Obliczenia emisji – spawanie

>>> najbliższe szkolenie: Specjalista ds. Emisji   7-8.03.2023

Rodzaje i ilości substancji uwalnianych do powietrza z procesu spawania zależą od następujących czynników:

• techniki spawania (spawanie drutem otulonym/proszkowym, spawanie w osłonie gazów MIG/MAG/TIG, spawanie laserem, spawanie plazmą),

• rodzaju spawanego materiału: stal czarna, stale gatunkowe (stale wytrzymałościowe, stal nierdzewna, stal kwasoodporna, stal żaroodporna), aluminium i jego stopy, miedź, żeliwo,

• parametrów procesu: napięcia i natężenia prądu spawalniczego dla klasycznych metod spawania elektrycznego lub energii laserów, wydatku materiału połączeniowego, średnicy i rodzaju drutu połączeniowego, rodzaju gazu osłonowego.

Rozpatrując rodzaje zanieczyszczeń uwzględnić należy emisję co najmniej następujących substancji:

• pyłów: stanowiących mieszaninę niemetali i metali zawartych w spawanym materiale i materiale połączeniowym (wraz z materiałem osłonowym w przypadku spawania drutami otulonymi lub drutami proszkowymi),

• tlenków azotu, tlenku węgla

• składników gazów osłonowych.

Emisja pyłu

Dla niektórych technik spawania, w których nie jest wykorzystywany obcy materiał połączeniowy, np. wobec spawania laserem bez drutu połączeniowego, skład pyłu odpowiada składowi spawanych materiałów. Dla technik wykorzystujących materiały połączeniowe skład pyłu stanowi pochodną wszystkich materiałów, w tym otuliny drutów i masy drutów proszkowych. W różny sposób przedstawiany jest w literaturze skład pyłów spawalniczych. US EPA w zbiorze SPECIATE 3.2 prezentuje następujący skład reprezentatywny pyłu:

Nr próby	Analizowana frakcja	Data archiwizacji	Skład [%]
			Wapń	Żelazo	Mangan	Potas	Pozostałe
257032,5	0-2,5 µm	05.01.1989	19,4	24,6	6,28	20,9	28,82
2570310	0-10 µm	05.01.1989	19,4	24,6	6,28	20,9	28,82
2570330	0-30 µm	05.01.1989	19,4	24,6	6,28	20,9	28,82
25703C	2,5-10 µm	05.01.1989	19,4	24,6	6,28	20,9	28,82

Bardziej obszerny zbiór danych o składzie pyłu zawiera publikacja Emisja zanieczyszczeń pyłowych i gazowych przy procesach spawania i lutowania metali. Katalog charakterystyk materiałów spawalniczych pod względem emisji zanieczyszczeń" J.Matusiak, B.Rams, S.Machaczek. WAM i Instytut Spawalnictwa, 2004.

Skład frakcyjny pyłów emitowanych ze spawania zawarto natomiast między innymi w aktualizacji bazy danych CEIDARS przeprowadzonej przez South Coast Air Quality Management District, zgodnie z którym udział poszczególnych frakcji w pyle ogółem wynosi:

Rodzaj procesu	Udział frakcji PM2,5 w pyle całkowitym	Udział frakcji PM10 w pyle całkowitym
Spawanie łukiem elektrycznym	0,925	0,960

W przypadku braku odpowiednich wskaźników literaturowych i konieczności wyznaczenia granicznej emisji pyłów ze stanowisk spawalniczych wyposażonych w filtry (np. wobec stanowiska spawania laserowego), wielkość emisji maksymalnej można oszacować jako iloczyn strumienia odgazów i stężenia gwarantowanego przez dostawcę filtrów. Alternatywną metodą wyznaczenia emisji granicznej, która jednak może powodować zawyżenie wyników jest pomiar masy pyłów wychwyconych i wykorzystanie zakładanej skuteczności urządzenia.

Emisja substancji gazowych

Ocena oddziaływania spawalni na środowisko skupia się na emisji metali zawartych w pyle zawieszonym PM10. Ponieważ emisja głównych zanieczyszczeń gazowych powstających podczas spawania elektrycznego, to jest tlenków azotu i tlenku węgla jest mała, a pozostałych gazów (ozonu, chloru, fluorowodoru) bardzo mała, ocena znaczenia emisji substancji gazowych w kształtowaniu jakości powietrza atmosferycznego jest przeważnie jedynie formalnością (inne podejście dotyczy oceny na stanowiskach pracy). Natomiast pod względem poprawności raportowania emisji i wyznaczania należnych opłat, konieczne jest uwzględnienie oprócz tlenków azotu i tlenku węgla co najmniej dwutlenku węgla i helu zawartego w niektórych gazach osłonowych, co szerzej omówiono w dziale Opłaty w zakładce Spawanie, lutowanie i cięcie stali.W zakładce tej omówiono również emisję z lutowania twardego (spawania gazowego), cięcia palnikiem acetylenowo-tlenowym i plazmą oraz lutowania lutem miękkim.

 Monitoring emisji

Wobec spawalni o małej skali, to jest o zużyciu drutu spawalniczego do 1 Mg w ciągu roku, wystarczające jest określenie jednego zestawu wskaźników odpowiadających najczęściej stosowanym parametrom procesu. Dla większych spawalni lub o znacznie zróżnicowanych parametrach spawania zaleca się przyjęcie co najmniej 2 lub 3 zestawów wskaźników, mimo nieznacznej skali opłat za emisję substancji do powietrza.

Rodzaj wskaźników przyjmowanych do obliczeń emisji zależy od celu jakiemu mają służyć uzyskane wyniki. Ocena znaczenia środowiskowego emisji w zakresie stężeń jednogodzinnych powinna bazować na wskaźnikach emisji maksymalnej (spawanie ciągłe lub określenie procentowego obciążenia stanowiska procesem spawania). Systemy sprawozdawcze i obliczenia należnych opłat powinny bazować na przewidywanym lub rzeczywistym zużyciu materiałów spawalniczych lub energii w danym okresie sprawozdawczym.