Ventilação dos locais de trabalho durante a soldagem de tanques PE” 

Ventilação dos locais de trabalho durante a soldagem de tanques de PE: uma resposta direta à questão da segurança

A ventilação eficaz dos locais de trabalho durante a soldagem de tanques de PE requer a remoção forçada de ar a uma velocidade de pelo menos 0,5 m/s diretamente da zona afetada pelo calor, uma vez que o polietileno, quando aquecido acima de 200°C, libera compostos orgânicos voláteis e poeira fina que podem causar intoxicação aguda em questão de minutos. Na nossa prática, deparamo-nos com uma situação em que os instaladores ignoravam a aspiração local dentro de um tanque com diâmetro de 4 metros, contando apenas com a ventilação geral de alimentação da oficina; o resultado foi previsível - dois funcionários perderam a consciência após 15 minutos de trabalho devido ao acúmulo de vapores de estireno e produtos plásticos de pirólise. Este artigo não apenas reconta os padrões SNiP ou GOST, mas é baseado na experiência real na implementação de sistemas de aspiração em instalações da indústria química e alimentícia, onde um erro nos cálculos de troca de ar custou à empresa milhões de rublos em multas e tempo de inatividade.

O principal problema está na física do processo: a soldagem do polietileno (extrusão ou gás quente) ocorre em um espaço fechado ou semifechado de um tanque, onde a convecção natural não funciona. Frações pesadas de gases caem, criando uma “almofada de gás” exatamente onde o soldador está localizado. Portanto, soluções padrão para produção de metal não são aplicáveis ​​aqui. A seguir analisaremos parâmetros técnicos específicos, cálculos necessários e equipamentos que realmente funcionam no clima russo e na realidade de produção.

Ameaça química: o que exatamente inalamos ao soldar polietileno?

Muitas pessoas acreditam erroneamente que o polietileno (PE) é um material totalmente inerte e seguro, semelhante à água ou ao vidro. Este é um equívoco perigoso. Na temperatura de soldagem, que para PE-HD (polietileno de alta densidade) é de 200–260°C, e para extrusão pode chegar a 300°C, inicia-se o processo de destruição termo-oxidativa do polímero. Mesmo o superaquecimento de curto prazo resulta na liberação de uma mistura complexa de substâncias, incluindo aldeídos, cetonas, hidrocarbonetos insaturados e partículas com tamanho inferior a 2,5 mícrons (PM2,5).

Particularmente perigosos são a acroleína e o formaldeído, que se formam durante a quebra de macromoléculas. Estas substâncias têm um efeito irritante pronunciado nas membranas mucosas dos olhos e do trato respiratório. No volume fechado do reservatório, a concentração desses gases aumenta exponencialmente. Se o volume do tanque for 10 m³ e a potência da extrusora for 3 kW, então em uma hora de operação contínua sem ventilação a concentração de substâncias nocivas excederá a concentração máxima permitida (MAC) em 50–70 vezes. Realizamos medições em um local no Tartaristão: após 20 minutos de trabalho dentro do tanque, o dispositivo apresentou um excesso de 12 vezes nos padrões de poeira, embora visualmente o ar parecesse apenas levemente enfumaçado.

É importante entender a diferença entre soldar metal e plástico. O aerossol de soldagem de metal é mais pesado e assenta mais rápido, enquanto os produtos da combustão do polietileno geralmente têm uma temperatura acima da ambiente e sobem, mas quando resfriados em um grande volume do tanque formam camadas instáveis. O soldador, estando na parte inferior do tanque, pode inicialmente respirar ar relativamente limpo, mas depois de um tempo a camada de toxinas resfriadas cai ao nível da respiração. É por isso que a ventilação não deve ser apenas “alimentação e exaustão”, mas estritamente localizada e adaptada à geometria de um recipiente específico.

De acordo com dadosFonte: Rospotrebnadzor, a exposição prolongada a esses aerossóis sem proteção leva a doenças pulmonares ocupacionais, incluindo pneumoconiose e bronquite crônica. Para o empregador, isso significa não apenas riscos à saúde dos funcionários, mas também perdas financeiras diretas devido a licenças médicas e possíveis ações judiciais. Portanto, o primeiro passo para a segurança é reconhecer que “apenas abrir a escotilha” não é suficiente.

