안전 및 효율성을 위한 용접 작업장 환기 설계 최적화

1. 프로세스 개요 및 문제 설명

용접 작업장은 일반적으로 재료 준비와 조립 용접의 두 가지 주요 부분으로 나눌 수 있습니다. 재료 준비 과정에서 발생하는 유해 물질은 최소화됩니다.

조립 용접 파트에는 일반적으로 용접, 피팅 조립, 임시 스폿 용접, 테스트 및 검사, 인수, 청소, 도장 및 건조 공정이 포함됩니다.

수동 용접, 자동 용접, 반자동 용접, 이산화탄소 가스 차폐 용접, 아르곤과 같은 다양한 용접 방법 아크 용접및 전기 아크 용접이 제품 구조에 따라 사용됩니다.

일반 작업장에서는 수동 용접과 이산화탄소 가스 차폐 용접이 더 일반적으로 사용됩니다. 용접 시 발생하는 주요 화학 유해 물질은 용접 흄과 유해 가스가 그 뒤를 잇습니다. 용접 연기는 용접 작업장에서 발생하는 주요 화학 유해 물질입니다.

"작업장 공기 중 용접 연기에 대한 위생 표준"(GB16194-1996)은 작업장 공기 중 용접 연기의 최대 허용 농도를 6mg/m로 규정하고 있습니다.³ (주요 성분은 삼산화철, 산화망간, 이산화황, 산화칼슘)이며 유해 가스에는 오존, 질소산화물, 일산화탄소, 불소, 염화물 등이 있습니다.

또한 "산업 기업 디자인 위생 표준"(TJ36-79)에서는 산화망간 농도를 0.2mg/m으로 규정하고 있습니다.³일반 먼지는 10mg/m이어야 합니다.³, 불소는 1mg/m이어야 합니다.³.

용접 작업장에서 허용되는 용접 연기의 최대 농도는 6mg/m입니다.³. 수동 용접의 풍속은 8m/s 미만이어야 하며 가스 차폐 용접의 경우 2m/s 미만이어야 합니다. 상대 습도는 90% 미만이어야 합니다. 고농도의 용접 연기에 장시간 노출되면 용접공의 폐 질환을 유발할 수 있습니다.

따라서 용접 작업장에서의 용접 연기를 해결하는 것은 시급한 문제입니다. 용접 연기를 제어하려면 연기가 거의 없거나 전혀 없는 용접 공정을 채택하고, 저분진 및 저독성 공정을 개발 및 사용하는 등 깨끗한 공정을 장려하는 것부터 시작해야 합니다. 용접 재료용접 작업의 기계화 및 자동화 수준을 향상시킵니다.

또한, 잘 설계된 환기 시스템 는 용접 작업장에서 용접 연기를 효과적으로 처리할 수 있는 방법입니다.

표 1: 일반적인 구조용 강철 전극(%)에서 발생하는 용접 흄의 화학적 구성

2. 난방

겨울철 용접 작업장의 실내 설계 온도는 14℃로 설정되어 있으며, 근무 교대 시에는 추가로 5℃의 난방이 이루어집니다. 난방은 라디에이터와 온풍기의 조합을 통해 이루어집니다.

라디에이터는 근무 교대 시 5℃의 난방 온도를 유지하며, 온풍기는 라디에이터와 함께 작동하여 겨울철 용접 작업장의 실내 난방을 제공합니다.

온풍기 송풍기는 사람이 많이 활동하는 곳에 배치하고 송풍기의 공기 흐름을 조정하여 사람 쪽으로 강한 기류가 흐르지 않도록 해야 합니다.

작업장 내 열 손실을 방지하기 위해 출입구에 에어 커튼을 설치해야 합니다. 라디에이터를 사용하는 난방 시스템은 온풍기 및 에어 커튼을 사용하는 난방 시스템과 분리해야 합니다.

