Выбросы загрязняющих веществ в атмосферу при сварочных работах и способы их регулирования в периоды НМУ

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:

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:

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).

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:

 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.

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:

Максимальные разовые концентрации при использовании электрода УОНИ-13/85 составят:

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:

В результате расчета рассеивания максимальные разовые концентрации также изменятся:

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.