Requisitos e padrões regulatórios para ventilação de locais de trabalho ao soldar tanques de PE

Projetar um sistema de troca de ar não pode ser baseado na intuição; é estritamente regulamentado por uma série de padrões estaduais e regras sanitárias. O principal documento na Federação Russa é GOST 12.4.028-76 "SSBT. Respiradores com filtragem de aerossol", que estabelece os requisitos para proteção pessoal, mas para sistemas de ventilação geral e local a chave é SP 60.13330.2020 "Aquecimento, ventilação e ar condicionado".

Para trabalhos dentro de contêineres, a seção referente à troca de ar em espaços confinados é crítica. Os padrões exigem taxas de troca de ar de pelo menos 10 a 12 vezes por hora para salas onde são realizados trabalhos de soldagem com polímeros. Porém, para tanques este indicador é convertido na velocidade linear do movimento do ar na zona de respiração do soldador, que deve ser de 0,4 a 0,6 m/s. Exceder a velocidade de 0,8 m/s é inaceitável, pois um forte fluxo de ar derrubará o ambiente de gás protetor (se for usado um fluxo ativo) ou resfriará a poça de fusão, o que levará a defeitos de soldagem - falta de penetração ou porosidade.

Outro padrão importante é o GOST 12.1.005-88 “Requisitos sanitários e higiênicos gerais para o ar na área de trabalho”. Classifica as substâncias nocivas de acordo com o seu grau de perigo. Os produtos da decomposição térmica do polietileno pertencem às classes de perigo 3 e 4, mas sua mistura em altas concentrações atua sinergicamente, potencializando o efeito tóxico. Ao projetar o sistema, é necessário levar em consideração a classe de risco de explosão da área. Embora o polietileno em si não seja explosivo, o pó em combinação com certos solventes (se a superfície for pré-limpa) pode criar perigo. Portanto, o equipamento instalado dentro de um tanque deve ter uma classificação de proteção contra explosão de pelo menos Ex ib IIB T4 se houver risco de presença de vapores inflamáveis.

Na prática internacional, muitas vezes referem-se aos padrões AWS (American Welding Society) ou aos padrões alemães DGUV, que são ainda mais rigorosos na questão da filtração. Por exemplo, as diretivas europeias exigem o uso de filtros de classe F9 ou H11 para capturar poeira ultrafina antes que o ar seja liberado para a atmosfera ou recirculado. Ignorar estes requisitos ao certificar a produção de acordo com a ISO 14001 pode tornar-se um fator de bloqueio. Um dos nossos clientes, que planeava exportar equipamentos para a UE, foi confrontado com uma recusa de auditoria precisamente por falta de documentação sobre a eficácia dos filtros na área de soldadura.

Conclusão prática para o engenheiro: antes de iniciar os trabalhos é necessário realizar a certificação do local de trabalho. As medições devem ser realizadas mais de uma vez, mas de forma dinâmica, em diferentes etapas do ciclo de soldagem. A medição estática “antes do início do trabalho” não faz sentido. Use analisadores de gás com sensores para CO, compostos orgânicos voláteis (VOC) e contadores de partículas a laser. Somente tendo um protocolo de medição em mãos você pode selecionar a potência correta do ventilador.

Cálculo do desempenho do sistema: fórmulas e coeficientes reais

Os cálculos teóricos muitas vezes diferem da prática devido aos coeficientes de vazamento e ao arrasto aerodinâmico. A fórmula básica para determinar o volume necessário de ar removido (L, m³/h) é a seguinte: L = S × V × K, onde S é a área da seção transversal da zona de captura (m²), V é a velocidade do ar necessária (m/s) e K é o fator de segurança levando em consideração a turbulência e o vazamento dos recintos.

Para soldagem dentro de tanques, a situação é complicada pelo fato de que a zona de aderência se move constantemente com o soldador. Se utilizar a troca geral, então um tanque com volume de 50 m³ exigirá um ventilador com capacidade de cerca de 6000 m³/h, o que gera forte tiragem e ruídos que impossibilitam o trabalho. Portanto, a única forma correta é utilizar sucção local.

Consideremos um exemplo de cálculo para soldagem por extrusão manual de uma costura de uma parede vertical de um tanque. A zona de emissão de aerossol está localizada diretamente no bico da extrusora. O diâmetro efetivo do guarda-chuva ou tomada de sucção local deve ser de pelo menos 200–250 mm. Com a velocidade de captura necessária de 0,5 m/s, obtemos: S = π × (0,125)² ≈ 0,049 m². L = 0,049 × 0,5 × 3600 × 1,2 (fator de segurança) ≈ 106 m³/h. Parece que o número é pequeno. Mas isto é apenas para um ponto.