3. 환기 방법 및 비교

3.1 용접 연기의 최대 농도 영역

용접 중에는 다량의 유해한 연기와 가스가 발생하여 작업장 높이에 따라 작업장 전체에 고르게 퍼집니다.

그러나 용접 작업장 내에는 용접 연기의 최대 농도 구역이 있으며, 이를 적정 높이라고 할 수 있습니다. 적정 높이에 대한 값은 표 2에 나와 있습니다.

표 2: 전류 강도에 따라 결정되는 "적정 높이"

3.2 배출 기준

용접 연기를 위한 배기 시스템은 일반적으로 정화 조치가 필요하지 않으며 실외로 직접 배출할 수 있습니다.

배기 시스템이 실내를 순환하는 경우 정화 조치를 취해야 하며, 배기 중 유해 물질 농도가 작업장 최대 허용 농도의 30%를 초과해서는 안 됩니다.

3.3 로컬 배기

용접 작업장에서는 유해 물질이 발생하는 지점에서 가능한 한 국소 배기를 실시해야 합니다.

국소 배기는 고정식 국소 배기 시스템과 휴대용 소규모 연기 및 먼지 제거 장치로 나눌 수 있습니다. 다양한 유형의 배기 후드에 대한 제어 풍속은 표 3에 나와 있습니다.

표 3: 다양한 유형의 배기 후드에 대한 풍속 제어

3.4 종합 환기

작업장 내 용접 위치가 고정되어 있지 않고 국소 배기 후드를 사용할 수 없는 경우 종합적인 환기를 실시해야 합니다.

종합 환기는 깨끗한 실외 공기를 사용하여 실내의 유해 물질을 희석한 후 외부로 배출하는 일종의 희석 환기입니다.

종합 환기의 효과는 충분한 환기 공기 흐름과 적절한 공기 흐름 구성에 달려 있습니다.

종합 환기를 위한 배기 풍량은 용접 전극의 소비량을 기준으로 결정됩니다. 그러나 이 데이터가 없는 경우 배기 공기 흐름은 용접 지점당 3500m3/h로 계산할 수 있습니다.

용접 작업장 내 분진 및 유해물질의 위험성 해결 측면에서 환기 조치를 통해 용접 연기의 최고 허용 농도 요건을 충족할 수 있다면 용접 작업 중 발생하는 각종 유해가스 농도도 최대 허용 농도 이하로 낮출 수 있습니다. 국내 생산 용접 전극의 배기량은 표 4에서 확인할 수 있습니다.

표 4: 국내 생산 용접 전극의 배기 공기 흐름

데이터가 부족한 경우 다음 지표를 기준으로 용접 전극의 소비량을 대략적으로 추정할 수 있습니다:

• 건물 골조용 구조용 강철 용접: 7kg/t~8kg/t의 철골 구조물
• 강판 용접: 10kg/t ~ 15kg/t의 철골 구조물
• 용접 플레이트형 크레인: 22kg/t의 철골 구조물

3.4.1 자연 환기

중앙 집중식 난방이 불가능한 중국 지역에서는 채광창과 능선 환풍기를 사용하여 종합적인 환기를 할 수 있습니다. 단일 스팬 작업장은 다중 스팬 작업장에 비해 자연 배기 환기를 위해 더 쉽게 구성할 수 있습니다.

단, 공장 건물의 높이가 적정 높이를 크게 초과하는 경우와 공장이 위치한 지역에 비가 오거나 흐린 날이 연중 절반 이상 발생하는 경우에는 기계식 환기를 추가해야 합니다.

용접량이 적고 높이가 짧은 경우, 외벽에 가까운 단일 경간 작업장의 경우 높은 측면 창을 활용하여 포괄적인 배기 환기를 할 수 있습니다.

• 장점: 전력이 필요하지 않아 상대적으로 경제적입니다.
• 단점: 환경 변화에 취약하고 환기 공기 흐름이 불안정합니다.

