Согласно ГОСТ Р ИСО 857-1-2009 сварочные работы представляют собой технологический процесс соединения металла(ов) при таком нагреве и/или давлении, в результате которого получается непрерывность структуры соединяемого(ых) металло(ов).
Наиболее распространенной считается ручная дуговая сварка с использованием штучных электродов, которые вручную подают в дугу и перемещают вдоль заготовки. Процесс сварки заключается в горении дуги между стержнем электрода и основным металлом. Электроды для ручной дуговой сварки представляют собой стержни с нанесенными на них покрытиями. Стержни производят из сварочной проволоки высокого качества.
При расчете выбросов от сварки максимально важно правильно определить назначение сварочных работ (что варят?) и марку используемых электродов (чем варят?).
Загрязняющие вещества от сварочных работ
Выбор сварочных электродов зависит как от типа выполняемых работ, так и от вида используемого металла. Примеры наиболее используемых электродов различного назначения с представлением выделяющихся веществ представлены в таблице:
Назначение | Марка электрода | Наименование загрязняющих веществ |
Сварка углеродистых и низколегированных конструкционных сталей | УОНИ-13/55 | Железа оксид |
Марганец и его соединения | ||
Азота диоксид | ||
Углерод оксид | ||
Фториды газообразные | ||
Фториды плохо растворимые | ||
Пыль неорганическая: 70-20% SiO2 | ||
Сварка легированных высокопрочных сталей | ЭА-395/5 | Железа оксид |
Марганец и его соединения | ||
Хрома (VI) оксид | ||
Углерод оксид | ||
Фториды газообразные | ||
Сварка теплоустойчивых, жаропрочных сталей и сплавов | АНЖР-2 | Железа оксид |
Хрома (VI) оксид | ||
Фториды газообразные | ||
Фториды плохо растворимые | ||
Сварка «нержавейки», коррозионностойких сталей и сплавов | ЦТ-15 | Железа оксид |
Марганец и его соединения | ||
Никель оксид | ||
Хрома (VI) оксид | ||
Фториды газообразные | ||
Сварка элементов из разных материалов и сталей разных классов | ЦТ-28 | Железа оксид |
Марганец и его соединения | ||
Никель оксид | ||
Хрома (VI) оксид | ||
Сварка литого чугуна | ОЗЧ-3 | Железа оксид |
Марганец и его соединения | ||
Хрома (VI) оксид | ||
Фториды газообразные | ||
Сварка ковкого чугуна | ОЗЧ-2 | Железа оксид |
Марганец и его соединения | ||
Меди (II) оксид | ||
Фториды плохо растворимые | ||
Пыль неорганическая: 70-20% SiO2 | ||
Сварка изделий из сплавов на основе алюминия | ОЗА-1 | Алюминия оксид |
Марганец и его соединения | ||
Хрома (VI) оксид | ||
Сварка медных и бронзовых деталей | Комсомолец-100 | Железа оксид |
Марганец и его соединения | ||
Меди (II) оксид | ||
Азота диоксид | ||
Фториды газообразные | ||
Пыль неорганическая: 70-20% SiO2 | ||
Наплавка деталей, работающих в условиях абразивного износа | Т-590 | Железа оксид |
Хрома (VI) оксид | ||
Наплавка деталей, работающих в условиях интенсивных ударных нагрузок при абразивном износе | ВСН-6 | Железа оксид |
Марганец и его соединения | ||
Хрома (VI) оксид | ||
Фториды газообразные | ||
Наплавка деталей, работающих в условиях интенсивных ударных нагрузок | ОЗН-250 | Железа оксид |
Марганец и его соединения | ||
Фториды газообразные | ||
Наплавка изношенных деталей из высокомарганцовистых сталей | ОМГ-Н | Железа оксид |
Марганец и его соединения | ||
Никель оксид | ||
Хрома (VI) оксид | ||
Фториды газообразные |
Последствия выброса данных веществ
Как видно из таблицы, при выполнении сварочных работ атмосферный воздух загрязняется сварочным аэрозолем, состав которого зависит от вида сварки и марок используемых электродов. Среди загрязняющих веществ присутствуют как оксиды металлов (железа, марганца, хрома, ванадия, бора, кремния, фтора, вольфрама, алюминия, никеля, меди и др.), так и газообразные вещества (оксиды азота, оксид углерода, фтористые соединения и др.).
Многие из перечисленных веществ являются особо вредными для здоровья человека и имеют гораздо меньшие значения гигиенических нормативов в мг/м3 согласно СанПиНу 1.2.3685-21 «Гигиенические нормативы и требования к обеспечению безопасности и (или) безвредности для человека факторов среды обитания». Соответственно, за такими веществами нужен особый контроль в области охраны окружающей среды.