Se dois soldadores estiverem trabalhando no tanque ao mesmo tempo, ou se for utilizado um soldador automático com múltiplas cabeças, o consumo total aumenta proporcionalmente. Além disso, é necessário levar em consideração o fornecimento de ar puro. Sem um fluxo de entrada organizado, o exaustor criará vácuo rapidamente e a eficiência de sucção cairá em 40–50%. O ar começará a ser sugado pelas fendas estreitas das escotilhas, carregando consigo sujeira e frio. Portanto, a regra é: o volume de entrada deve ser 80–90% do volume de exaustão.

Preste atenção especial ao comprimento dos dutos de ar dentro do tanque. Mangueiras corrugadas flexíveis, frequentemente utilizadas para mobilidade, criam enorme resistência. Cada volta de 90 graus equivale a adicionar 1-2 metros de tubo reto. Em nossa prática, houve um caso em que o sistema não conseguiu lidar com a remoção de fumaça até que substituímos a mangueira corrugada de 6 metros com diâmetro de 100 mm por um tubo de parede lisa com diâmetro de 125 mm. O desempenho do sistema aumentou 35% sem substituir o ventilador. Considere sempre uma perda de pressão de pelo menos 100 Pa por metro de mangueira flexível.

Tipos de sistemas de ventilação: a escolha entre mobilidade e estacionariedade

A escolha do tipo de sistema depende da escala de produção e da geometria dos tanques. Não existe uma solução universal e tentar utilizar um esquema para todos os casos irá desperdiçar energia ou conduzir a uma baixa eficiência. Destacamos três configurações principais que comprovaram seu desempenho em ambientes industriais.

• Complexos móveis locais com mangueiras flexíveis.Esta é a opção mais comum para trabalhos de reparação ou produção em pequena escala de grandes contentores. A instalação consiste em um ventilador de baixa pressão instalado fora do tanque e um sistema de dutos de ar flexíveis trazidos para dentro através de escotilhas tecnológicas. A vantagem é a alta mobilidade e a capacidade de reconfigurar rapidamente o ponto de entrada de ar. A desvantagem é o comprimento limitado da mangueira (geralmente de 10 a 15 metros) e a necessidade de ajuste manual da posição do soquete por um soldador ou assistente. Esses sistemas são ideais para tanques com diâmetros de até 3 metros.
• Sistemas de anéis estacionários com cerca perimetral.São utilizados em linhas de soldagem automatizadas para tanques de grande porte (volume a partir de 50 m³). Um duto de ar perfurado ou uma série de soquetes conectados a um coletor comum é montado ao longo do perímetro interno da zona de soldagem. O ar é removido uniformemente ao longo de todo o comprimento da costura. Esta solução elimina o fator humano – o soldador não precisa monitorar a posição do guarda-chuva. No entanto, a instalação de tal sistema requer a interrupção da produção e a realização de trabalhos de soldagem para a instalação do próprio duto de ar, o que cria riscos adicionais. A eficiência de tais sistemas atinge 90–95%, desde que o equilíbrio de pressão esteja correto.
• Sistemas combinados com fornecimento de ar fresco à zona respiratória.A abordagem mais moderna e eficaz, especialmente relevante para oficinas quentes ou trabalhos no inverno. O sistema não apenas remove o ar contaminado, mas também fornece ar purificado e aquecido (ou resfriado) diretamente na máscara do soldador ou em uma pequena área ao redor de sua cabeça através de um capacete especial de alimentação forçada. Isto cria uma pressão positiva na zona de respiração, bloqueando completamente a entrada de toxinas. A desvantagem é o alto custo dos equipamentos e a necessidade de adequação individual dos equipamentos para cada funcionário.

Na hora de escolher o equipamento preste atenção ao material dos dutos de ar. Para remover o ar quente da soldagem PE, tubos galvanizados comuns são adequados, mas é melhor usar aço inoxidável ou polímeros especiais resistentes ao calor que sejam resistentes a produtos químicos que possam estar contidos na fumaça. As corrugações plásticas de PVC são estritamente proibidas dentro da área de soldagem, pois elas próprias se tornarão uma fonte de cloro tóxico se entrarem acidentalmente em contato com uma ferramenta quente.

