Opłaty za wprowadzanie gazów lub pyłów do powietrza – spawanie, lutowanie i cięcie stali

Opisane w tym dziale zagadnienia omawiamy również na organizowanym cyklicznie szkoleniu Specjalista ds. Emisji. Najbliższe szkolenie odbędzie się 6-7.02.2024 r. Zakres szkolenia przedstawiamy na stronie https://wszystkooemisjach.pl/529

Proces spawania nie powoduje powstawania znaczących wielkości emisji z punktu widzenia wysokości opłat za korzystanie ze środowiska. Spełnienie obowiązków wynikających z ustawy Prawo ochrony środowiska wymaga co najmniej obliczenia wielkości emisji, przedłożenia informacji o emisji i oceny czy wyznaczona wartość nie przekracza progu decydującego o obowiązku wniesienia opłaty. Z uwagi na brak stawek opłat za prowadzenie procesu spawania i technik pokrewnych, wielkość opłaty wyznaczana jest na podstawie obliczonych ilości substancji uwalnianych do powietrza. Rodzaje i ilości emitowanych związków można przyporządkować następującym rodzajom technik łączenia i cięcia metali:

Spawanie łukiem elektrycznym

Opłata za emisje powinna obejmować:

podstawowe substancje gazowe powstające w łuku elektrycznym, to jest tlenki azotu oraz tlenek węgla,
pył wraz z zawartymi w nim metalami,
gazy osłonowe, w tym dwutlenek węgla i hel.

Substancje gazowe:

Rodzaje i ilości powstających związków zależą przede wszystkim od metody spawania (spawanie w osłonie gazów, spawanie drutami otulonymi, spawanie elektrodami proszkowymi), rodzaju spawanych materiałów (stal węglowa, stal szlachetna, stopy aluminium, brąz), typu drutu spawalniczego lub elektrody oraz od parametrów prądu spawalniczego (napięcie, natężenie, grubość drutu lub elektrody). Wielkości emisji stanowiące podstawę opłat wyznaczane są w oparciu o wskaźniki literaturowe.

Pyły:

Rodzaje i ilości powstających pyłów oprócz metod i parametrów spawania zależą w znaczącej mierze od rodzaju spawanego materiału. Pył spawalniczy pochodzi bowiem w części z wykorzystywanych drutów lub elektrod, w części z materiału który podlega spawaniu. Wielkości emisji stanowiące podstawę opłat wyznaczane są w oparciu o wskaźniki literaturowe lub na podstawie typu spawanej stali, któremu przypisane są informacje o zwartości poszczególnych metali oraz na podstawie informacji o udziale metali w masie drutu spawalniczego.

Gazy osłonowe:

Powszechnie wnoszona jest opłata za wprowadzanie do powietrza dwóch spośród najbardziej popularnych gazów osłonowych, to jest dwutlenku węgla i helu. Gazy te mimo, że stanowią naturalny składnik atmosfery są do niej wprowadzane jako substancje, które powstały w wyniku procesów fizyko-chemicznych. Dwutlenek węgla głównie jako produkt uboczny w przemyśle chemicznym lub w wyniku bezpośredniego pozyskania z wód mineralnych. Hel jako produkt powstały w wyniku obróbki gazu ziemnego. Wykorzystywany jako gaz osłonowy – argon jak również gaz aktywny – tlen, nie są natomiast powszechnie uznawane za „zanieczyszczenia”. Są bowiem pozyskiwane poprzez separację składników powietrza, a ilość wyemitowanego argonu i tlenu odpowiada ilości tych gazów pobranych uprzednio z atmosfery. W praktyce, mimo takiej klasyfikacji, niektórzy prowadzący instalacje spawalnicze wnoszą opłaty również za emisję argonu i tlenu. Podejście takie nie jest jednak spójne z brakiem opłat za wprowadzanie do atmosfery powietrza wykorzystywanego do wentylacji pomieszczeń oraz w systemach sprężonego powietrza, które nie zawiera substancji zanieczyszczających.

Metody obliczania emisji:

Wielkości emisji stanowiące podstawę naliczenia opłat powinny odpowiadać rzeczywistemu zużyciu materiałów spawalniczych (drutu spawalniczego, elektrod otulonych lub proszkowych, gazów osłonowych). Błędne jest wyznaczanie wielkości emisji jako iloczynu wskaźników emisji chwilowych wyrażonych strumieniem emisji (mg/s) oraz czasu pracy emitorów. Przeważnie etap, któremu towarzyszy powstawanie emisji (żarzenie łuku elektrycznego) nie przekracza poziomu kilku procent całkowitego czasu pracy stanowiska spawalniczego. Pozostałą część tego czasu zajmują czynności niepowodujące powstawania emisji. Z tego względu podstawę naliczenia opłat powinny stanowić wskaźniki emisji odniesionej do ilości wykorzystywanych materiałów (g/kg drutu spawalniczego, kg/kg mieszaniny gazów osłonowych).

Wobec instalacji wyposażonych w urządzenia odpylające odgazy wielkość unosu pyłu stanowiąca podstawę naliczenia opłaty za pyły i zawarte w nich metale może zostać pomniejszona o wartość wynikającą ze skuteczności odpylania (na podstawie pomiaru masy filtrów czystych i wykorzystanych lub pomiaru masy wychwyconego pyłu spawalniczego).

