |
|
|||
электрода |
FeOx |
HF |
||||
соединения |
на F |
|
||||
|
|
|
|
|||
К-5А |
1,11 |
18,54 |
4,45 |
|
0,5 |
|
Находим максимальные разовые выделения (г/с) ЗВ от сварочного поста:
G |
|
|
gMn* p |
|
|
|
|
gMn0 |
4 |
|
g0 0,00037 1,11 0,00037 0,000334; |
||||||||||
|
3600 |
3 3600 |
|||||||||||||||||||
Mn |
T |
|
|
|
|
Mn |
|
|
|||||||||||||
|
|
пер |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
G |
|
|
|
|
|
|
g* |
|
|
|
p |
18,54 0,00037 0,006860; |
|
|||||
|
|
|
FeOx |
|
FeOx |
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
T |
3600 |
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
пер |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
G |
|
|
|
|
g* |
p |
|
|
|
1,5 0,00037 0,000555; |
|
||||||
|
|
|
|
F |
|
|
F |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
T |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
3600 |
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
пер |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
G |
|
|
|
|
|
g |
* |
|
|
p |
1,18 0,00037 0,000437. |
|
||||||
|
|
|
HF |
|
|
HF |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
T |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
3600 |
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
пер |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Максимальное разовое выделение (г/с) сварочного аэрозоля вычислим как сумму |
|
||||||||||||||||||||
Gсв.аэр= GMn + GFeOx + GF = 0,000334 + 0,006860 + 0,000555 = 0,007749, |
|||||||||||||||||||||
|
|
|
а его валовое выделение (т/год) определим как |
|
|||||||||||||||||
|
|
|
Mсв.аэр gсв* .аэр Р 10 6 gMn* gFeOx* |
gF* P 10 6 |
|
||||||||||||||||
1,11 18,54 4,45 4 840 10 6 0,026992.
3
Ответ: 1. Максимальное разовое выделение сварочного аэрозоля составит Gсв.аэр = 0,008 г/с. 2. Валовое выделение сварочного аэрозоля составит Мсв.аэр = 0,027 т/год.
Пример 5. На сварочном посту машиной МПТ-75 (мощность 75 кВт) проводят точечную контактную электросварку углеродистой стали. Машина работает 5 часов в день, 24 дня в течение 1 месяца, 11 месяцев в год.
Определить:
1.максимальные разовые выделения ЗВ;
2.валовое выделение ЗВ.
Ход решения
Величины удельного выделения ЗВ при точечной контактной электросварке стали составляют:
•для марганца и его соединений – 0,075 г/ч на 75 кВт номинальной мощности машины;
•для оксида железа – 2,425 г/ч на 50 кВт номинальной мощности машины.
Находим максимальные разовые выделения (г/с) ЗВ:
G |
g* |
W |
|
|
|
0,075 75 |
|
|
|
3 |
|
|||
|
Mn |
|
|
|
|
|
|
0,0208 10 |
, |
|||||
|
|
|
|
75 3600 |
||||||||||
Mn |
75 3600 |
|
|
|
|
|
||||||||
GFeOx |
|
g* |
|
W |
|
2,425 75 |
|
3 |
|
|||||
|
FeOx |
|
|
|
|
|
|
|
|
1,01 10 |
. |
|
||
50 3600 |
50 3600 |
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|||||||||
Находим валовые выделения (т/год) ЗВ:
MMn |
|
gMn* |
W T 10 6 |
|
0,075 75 5 24 11 10 6 |
0,099 10 3, |
|
||||||
|
|
75 |
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
75 |
|
|
|
|
MFeOx |
|
g* |
|
W T 10 6 |
|
|
|
2,425 75 5 24 11 10 6 |
3 |
||||
|
|
FeOx |
|
|
|
|
|
|
4,8015 10 |
. |
|||
|
|
50 |
|
|
50 |
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Ответ: 1. Максимальное разовое выделение при точечной контактной электросварке стали составит GMn = 0,021 ∙ 10-3 г/с;
GFeOx = 1,010 ∙ 10-3 г/с.
2. Валовое выделение при точечной контактной электросварке стали составит МMn = 0,099 ∙ 10-3 т/год;
МFeOx = 4,802 ∙ 10-3 т/год.
1.3. Нанесение лакокрасочных материалов
Для нанесения на изделие защитных и декоративных покрытий используют различные шпатлевки, грунтовки, эмали и лаки, содержащие пленкообразующую основу (минеральные и органические пигменты, пленкообразователи и наполнители) и растворители или разбавители (преимущественно смеси легколетучих углеводородов ароматического ряда, эфиров, спиртов и т. п.).
Формирование покрытия на поверхности изделий заключается, как правило, в нанесении лакокрасочного материала (ЛКМ) и его сушке. При этом в воздух выделяются аэрозоль краски и пары компонентов растворителя (разбавителя), количество которых зависит от состава ЛКМ и растворителей (разбавителей), от технологии окраски, производительности применяемого оборудования.
После завершения окраски и сушки в изделии не остается летучих компонентов: они практически полностью испаряются. Меньшая часть переходит в газообразное состояние при окраске, большая – при сушке.