Как уменьшить выброс при расчете
При расчете выбросов загрязняющих веществ от сварочного оборудования необходимо знать точное время технологической операции сварочных работ в течение года, массу расходуемых электродов, продолжительность непрерывного производственного цикла.
Также для расчета выбросов необходимо учитывать образование огарков электродов. Огарок – это остаток электрода, который после сварки остается в держателе и уже не может использоваться в работе. Норматив образования огарков зависит от массы применяемых электродов и их длины и выражается в процентах.
Значения норматива образования огарков представлены в таблице:
Стандартная длина электрода, мм | Норматив образования огарков, % |
250 | 20,0 |
300 | 16,7 |
320 | 15,6 |
350 | 14,3 |
360 | 13,9 |
400 | 12,5 |
150 | 11,1 |
Из таблицы можно видеть прямую зависимость норматива образования огарков от длины электрода: чем меньше длина электрода, тем меньше норматив образования огарков, а чем меньше норматив образования огарков, тем меньше количественный выброс загрязняющих веществ.
При проведении инвентаризации стационарных источников и выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух расчет выбросов при сварочных работах производится на основании Методики расчета выделений (выбросов) загрязняющих веществ в атмосферу при сварочных работах (на основе удельных показателей), утвержденной приказом Госкомэкологии от 14.04.1997 № 158 (далее – Методика).
Как пример возьмем производственную площадку с одним неорганизованным источником высотой 2 м – № 6001 Сварочный участок. В качестве исходных данных примем:
- Марка электрода: УОНИ-13/55;
- Фактическая продолжительность технологической операции сварочных работ в течение года: 3 000 ч;
- Стандартная длина электрода: 350 мм;
- Масса расходуемых электродов за час: 1,5 кг;
- Продолжительность производственного цикла: 5 мин.
Так как стандартная длина электрода принимается 350 мм, норматив образования огарков, согласно Методике, равен 14,3%.
В результате расчета от процесса сварки выделяются следующие вещества:
Код | Наименование | г/с | т/г | Класс опасности |
0123 | Железа оксид | 0,0009927 | 0,042884 | 3 |
0143 | Марганец и его соединения | 0,0000778 | 0,003363 | 2 |
0301 | Диоксид азота | 0,0001928 | 0,008330 | 3 |
0337 | Углерод оксид | 0,0009498 | 0,041033 | 4 |
0342 | Фториды газообразные | 0,0000664 | 0,002869 | 2 |
0344 | Фториды плохо растворимые | 0,0000714 | 0,003085 | 2 |
2908 | Пыль неорганическая: 70-20% SiO2 | 0,0000714 | 0,003085 | 3 |
Проверяем расчет рассеивания
Используем полученные данные для дальнейшего проведения расчета рассеивания согласно Приказу Министерства природных ресурсов и экологии Российской Федерации от 6 июня 2017 года № 273 «Об утверждении методов расчетов рассеивания выбросов вредных (загрязняющих) веществ в атмосферном воздухе.
Для расчета обозначим границы предприятия и ближайшую жилую зону.
По результатам расчетов рассеивания получаем значения максимальных разовых концентраций.
Код | Наименование | ПДК, мг/м3 | Максимальные концентрации | |
мг/м3 | доли ПДК | |||
0143 | Марганец и его соединения | 0,010 | 0,00645 | 0,645 |
0301 | Диоксид азота | 0,200 | 0,00548 | 0,0274 |
0337 | Углерода оксид | 5,000 | 0,02699 | 0,0054 |
0342 | Фториды газообразные | 0,020 | 0,00188 | 0,094 |
0344 | Фториды плохо растворимые | 0,200 | 0,00592 | 0,0296 |
2908 | Пыль неорганическая: 70-20% SiO2 | 0,300 | 0,00592 | 0,0197 |
При дальнейшей разработке проекта нормативов допустимых выбросов значения ПДКмр не превышают гигиенические нормативы загрязняющих веществ, предприятию не о чем беспокоиться.
Концентрации при наступлении НМУ
Однако при анализе рассчитанных концентраций согласно Требованиям к мероприятиям по уменьшению выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух в периоды неблагоприятных метеорологических условий, утвержденным приказом Минприроды России от 28 ноября 2019 года № 811 (далее – Требования) по веществу 0143 Марганец и его соединения наблюдается превышение 1 ПДК при увеличении концентраций на 60%, то есть при 3 режиме НМУ.
Согласно п. 12 Требований необходимо обеспечить снижение приземных концентраций на 40-60% при 3 режиме НМУ. В качестве мероприятий можно применить снижение времени работы на период НМУ на 50% (например, с 4 ч до 2 ч в день), либо вообще не проводить сварочные работы. При этом эффективность проведенных мероприятий будет 50% и 100% соответственно.