Spawanie laserem

Zakres substancji, które powinny zostać uwzględnione w opłatach zależy od techniki spawania (z wykorzystaniem drutu spawalniczego, bez wykorzystania drutu spawalniczego), rodzaju spawanych materiałów oraz składu gazu osłonowego. Zasady naliczania opłat są analogiczne jak w przypadku spawania elektrycznego, przy czym z uwagi na większą emisję pyłów, bardziej dokładnego wyznaczenia wymaga ilość pyłów zatrzymanych w filtrach. W przypadku gdy dla danego rodzaju spawania nie są dostępne literaturowe wskaźniki emisji, wielkość emisji pyłu stanowiąca podstawę naliczenia opłaty może zostać oszacowana jako iloczyn strumienia odgazów oraz stężenia pyłu gwarantowanego przez dostawcę urządzenia odpylającego lub skuteczności odpylacza i masy zatrzymanych pyłów. Przy wyborze tej metody obliczeniowej ocenić należy, czy celowe zawyżenie emisji nie będzie skutkowało nadmiernym zwiększeniem wysokości opłat.

Lutowanie twarde (zwane również spawaniem gazowym lub lutowaniem płomieniowym)

Lutowanie płomieniowe powoduje powstawanie emisji tlenków azotu, tlenku węgla, dwutlenku węgla oraz pyłu wraz z zawartymi w nim metalami. Wielkość należnych opłat może być wyznaczana na podstawie ładunków uwolnionych substancji obliczonych z wykorzystaniem wskaźników literaturowych dla lutowania twardego. Niepoprawne jest natomiast stosowane dość często wyznaczanie emisji tlenków azotu i tlenku węgla na podstawie wskaźników dla spalania paliw w kotłach. Wielkość emisji dwutlenku węgla można oszacować w oparciu o stechiometryczny współczynnik utleniania acetylenu (w protokołach dotyczących zmian klimatu współczynnik utleniania przyjmuje się równy 1). Ilości wyemitowanych substancji, analogicznie jak w przypadku spawania elektrycznego, powinna odpowiadać rzeczywistemu zużyciu materiałów spawalniczych (masy lutu). Z tego względu zaleca się wykorzystywanie wskaźnika emisji wyrażonego jako kg/kg drutu do lutowania, zamiast wskaźnika emisji odpowiadającego pracy palnika acetylenowego (mg/s) i łącznego czasu pracy stanowiska spawalniczego.

Cięcie palnikiem acetylenowo-tlenowym

Rodzaje substancji gazowych jakie powinny zostać ujęte w systemie opłat są analogiczne jak w przypadku lutowania płomieniowego (NO_x, CO, CO₂ – dotyczy cięcia stali czystych, wolnych od zabrudzeń). Inna jest natomiast ich skala, w szczególności większa jest ilość uwalnianego do powietrza pyłu. Pyły zawierają w swym składzie wyłącznie metale pochodzące z ciętego (przepalanego) materiału, a nie jak w przypadku lutowania, w części z materiału lutowniczego. Wysokość należnych opłat może być wyznaczana w oparciu o literaturowe wskaźniki emisji dla cięcia acetylenowo-tlenowego.

Lutowanie lutem miękkim

Lutowanie lutem miękkim może powodować emisję dymu stanowiącego koloid sadzy, pyłu zawierającego związki organiczne i metale oraz emisję tlenku węgla. Źródłem emisji są pary topnika zawartego w lucie i produkty jego rozkładu. Z uwagi na bardzo niską intensywność emisji jej wielkość oblicza się dla instalacji wyposażonych w wiele stanowisk lutowniczych i o znacznym wydatku lutu. Skład metali zawartych w emitowanym pyle jest pochodną stosowanego lutu i oprócz cyny może zawierać również ołów oraz śladowe ilości miedzi i srebra.

Metody obliczeniowe emisji z procesu lutowania nie są spójne. Wielu autorów opracowań poświęconych emisji z procesów łączenia metali całkowicie pomija emisję z lutowania, przyjmując ich wartość jako bliską zeru. Podać również można przykłady przeciwnego podejścia, zgodnie z którym wobec trudności oszacowania emisji, należy przyjmować jej wielkość na poziomie górnej granicy teoretycznej, np. równej masie kalafonii zawartej w drutach lutowniczych. Oba skrajne podejścia mogą być obarczone znacznym błędem. Doświadczenia wskazują na możliwość straty związków zawartych w lucie na poziomie około 0,6 % - 1 % masy lutu (wartości przykładowe, wyznaczona dla lutu Sn/Pb 60/40 z topnikiem na bazie kalafonii w ilości odpowiednio < 1 % oraz 2,5%). Niektóre spoiwa charakteryzuje strata na niższym poziomie, do około 0,25 % masy lutu.

Cięcie plazmą

Z uwagi na niewielką skalę emisji obliczenia należnych opłat mogą być oparte na wskaźnikach literaturowych odpowiadających stosowanej technice. Przykład wskaźników emisji zawiera opracowanie Emission of Fume, Nitrogen Oxides and Noise in Plasma Cutting of Stainless and Mild Steel, Bromssen B., Lillienberg L., Frojd N. (1994) dostępne pod adresem http://www.epa.gov/ttn/chief/efdocs/welding.pdf. Jeśli maszyna wycinająca jest wyposażona w odciąg powietrza i filtr, w obliczeniach wielkości emisji pyłów należy uwzględnić skuteczność odpylacza. Udział poszczególnych metali zawartych w pyle należy przyjąć zgodnie z ich zawartością w obrabianej stali.