Odciągi spawalnicze – dobór systemu i obliczanie wydajności

Odciągi spawalnicze stanowią podstawowy element wyposażenia nowoczesnych spawalni oraz zakładów produkcyjnych wykorzystujących procesy spawania. Ich zadaniem jest skuteczne usuwanie dymów spawalniczych, pyłów oraz gazów powstających podczas obróbki metali. Odpowiednio zaprojektowana instalacja odciągu dymów spawalniczych poprawia jakość powietrza w miejscu pracy, ogranicza narażenie pracowników na szkodliwe substancje oraz pomaga spełnić wymagania przepisów BHP.

Dlaczego odciągi spawalnicze są niezbędne?

Dymy spawalnicze zawierają mieszaninę bardzo drobnych cząstek stałych i gazów powstających w wyniku topienia materiału podstawowego oraz materiału dodatkowego. Ze względu na niewielkie rozmiary cząstek mogą one przez długi czas utrzymywać się w powietrzu i być wdychane przez pracowników znajdujących się w pobliżu stanowiska spawalniczego. Dlatego najskuteczniejszą metodą ochrony jest wychwytywanie zanieczyszczeń bezpośrednio u źródła ich emisji.

Jakie zagrożenia stwarzają dymy spawalnicze?

Podczas procesów spawalniczych powstają liczne substancje mogące negatywnie wpływać na zdrowie pracowników. Skład dymów spawalniczych zależy od rodzaju spawanego materiału, zastosowanej technologii oraz używanych materiałów dodatkowych.

Najczęściej spotykane zanieczyszczenia to:

• Tlenki żelaza
• Tlenki manganu
• Tlenki chromu
• Tlenki niklu
• Ozon
• Tlenki azotu
• Tlenek węgla

Długotrwałe narażenie na szkodliwe dymy i pyły spawalnicze może prowadzić do podrażnienia dróg oddechowych, przewlekłego kaszlu, chorób płuc oraz obniżenia wydolności układu oddechowego. Dodatkowo pyły osadzające się na maszynach i urządzeniach mogą pogarszać warunki pracy oraz przyczyniać się do awarii wyposażenia produkcyjnego.

Systemy filtracji dymów spawalniczych

W praktyce stosuje się dwa podstawowe rodzaje systemów wentylacji przemysłowej przeznaczonych do usuwania dymów spawalniczych: wentylację miejscową oraz wentylację ogólną. Największą skuteczność osiąga się poprzez połączenie obu rozwiązań. Wybór odpowiedniego systemu filtracji zależy od specyfiki pracy, wielkości zakładu, rodzaju spawanych materiałów i częstotliwości zmiany stanowisk.

Wentylacja miejscowa

Wentylacja miejscowa usuwa zanieczyszczenia bezpośrednio u źródła ich powstawania. Jest to najbardziej efektywna metoda ochrony stanowisk spawalniczych, ponieważ ogranicza rozprzestrzenianie się dymów po hali produkcyjnej.

Do najczęściej stosowanych urządzeń należą:

Ramiona odciągowe: Ramiona odciągowe wyposażone są w elastyczne przewody i ssawki umożliwiające ustawienie punktu odciągu bezpośrednio przy spoinie. Rozwiązanie to zapewnia wysoką skuteczność przy stosunkowo niewielkim zużyciu energii

Stoły spawalnicze z odciągiem: Stoły spawalnicze posiadają system zasysania powietrza zintegrowany z blatem roboczym. Sprawdzają się szczególnie podczas spawania małych i średnich elementów

Okapy spawalnicze: Okapy montowane nad stanowiskiem wykorzystują naturalne unoszenie się gorących dymów spawalniczych. Są często stosowane na stanowiskach o powtarzalnym procesie produkcyjnym

Mobilne odciągi spawalnicze: Urządzenia mobilne wyposażone są w wentylator, system filtracji oraz ramię odciągowe. Ich zaletą jest możliwość szybkiego przemieszczania pomiędzy stanowiskami pracy

Wentylacja ogólna

Wentylacja ogólna pełni funkcję wspomagającą i nie powinna zastępować odciągu miejscowego. Jej zadaniem jest usuwanie zanieczyszczeń, które nie zostały wychwycone przez lokalne wyciągi spawalnicze.

System wyporowy: System wyporowy wykorzystuje naturalny ruch ciepłego powietrza unoszącego się ku górze. Dymy spawalnicze przemieszczają się do strefy wyciągu zlokalizowanej pod stropem hali

System Push-Pull: System Push-Pull opiera się na kontrolowanym przepływie powietrza przez halę. Powietrze nawiewane jest z jednej strony obiektu, natomiast zanieczyszczone powietrze usuwane jest po stronie przeciwnej. Pozwala to skutecznie ograniczyć stężenie pyłów i gazów w dużych obiektach przemysłowych

Jak zaprojektować odciąg dymów spawalniczych?

