家具表面处理中的有机化合物检测与安全管理

家具表面处理中的有机化合物检测与安全管理

0职业危害控制技术措施改革开放以来，中国的家具企业不断发展。中国有5家国内家具企业和500万人工。现在，它是世界上最大的制造国家和海外公司。家具企业生产工艺过程中职业危害问题比较突出,作为家具表面处理的重要工艺———喷涂,其过程产生的漆雾和挥发性有机化合物(统称“健康危害物质”)严重影响喷涂作业场所空气质量。有关调研结果显示,木质家具制造企业作业现场存在化学毒物多达31种,其中喷涂作业场所存在苯、甲醛、苯胺、二异氰酸甲苯酯4种高毒物质;而且作业场所毒物(含高毒物质和一般毒物)超标率均在70%以上,毒物最大超标倍数高达130.1倍。目前,家具制造喷涂工艺的职业危害控制技术措施主要包括:工艺、设备的技术革新,通风、净化工程技术运用,以及个体职业危害防护技术等。工艺、设备的技术革新是控制职业危害最根本、有效的方法,但其经费投入也相对较高,难以在规模以下企业占多数的家具行业推广(截至2010年,规模以上家具企业仅有4575个)。通风、净化技术受通风效果和净化效率限制,喷涂作业场所健康危害物质降低到健康允许范围需要一定的时间和过程;而且在实际运用中,受通风设计、空间布置等因素的影响,作业场所健康危害物质不能彻底排除。过滤式防毒面罩作为常用个体职业危害防护技术,受限于滤毒盒吸附容量,如不及时更换则会降低了防护效果,甚至丧失防护能力,增加了该类呼吸护具的使用成本;同时过滤式防毒面罩主要依靠配戴者吸气产生的压差将空气吸入,在使用过程中,滤毒盒的呼吸阻力较大,降低了配戴的舒适感。在摒弃过滤式防毒面罩循环使用性能差、呼吸阻力大的缺点,引入电动连续送风、正压送风的基础上,综合考虑喷漆室的空间布置、结构设计以及喷漆工艺特点,结合人机工程学,提出应用于家具企业喷涂作业的固定式长管呼吸装置个体防护技术,对家具企业职业危害预防措施及工程应用具有较强的现实意义。1固定管呼吸装置的保护技术1.1制、输气系统该固定式长管呼吸装置主要由供气系统、输气系统、控制系统和吸气系统组成(如图1所示)。供气系统是为空气提供流动能量(动能、压能)的装置,安装于喷漆室外洁净空气源;输气系统起到连接供气系统与吸气系统的桥梁作用;控制系统是对空气流量、温度等参数进行调节的装置;吸气系统是直接与人脸贴合,并为使用者呼吸提供洁净空气的界面。综合考虑成本、效益和实用性等因素,供气系统主要选用风机、空气过滤器等容易获得且保养、维护成本低的设备组成;输气系统为各种直管、软管以及弯头、三通、阀门等管件所构成的管路系统;吸气系统主要选用佩戴方便的半面罩(在对眼、面部有防护要求的场合也可配置全面罩)及相关附件组成;控制系统主要由具有流量调节、温度调节功能的构件组成。固定式长管呼吸装置职业危害防护原理是:洁净空气在供气系统动力作用下,经控制系统进行参数调节后,由输气系统送至吸气系统,使喷漆作业场所的职工可以顺畅、舒适地呼吸到洁净空气,并阻止人体吸入健康危害物质,进而实现健康防护。1.2主要结构设计的优化输气系统管线的布置与供气系统风机的选用直接影响固定式长管呼吸装置的性能,本文运用数值模拟优化管线设计,并合理选择风机主要参数。1.2.1湍流模型的数值模拟为确保各分支管路出口的气流分布均匀性,选择4种管路设计方案,利用Pro/ENGINEE三维建模软件构建固定式长管呼吸装置管路设计三维模型,使用ANSYS软件中的模型分割功能将复杂的实体分割成多块后再使用映射网格划分功能进行网格划分,在湍流模型下进行数值模拟(见表1)。上述4个方案数值模拟的速度矢量图分别如图2-5所示,由这些速度矢量图的颜色深浅可以看出主管路上流速由左向右逐渐变小,分支管路上的流速由上到下逐渐变小。将各个管路设计方案从左到右的4个分支管路分别编号为支路1、2、3、4,根据模拟结果可得各个分支管路出口的流速,如表2所示。比较各方案的速度矢量图和出口边界的流速可得,方案4的管路设计优于其它方案的设计。方案4中主管路规格为φ50×2mm,分支管路规格为φ22×2mm,弹性软管规格为φ25×1mm。主管路向分支管路供气的方向是由中间向两边,主管路末端采用阀门封闭。