3.4.2 기계식 환기

1) 덕트 배기:

배기 덕트는 작업장 내 용접 구역 위에 수평으로 배치되며 배기구는 적절한 높이에 설치됩니다. 이 덕트는 배기 팬에 연결되어 실외로 공기를 배출합니다.

공조 장치에서 기계식 보충 공기가 50%~80%(극한 지역 상한, 일반 지역 하한)로 공급되고 나머지 보충 공기는 문과 창문 틈새를 통해 자연적으로 침투합니다.

겨울철 난방 지역에서는 난방 섹션이 있는 에어컨을 사용하여 기계식 메이크업 에어를 사용하는 경우가 많습니다. 에어컨의 난방 섹션에서 공급되는 열은 실내 열 부하를 고려하지 않습니다. 난방 섹션의 열 Q는 다음과 같이 계산됩니다:

Q = 작업장 배기 열 소비량 + 문과 창문 틈새를 통한 냉기 침투로 인한 열 소비량 + 장치의 난방 섹션에서 유입되는 열(실내 온도에서 공급 공기 온도까지)

워크스테이션에 2m 이내 또는 최대 2m까지 공기를 공급할 때 공급 공기 온도는 45°C를 초과하거나 25°C보다 낮지 않아야 하며, 배출구 속도는 1.5m/s~2.0m/s를 초과하지 않아야 합니다. 공급 공기 배출구는 가능한 한 낮고 용접 영역에 가깝게 배치해야 합니다.

난방이 되지 않는 지역에서는 겨울철 기계식 메이크업 에어는 난방이 필요하지 않으므로 팬 메이크업 에어를 직접 사용하여 작업장 공간을 절약할 수 있습니다. 팬은 서스펜션 방식으로 설치할 수 있습니다.

보충 공기는 용접 영역에서 멀리 향하게 하여 공기 흐름이 용접 영역으로 흐르도록 해야 합니다. 덕트 내부의 공기 흐름 속도는 6m/s~14m/s(스틸 덕트의 경우) 사이여야 합니다.

배기 공기 흐름이 많은 난방 지역의 작업장의 경우, 조건이 허락한다면 금속 회전식 공기 열교환기와 같은 현열 회수 장치를 사용하여 배기 공기에서 열을 회수하여 보충 공기에 공급할 수 있습니다.

• 장점: 이 종합 환기 방식은 용접 작업장의 환기에 더 효과적이며 작업장 내 적절한 높이에 축적된 용접 연기를 효과적으로 제거할 수 있습니다. 환기 장비가 작업장 내부에 위치하기 때문에 작업장 건물의 외관에 영향을 미치지 않습니다.
• 단점: 용접 작업장에 파이프 라인과 크레인이 있기 때문에 용접 영역 위에 수평 덕트를 설치하는 것이 어려울 수 있습니다. 겨울철 난방 지역에서 보충 공기를 위해 에어컨을 사용할 경우 작업장 공간도 차지합니다.

2) 지붕 환기 팬 및 배기용 제트 팬:

용접 작업장에 채광창이 없는 경우, 작업장 지붕에 지붕 환기 팬을 설치하여 상부 배기를 할 수 있습니다. 이 방법만으로는 작업장의 적절한 높이에서 연기와 먼지를 직접 배출하지 못할 수 있으므로 작업장의 기둥에 여러 대의 제트 팬을 설치하여 공기를 교란시키고 지붕 팬의 배기를 도울 수 있습니다.

덕트 배기와 동일한 방법에 따라 기계식 보충 공기도 필요합니다(그림 1 참조).

• 장점: 이 포괄적인 환기 방법은 용접 작업장에서 파이프를 깔아야 하는 어려움을 피할 수 있습니다.
• 단점: 배기 지점이 용접 작업장에서 적절한 높이로 직접 설정되지 않기 때문에 덕트 배기에 비해 배기 효율이 상대적으로 떨어집니다. 작업장 지붕에는 루프 팬이 설치되어 있으며, 일반적으로 작업장의 배기량이 많기 때문에 루프 팬의 수가 많아 작업장 건물의 외관에 일정한 영향을 미칩니다.

