金属热切割

激光和等离子切割应用中的烟尘收集

创建日期 2023年10月6日

激光切割、等离子切割和氧燃料切割是金属制造和加工行业中应用的多种加工工艺。这些工艺利用各种形式的能源,从铁质和有色金属材料的薄片或大块中切割出形态各异的产品。在这些工艺中,材料经过加热、熔化,会产生有害的排放物。如果未得到妥善控制,这些悬浮在空气中的烟尘会对操作员的健康造成风险,并损坏机械运转。

工艺和处理材料

  • 激光切割:使用高功率激光束进行热切割各种金属,可切割不同厚度和形状(例如板材或管材),实现精确切割并留下具有高质量表面光洁度的边缘。近年来,激光切割技术已发展到可切割厚度更高的金属,例如结构钢,不仅包括低碳钢和不锈钢,还包括非铁金属(如铜、黄铜、铝以及有机材料)。
  • 等离子切割:使用电力产生的等离子体,主要用于切割较厚的金属,包括低碳钢或不锈钢、铝和铜。
  • 氧燃料切割:氧燃料切割是使用乙炔或丙烷等气体作为能源,通常用于切割非常厚的铁质金属。

操作人员的健康风险

热切割过程中产生的烟尘与多种健康风险相关。根据材料类型和切割方法的不同,危险性质和严重程度也会有所差异。

要了解高过滤效率如此关键的原因,有必要回顾与热切割排放相关的一些健康风险。无论是处理低碳钢、不锈钢、铝、镀锌还是其他材料,化学成分都是识别健康风险的良好起点。大多数地方卫生和安全部门已为数百种粉尘设定基于8小时时间加权平均值(TWA)的容许接触限值(PEL)。

  • 六价铬是一种致癌物质,产生于切割不锈钢和其他含铬的金属。六价铬过量暴露可能导致短期上呼吸道症状、眼睛或皮肤刺激。长期来看,与六价铬接触相关的最大健康风险是肺癌。六价铬的常见PEL极为严苛,为5.0μg/m³。切割不锈钢时,需要使用HEPA过滤器以保持限值在此阈值限制以下。

  • 氧化锌是镀锌钢热处理时产生的污染物。氧化锌暴露可能导致“金属烟热”。这是短期疾病,在休息一段时间后(例如周末或度假期间)还会出现类似流感的严重症状。由于反应延迟,该病症常与普通流感混淆,许多病例未能获得有效的诊断。
  • ,存在于某些钢合金中,可能导致工人感到疲惫、冷漠、虚弱或头痛。长期过度接触含锰烟尘会导致“锰中毒”,其特点是神经系统和神经行为健康出现问题。锰排放现在在大多数国家由国家卫生和安全部门作具体规定。

  • 氮氧化物通过氧化空气中的氮气产生,几乎所有高温工艺都会产生氮氧化物。有证据表明,氮氧化物的呼吸道暴露可能引发和加剧现有的哮喘症状,甚至可能在较长时间内导致哮喘恶化。

火灾和爆炸危险

  • 防火对于激光器也是一项重要问题,因为原材料本身性质以及为防腐而使用的易燃油液。此外,未氧化的金属及其烟尘可能发生燃烧并具有潜在的爆炸危险。除尘器的预防措施至少应包含火灾探测器以及能与之联动关闭风机风道的装置。灭火喷洒系统,以及除尘管道上的火花拦截装置及阻燃滤材。

  • 爆炸性粉尘:您切割的许多类型的金属,在某些情况下可能会导致产生可燃性粉尘危险。唯一可靠的方法是测试你的粉尘的爆炸性,并记录分析粉尘危害。如果发现您的粉尘有爆炸危险,则对您的粉尘和烟气收集系统有非常具体和限制性要求。根据粉尘参数和安装条件的不同,每种应用所需的除尘器类型、防爆措施管道设置,隔离措施都会有所不同。

热切割烟气处理解决方案

能源回收和成本节省

除尘器在运行期间会一直消耗能源。电力负荷的大部分用于确保气流通过系统的风扇电机。还有大量的能源被用于加热或冷却替换提取工艺气流的新鲜气流。

好消息是,目前有望降低这些成本,包括减少电力、压缩空气以及滤筒的使用。

风机电机

风机电机是除尘系统中耗电最多的部件。该消耗量与电机在系统中移动的空气量成正比。除尘器是可变系统。根据滤芯上的粉尘,它们对气流的阻力(压降)会随着时间的推移而变化。因此,风机效率是一个重要因素,通过选择高效风机并采用变速驱动,可以降低能耗。

压缩空气

制备压缩空气的成本极为高昂,因此脉冲清灰一直是除尘系统相关的高昂运行成本之一。如今先进的除尘器相较于较低级的系统设计,可减少高达50%的压缩空气消耗。此类除尘器由于脉冲清洗次数较少,因此只需使用较少的压缩空气。设计得当时,清洁系统将从滤筒中去除堆积的物质,降低其间阻力,减少风机能耗,进而降低相关的能源成本。

热能损耗

将提取的气流加热或冷却所需的能源可能是总能耗中经常被忽视的重要部分。要减少该情况,有两种方法,气流再循环或热回收。两者都对气流的清洁度有较高的要求。对于再循环而言,清除再循环到工作场所的有害物质至关重要。这是通过使用HEPA级过滤器的第二级过滤来实现的。

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