1.2.2呼吸强度的选择吸气系统单面罩最小供气量主要由人体呼吸生理参数决定,将喷漆作业认定为中等劳动强度。综合考虑人体在中等劳动强度条件下的吸气峰值流量、肺通量等生理参数,取每个面罩送气量取120L/min(即7.2m3/h)。同时,口鼻罩罩体使用硬塑料,罩体上设计一圈软硅胶密封圈,确保口鼻罩与人脸贴合部位腔体的稳定性以及贴合效果。1.2.3风机风压与风机风速的关系风机送风量主要由吸气系统面罩数量(面罩数量为4个)决定,故风机送风量取480L/min(即28.8m3/h),全风压为718.44Pa。考虑到漏风现象的存在(取10%的泄露系数)与后期优化需要,风机的送风量取32m3/h,全风压取1500Pa。此外,结合人机工效原理对相关尺寸进行合理设置,按理论计算、数值模拟分析及优化、样机试验及改进之后,得到固定式长管呼吸装置的优化设计方案,并研制出基于实验室试验工作需求研制的固定式长管呼吸装置(略去了温度调节装置),见图6。2性能试验2.1风机持续工作性能为确保固定式长管呼吸装置防护效果的连续性与稳定性,基于固定式长管呼吸装置样机试验平台,对供气系统风机持续工作性能进行测试,结果如表3所示,其变化曲线如图7所示。风机在开始阶段会有一个明显升温的过程,但是随着时间的推移,温度就稳定在53℃左右,在持续工作了8小时后,风机的表面温度仅仅达到在57.9℃,且电机和叶轮运转平稳,因此风机整体性能满足要求。2.2热管出口气流速度为了保证固定式长管呼吸装置各分支管路的软管出口流量也要满足人体呼吸所需,即每个分支管路出口流量至少为120L/min(即7.2m3/h),使用微压计测量各分支管路出口截面上5个不同点的气流速度进行测试,测试结果见表4。4个软管出口气流速度平均值分别是11.74m/s,11.66m/s,11.64m/s,11.56m/s,对应出口流量平均值分别为8.49m3/h,8.44m3/h,8.42m3/h,8.36m3/h,且流量的差异在5%以内,分布均匀。从数值大小上来看,各分支管路软管出口气流量均大于7.2m3/h,满足最小供气量的条件。2.3口鼻罩内部布置的优化基于固定式长管呼吸装置样机的试验平台,在口鼻罩内部的不同位置取6个测量点(并分别编号为1,2,3,4,5,6),考虑到口鼻罩的不规则结构,这些点分别分布在口鼻罩内的不同位置,如图8所示。对优化后口鼻罩重复进行舒适性和气密性试验,结果见表5。由表5可见,优化后的口鼻罩在整个呼吸周期,其峰值压强基本控制在77Pa以下,均值压强保持为27Pa左右(满足面罩腔体内的静态压力不应大于500Pa的要求),压强总体分布较均匀,配戴时不会形成压强集中点而产生压迫感;仅个别位置还是会出现瞬间微量负压,基本能够满足气密性要求。2.4中央层面的优势作为家具企业喷漆室专用个体职业危害防护装备,固定式长管呼吸装置除了前期投入的经济性和实现应用的可行性外,还有着普遍适用、循环使用、配戴舒适性及防毒效果良好等优越性。(1)具有普遍适用性。固定式长管呼吸装置以提供新鲜、洁净空气实现其职业健康防护,有别于传统过滤式防毒面罩的防护性能主要依赖于滤毒盒的吸附健康危害物质性能与效率,实现了普遍适用;同时规避了过滤式防毒面罩类型选用不当带来的职业健康风险。(2)循环使用性能好。固定式长管呼吸装置仅单次投入,便可循环使用。避免采用传统过滤式防毒面罩经常更换滤毒盒带来的成本损耗,也避免了因滤毒盒吸附容量饱和未及时更换降低防护效率或丧失防护能力而带来的职业健康风险。(3)配戴舒适感强。在连续送风条件下,压强总体分布较均匀,配戴时不会形成压强集中点而产生压迫感;使用者还可根据不同作业强度下吸气峰值流量的不同及脸部耐压差异,自由调节适合的流量。同时,由于实现机械正压送风,有效消除了由于呼吸阻力采用带来的不适感。另外,根据不同季节工作场所气温变化情况,将空气温度调整到体感舒适的点。因此,固定式长管呼吸装置具备较强的配戴舒适感。(4)防毒效果良好。气密性较好,且采用正压送气,即使在配戴不当(或面罩与人脸贴合度不高)造成微量泄漏的情况下,吸气系统(面罩)与人脸界面形成的正压效应也能够有效阻止健康危害物质渗入