Для небольшой производственной площадки, тем более при 3 режиме НМУ, который объявляется крайне редко, данные мероприятия не играют существенной роли. Но что если подобные мероприятия предложить крупному объекту на 200-300 источников с бо́льшим количеством технологических операций? Для большого предприятия снижение выбросов путем сокращения времени работы или полной остановки производственных процессов будет экономически невыгодной.
В таком случае еще на этапе разработки отчета по инвентаризации можно провести предварительный расчет рассеивания, проанализировать полученные значения концентраций и предложить предприятию уйти от превышения 1 ПДК при увеличении концентраций путем замены сварочных электродов.
В таком случае есть два варианта решения.
Первым способом является замена марки используемых электродов УОНИ-13/55 на аналогичные электроды УОНИ-13/85.
В результате сварочных работ с использованием электродов УОНИ-13/85 изменятся выбросы загрязняющих веществ:
Код | Наименование | УОНИ-13/55 | УОНИ-13/85 | ||
0123 | Железа оксид | 0,0009927 | 0,042884 | 0,0006999 | 0,030235 |
0143 | Марганец и его соединения | 0,0000778 | 0,003363 | 0,0000429 | 0,001851 |
0301 | Диоксид азота | 0,0001928 | 0,008330 | – | – |
0337 | Углерода оксид | 0,0009498 | 0,041033 | – | – |
0342 | Фториды газообразные | 0,0000664 | 0,002869 | 0,0000786 | 0,003394 |
0344 | Фториды плохо растворимые | 0,0000714 | 0,003085 | 0,0000928 | 0,004011 |
2908 | Пыль неорганическая: 70-20 SiO2 | 0,0000714 | 0,003085 | 0,0000928 | 0,004011 |
Максимальные разовые концентрации при использовании электрода УОНИ-13/85 составят:
Код | Наименование | ПДК, мг/м3 | Максимальные концентрации | |
мг/м3 | доли ПДК | |||
0143 | Марганец и его соединения | 0,010 | 0,00356 | 0,356 |
0342 | Фториды газообразные | 0,020 | 0,00223 | 0,1115 |
0344 | Фториды плохо растворимые | 0,200 | 0,00770 | 0,0385 |
2908 | Пыль неорганическая: 70-20% SiO2 | 0,300 | 0,00770 | 0,0257 |
При сравнении максимальных концентраций загрязняющих веществ при использовании электродов УОНИ-13/55 и УОНИ-13/85 можно отметить снижение максимальной разовой концентрации по веществу 0143 Марганец и его соединения почти в 2 раза, а также изменение качественного состава выбросов в меньшую сторону.
Вторым способом уменьшения выбросов при использовании электродов УОНИ-13/55 является уменьшение длины электрода. В примере были использованы электроды длиной 350 мм. При изменении этого параметра до 250 мм выбросы также изменятся в меньшую сторону:
Код | Наименование | г/с | т/г |
0123 | Железа оксид | 0,0009267 | 0,040032 |
0143 | Марганец и его соединения | 0,0000727 | 0,003139 |
0301 | Диоксид азота | 0,0001800 | 0,007776 |
0337 | Углерод оксид | 0,0008867 | 0,038304 |
0342 | Фториды газообразные | 0,0000620 | 0,002678 |
0344 | Фториды плохо растворимые | 0,0000667 | 0,002880 |
2908 | Пыль неорганическая: 70-20% SiO2 | 0,0000667 | 0,002880 |
В результате расчета рассеивания максимальные разовые концентрации также изменятся:
Код | Наименование | ПДК, мг/м3 | Максимальные концентрации | |
мг/м3 | доли ПДК | |||
0143 | Марганец и его соединения | 0,010 | 0,00603 | 0,603 |
0301 | Диоксид азота | 0,200 | 0,00512 | 0,026 |
0337 | Углерода оксид | 5,000 | 0,02521 | 0,005 |
0342 | Фториды газообразные | 0,020 | 0,00176 | 0,088 |
0344 | Фториды плохо растворимые | 0,200 | 0,00553 | 0,028 |
2908 | Пыль неорганическая: 70-20% SiO2 | 0,300 | 0,00553 | 0,018 |
При анализе таблицы можно увидеть, что концентрации, также как и в варианте с заменой марки электродов, снизились, пусть и не настолько сильно. Ненамного снизился и количественный состав выбросов, а качественный остался неизменным.
Как вывод можно отметить, что снижения приземных концентраций можно добиться не только сокращением выбросов согласно Требованиям, но и в процессе изменения самой технологической операции независимо от наступления НМУ. А каким способом это сделать – уже выбор самого предприятия.