При распылении ЛКМ образуется аэрозоль краски, первоначальный состав которого идентичен составу наносимой смеси ЛКМ с растворителем (разбавителем). Через определенное время растворитель из жидких капель аэрозоля переходит в газовую фазу и аэрозоль краски представляет смесь воздуха с твердыми частицами сухого остатка ЛКМ. От способа (технологии) распыления зависит доля общего количества краски, переходящая в момент нанесения покрытия в аэрозоль, уносимый в окружающее пространство мимо окрашиваемого изделия и попадающий в вытяжную вентиляционную систему. Нанесение ЛКМ кистью, окунанием, обливом, как и ручное выравнивание поверхностей шпатлеванием
иподобные им процессы, не сопровождаются образованием аэрозоля краски.
Всвязи с незначительным содержанием растворителей в шпатлевке учитывать их отдельно считается нецелесообразным, а рекомендуется включать в расход растворителей при окраске и сушке.
Расчет выделения ЗВ на участках (в цехах) окраски ведется раздельно для окрасочного аэрозоля (сухого остатка) и компонентов растворителей, для грунтовки, ручной подкраски и послойного нанесения многослойных покрытий ЛКМ, а также для окраски и сушки.
Общее валовое выделение летучих компонентов растворителей и разбавителей в соответствии с материальным балансом должно равняться расходу растворителей, разбавителей и летучей части исходных ЛКМ, использованных на рассматриваемом участке (в цехе) за соответствующий период времени (месяц, квартал, год).
Общий валовой выброс летучих компонентов в атмосферу всех вентиляционных систем равен разнице между их общим валовым выделением и суммарным уловом этих компонентов в действующих газоочистных устройствах на рассматриваемом участке (в цехе).
При нанесении лакокрасочных материалов расчёты проводятся по следующим показателям:
1.Валовое выделение (т/год) аэрозоля краски в процессе окраски
(прил. 1).
2.Валовое выделение (т/год) i-го летучего компонента в процессе окраски (прил. 2).
3.Максимальное разовое выделение (г/с) ЗВ.
Пример 6. Окраска однотипных металлоконструкций осуществляется методом безвоздушного распыления эмалью АС-182. За год расходуется 5 т эмали. Разбавление эмали растворителем не проводится. Окраска и сушка производятся в разных камерах с автономными системами вентиляции. Вентиляционный воздух, удаляемый из камеры окраски, проходит аппарат очистки от окрасочного аэрозоля, имеющий эффективность 82 %. Работа в цехе ведется в одну смену 200 дней в году. Количество ежедневно окрашиваемых изделий постоянно, чистое время окраски составляет 3,5 часа в день.
Определить:
1.максимальный разовый выброс в атмосферу окрасочного аэрозоля;
2.валовый выброс всех ЗВ.
Ход решения
Состав применяемой эмали следующий:
|
|
|
|
Таблица 1.4 |
|
Марка ЛКМ |
Компоненты летучей части, % |
Доля сухой |
|||
ксилол |
уайт-спирит |
сольвент |
части, % |
||
|
|||||
Эмаль АС-182 |
85,0 |
5,0 |
10,0 |
53,0 |
|
Находим валовое выделение (т/год) окрасочного аэрозоля:
Маэр ∙ ZKp ∙ ∆сух ∙ δаэр ∙ 10-4 = 5 ∙ 53 ∙ 2, 5 ∙ 10-4 = 0,06625.
Валовое поступление (выброс) (т/год) окрасочного аэрозоля в атмосферу рассчитаем по уравнению, преобразованному (упрощенному) применительно к условию Точ = TΣ.
Маэр.атм = Маэр∙ (1-0,01 ∙η) = 0,06625∙ (1-0,01∙82) = 0,011925.
Находим максимальный разовый выброс (г/с) в атмосферу окрасочного аэрозоля:
G |
|
M 106 |
|
0,011925 106 |
0,00473. |
|
3600 n t |
3600 200 3,5 |
|||||
аэр |
|
|
|
Валовые выбросы остальных ЗВ (компонентов летучей части) для каждой камеры, используемой для нанесения ЛКМ, определим отдельно.
Для камеры окраски приведем вычисления, переставив множители местами:
Мокрксилол = φкрксилол ∙Zкр (1 - ∆сух ∙10-2) ∙βок ∙10-4 +0=
= 85 ∙5∙ (1 – 53 ∙10-2) ∙23 ∙10-4 + 0 = 85 ∙ 0,005405 + 0 = 0,4594 т/год.
Поскольку для других компонентов летучей части отличие состоит только в их доле в исходном ЛКМ, сократим объем вычислений, предусмотренных формулой
Мокру-сп = φкру-сп ∙Zкр (1 - ∆сух ∙10-2 )∙βок ∙10-4 +0= 5 ∙ 0,005405 + 0 = = 0,027025 т/год;
Мокрсольв = φкрсольв ∙Zкр (1 - ∆сух ∙10-2) ∙βок ∙10-4 +0= 10 ∙ 0,005405 + 0 = = 0,05405 т/год.