Skuteczność instalacji odciągu dymów spawalniczych zależy przede wszystkim od prawidłowego określenia wymaganego strumienia objętości powietrza. Parametr ten powinien zostać dobrany w zależności od rodzaju zastosowanego elementu odciągowego, odległości od źródła emisji oraz charakterystyki stanowiska pracy. Celem projektowania instalacji przemysłowych jest zapewnienie takiej prędkości przepływu powietrza, która pozwoli przechwycić dymy spawalnicze zanim przedostaną się do strefy oddychania pracownika.

Określenie prędkości porywania zanieczyszczeń

Prędkość porywania określa minimalną prędkość powietrza niezbędną do skutecznego przechwycenia dymów spawalniczych i skierowania ich do instalacji filtracyjnej. Wartość ta zależy od rodzaju zastosowanego odciągu.

W przypadku ramion odciągowych bardzo ważne jest odpowiednie ustawienie ssawki. Dymy spawalnicze unoszą się wraz z gorącym powietrzem, dlatego punkt odciągu powinien znajdować się możliwie blisko miejsca powstawania zanieczyszczeń, najlepiej powyżej spoiny lub pod odpowiednim kątem wykorzystującym naturalny ruch konwekcyjny.

Wybór metody obliczeniowej

Metoda obliczeniowa zależy od rodzaju zastosowanego elementu odciągowego. Inne zasady stosuje się dla ssawek i ramion odciągowych, a inne dla okapów montowanych nad stanowiskiem pracy.

Obliczanie wydajności dla ssawki

Ssawki oraz ramiona odciągowe należą do najskuteczniejszych rozwiązań stosowanych w wentylacji stanowisk spawalniczych. Ich skuteczność wynika z możliwości przechwytywania zanieczyszczeń bezpośrednio przy źródle emisji.

Ze względu na szybki spadek prędkości przepływu wraz ze wzrostem odległości od wlotu, ssawka powinna znajdować się możliwie blisko miejsca spawania.

Strumień objętości powietrza oblicza się według wzoru:

V = (10 × x² + F) × vx

gdzie:

• V – strumień objętości powietrza [m³/s]
• vx – wymagana prędkość porywania [m/s]
• F – pole powierzchni otworu ssawki [m²]
• x – odległość między ssawką a źródłem emisji [m]

W praktyce nawet niewielkie zwiększenie odległości ssawki od spoiny może wymagać znaczącego wzrostu wydajności instalacji.

Obliczanie wydajności dla okapu spawalniczego

Okapy stosowane są przede wszystkim tam, gdzie występuje stałe stanowisko pracy lub gdzie zastosowanie ramion odciągowych jest utrudnione. Najlepsze efekty uzyskuje się przy źródłach emitujących gorące zanieczyszczenia, które naturalnie unoszą się ku górze.

Zalecana wysokość montażu okapu wynosi najczęściej od 1,8 do 2,0 m nad stanowiskiem pracy.

Strumień objętości powietrza można określić na podstawie zależności Dalla Valle’a:

V = 1,4 × U × x × vm

gdzie:

• V – strumień objętości powietrza [m³/s]
• U – obwód części wlotowej okapu [m]
• x – odległość okapu od źródła emisji [m]
• vm – średnia prędkość powietrza pomiędzy źródłem emisji a okapem [m/s]

Przy projektowaniu okapów należy ograniczać ich rozpiętość. W przypadku dużych stanowisk często korzystniejsze jest zastosowanie kilku mniejszych okapów niż jednego dużego elementu odciągowego.

Uwzględnienie oporów instalacji

Obliczona wydajność odciągu stanowi jedynie wartość niezbędną do przechwycenia zanieczyszczeń. Dobór wentylatora wymaga dodatkowo uwzględnienia wszystkich oporów przepływu występujących w instalacji.

Najważniejsze źródła strat ciśnienia to:

• Opory liniowe wynikające z długości kanałów wentylacyjnych
• Opory miejscowe powstające na kolanach, trójnikach i przepustnicach
• Opory filtrów zwiększające się wraz z ich zabrudzeniem
• Opory elementów regulacyjnych i tłumików

Pominięcie tych parametrów może skutkować znacznym spadkiem wydajności rzeczywistej oraz ograniczeniem skuteczności wychwytywania dymów spawalniczych.