3) 지붕 환기 팬 배기:

용접 작업장에 채광창이 없는 경우, 작업장 지붕에 지붕 환기 팬을 설치하여 배기할 수도 있습니다. 그러나 배기를 위해 적절한 높이에 축적된 다량의 용접 연기를 제거하려면 지붕 환풍기에서 용접 작업장의 적절한 높이까지 덕트를 연장해야 합니다. 덕트 배기와 동일한 방법에 따라 기계식 보충 공기도 필요합니다.

• 장점: 이 포괄적인 환기 방법은 용접 작업장에 용접 연기가 많이 축적되는 문제를 어느 정도 해결하는데도 도움이 됩니다.
• 단점: 용접 작업장에 파이프 라인과 크레인이 있기 때문에 지붕 팬에서 용접 영역 위로 덕트를 연장하는 것이 어려울 수 있습니다. 루프 팬은 작업장 지붕에 설치되며 일반적으로 작업장의 배기 공기 흐름이 크기 때문에 루프 팬의 수가 많아 작업장 건물의 외관에 일정한 영향을 미칩니다.

4) 용접 흄 정화 장치: 용접 흄 정화 장치는 용접 작업장의 기둥에 설치됩니다. 용접 연기가 포함된 작업장 공기는 후면에서 장치로 유입되어 필터를 통과하여 연기를 제거한 후 전면에서 배출됩니다.

• 장점: 간단한 장비 설정.
• 단점: 상대적으로 비싼 장비.

5) 축방향 팬 배기: 단일 경간, 작은 면적, 낮은 높이의 작업장 또는 용접 영역이 작업장 외벽 근처에 있는 경우 용접 영역 근처 외벽의 높은 위치에 여러 대의 축류 팬을 설치하여 배기할 수 있습니다. 이 방법은 소규모 사업장에서 일반적으로 사용됩니다.

따라서 용접 작업장의 환기를 설계할 때는 실제 조건에 따라 종합적인 기계식 환기, 국소 기계식 배기, 종합적인 자연 환기의 조합을 고려해야 합니다.

4. 단열 및 냉각

벽걸이형 선풍기와 휴대용 선풍기는 여름철 작업장의 냉방 및 작업 환경 개선을 위해 일반적으로 사용되는 방법입니다.

5. 공기 흐름 구성

단일 경간 또는 다중 경간 용접 작업장의 흡기 및 배기 공기 흐름을 고려할 때는 문과 창문을 통해 양쪽에서 자연 흡기가 이루어져야 하며, 용접 영역에 기계식 보충 공기를 공급하고 용접 영역 위에 기계식 배기용 수평 덕트를 설치하거나 지붕에 루프 팬을 설치하여 작업장 내 공기 흐름 이동을 촉진하고 용접 시 발생하는 용접 연기를 보다 효과적으로 제거해야 합니다.

6. 결론

1) 용접 작업장에서 용접 연기를 관리하는 것은 오랫동안 어려운 문제였습니다. 필자는 국소 배기와 종합적인 환기, 특히 조건이 허락하는 경우 용접 영역 위에 수평 덕트를 설치하여 종합적인 기계적 배기를 하는 것이 현재 효과적인 방법이라고 생각합니다.

2) 기술 발전으로 미관상 보기 좋은 경량 철골 지붕을 사용하는 신축 대규모 용접 작업장이 늘고 있습니다. 따라서 장비 하중 및 진동 문제를 해결하기 위해 지붕 환기 팬과 매달린 환기 팬을 설치할 때 토목 공학 전문가와의 긴밀한 협력이 필요합니다.

3) 사용자의 경우, 국소 배기 및 종합 환기 장비의 올바른 사용은 작업장 내 공기질을 보장하는 데 필수적입니다.