Najczęstsze błędy przy projektowaniu odciągów spawalniczych

Nawet wysokiej jakości urządzenia filtrowentylacyjne nie zapewnią odpowiedniej skuteczności, jeśli instalacja zostanie nieprawidłowo zaprojektowana. W praktyce wiele problemów z usuwaniem dymów spawalniczych wynika z błędów popełnianych już na etapie projektowania systemu wentylacji.

Zbyt duża odległość ssawki od miejsca spawania

Najczęstszym błędem jest umieszczenie ssawki zbyt daleko od źródła emisji. Skuteczność wychwytywania dymów spawalniczych gwałtownie maleje wraz ze wzrostem odległości od spoiny. W efekcie znaczna część zanieczyszczeń przedostaje się do hali produkcyjnej i strefy oddychania pracownika.

W przypadku ramion odciągowych zaleca się umieszczanie ssawki możliwie blisko miejsca spawania, jednocześnie nie utrudniając pracy operatorowi.

Dobór wentylatora bez uwzględnienia oporów instalacji

Wielu inwestorów skupia się wyłącznie na wymaganej wydajności przepływu powietrza, pomijając straty ciśnienia występujące w instalacji. Opory generowane przez kanały wentylacyjne, kolana, przepustnice oraz filtry mogą znacząco ograniczyć rzeczywistą wydajność systemu.

W rezultacie odciąg spawalniczy nie osiąga parametrów projektowych i nie zapewnia skutecznego usuwania dymów.

Nadmierna liczba kolan i rozgałęzień

Każda zmiana kierunku przepływu powietrza powoduje dodatkowe straty ciśnienia. Instalacje wyposażone w dużą liczbę kolan, trójników oraz przewodów elastycznych wymagają stosowania mocniejszych wentylatorów i generują wyższe koszty eksploatacyjne.

Podczas projektowania warto dążyć do możliwie prostego przebiegu kanałów wentylacyjnych.

Brak powietrza kompensacyjnego

Powietrze usuwane przez instalację odciągową musi zostać zastąpione odpowiednią ilością świeżego powietrza nawiewanego do hali. Brak nawiewu kompensacyjnego może prowadzić do powstawania nadmiernego podciśnienia, utrudniającego prawidłową pracę całego systemu wentylacyjnego.

Problem ten szczególnie często występuje w nowoczesnych, szczelnych halach produkcyjnych.

Stosowanie wyłącznie wentylacji ogólnej

Wentylacja ogólna pełni funkcję wspomagającą i nie powinna być traktowana jako podstawowy sposób usuwania dymów spawalniczych. Największą skuteczność zapewnia wychwytywanie zanieczyszczeń bezpośrednio przy źródle ich powstawania.

Z tego względu podstawą każdej instalacji powinny być odciągi miejscowe, takie jak ramiona odciągowe, stoły spawalnicze lub okapy.

Nieprawidłowy dobór filtrów

Dymy spawalnicze zawierają bardzo drobne cząstki pyłu, które wymagają zastosowania odpowiednio dobranych materiałów filtracyjnych. Nieodpowiedni dobór filtrów może prowadzić do obniżenia skuteczności oczyszczania powietrza oraz szybkiego zużycia urządzeń filtrowentylacyjnych.

Przy projektowaniu systemu należy uwzględnić rodzaj procesu spawalniczego, ilość emitowanych zanieczyszczeń oraz wymagany stopień filtracji.

Oferta firmy Mastervent

W ofercie firmy Mastervent znajdują się zarówno stanowiskowe profesjonalne odciągi spawalnicze, jak i centralne systemy filtrowentylacyjne przeznaczone dla dużych hal produkcyjnych. Szczególną grupę produktów stanowią urządzenia filtrowentylacyjne, które łączą funkcję wychwytywania zanieczyszczeń z wydajną filtracją powietrza bezpośrednio przy stanowisku pracy.

Urządzenie Filtrowentylacyjne OPG-N

Urządzenia filtrowentylacyjne OPG-N są przeznaczone do oczyszczania powietrza z zanieczyszczeń pyłowych i gazowych powstających przy rozmaitych procesach technologicznych.

Urządzenie Filtrowentylacyjne STG

Stacjonarne urządzenia STG przeznaczone są do oczyszczania powietrza z pyłów suchych, powstających w trakcie procesów produkcyjnych.Dla dużych spawalni i zakładów produkcyjnych Mastervent projektuje kompletne systemy odpylania i filtracji powietrza. Instalacje te integrują ramiona odciągowe, stoły spawalnicze, okapy oraz inne elementy wentylacji miejscowej w jeden wspólny układ kanałów podłączony do centralnego urządzenia filtracyjnego. Takie rozwiązanie pozwala skutecznie usuwać dymy spawalnicze u źródła ich powstawania, poprawiając bezpieczeństwo pracy i jakość powietrza w hali produkcyjnej.