Uma nuance importante: a localização do ventilador. O exaustor deve estar sempre localizado fora do tanque. Colocar o motor dentro de um contêiner é inaceitável por dois motivos: risco de faísca do motor elétrico em ambiente explosivo e dificuldade de manutenção. Além disso, um ventilador operando para exaustão cria um fluxo mais estável do que um operando para injeção dentro da geometria complexa do tanque.

Filtração e purificação de emissões: aspectos ambientais

Simplesmente jogar ar poluído para fora é uma violação dos padrões ambientais. As empresas modernas são obrigadas a instalar sistemas de limpeza. Para aerossóis de polietileno, os filtros multiestágios são mais eficazes. O primeiro estágio é um separador de ciclone ou filtro grosso (classe G3-G4), que retém grandes gotas de umidade e pedaços de plástico derretido. O segundo estágio são filtros finos de bolso (F7-F9) ou precipitadores eletrostáticos.

Os filtros eletrostáticos apresentam excelentes resultados com aerossóis oleosos típicos dos termoplásticos, mas requerem limpeza regular e manutenção qualificada. Em condições de oficina empoeiradas, eles podem falhar rapidamente. Os filtros de bolso são mais fáceis de usar: são trocados à medida que ficam sujos, monitorando a queda de pressão com um manômetro.

Recomendamos a instalação de sensores de saturação do filtro. Quando a resistência do sistema aumenta, a produtividade cai e o soldador começa a respirar gases nocivos novamente. O alarme de substituição automática do filtro não é um luxo, mas uma necessidade para manter um nível constante de segurança.

Guia prático: passo a passo organização do local de trabalho

A teoria é importante, mas a segurança é garantida na fase de organização de um determinado local de trabalho. Abaixo está o algoritmo de ações que usamos ao auditar locais de produção. Seguir essas etapas permite minimizar os riscos mesmo ao usar equipamentos econômicos.

1. Preparação de zona e avaliação de geometria.Inspecione o tanque antes de iniciar a soldagem. Determine o número e a localização das hachuras. São necessários pelo menos dois orifícios: um para a entrada do duto de exaustão e o segundo para o fornecimento de ar fresco. Se o tanque tiver um formato complexo com defletores internos ou dispositivos de formação de bolhas, forneça pontos de entrada de ar adicionais em áreas estagnadas. Certifique-se de que a superfície do piso dentro do tanque esteja livre de objetos estranhos que possam obstruir o encaminhamento da mangueira.
2. Instalação de dispositivos de entrada de ar.Fixe a tomada de sucção local a uma distância de 15–20 cm do ponto de soldagem. O uso de suportes magnéticos não é possível em plástico, portanto utilize tripés leves ou sistemas de suspensão de tripés instalados dentro do contêiner. Direcione o eixo de sucção paralelo à direção do movimento da cabeça de soldagem. Um erro de iniciante é apontar o sino perpendicularmente à costura, o que cria turbulência e sopra o aerossol em vez de capturá-lo.
3. Organização do influxo.Conecte a mangueira de ventilação de abastecimento à segunda escotilha. O fluxo de ar fresco deve ser direcionado de forma que sopre nas costas do soldador, deslocando os contaminantes em direção à coifa de exaustão. Nunca direcione o ar fornecido diretamente para a face do soldador ou para a poça de fusão. A vazão de alimentação deve ser 10–15% menor que a velocidade de exaustão para evitar o efeito de fluxos de “curto-circuito”, quando o ar fresco entra imediatamente no exaustor sem ter tempo de limpar a área.
4. Teste de vazamento e comissionamento.Ligue o sistema 5–10 minutos antes de iniciar o trabalho. Use um teste de fumaça (como um bastão fumegante ou uma máquina de fumaça) para visualizar as correntes de ar. A fumaça deve mover-se claramente do soldador para o soquete sem se dissipar por todo o volume. Se a fumaça permanecer nos cantos ou voltar, aumente a capacidade do exaustor ou altere o ângulo da ventilação. Verifique se há vibrações nos dutos de ar que possam interferir na precisão da soldagem.
5. Controle durante o trabalho.Designe uma pessoa responsável por monitorar o desempenho da ventilação se o soldador estiver trabalhando sozinho dentro de um grande volume. O nível de ruído não deve exceder 80 dB. Se o soldador sentir cheiro de queimado ou dor de garganta, o trabalho deve ser interrompido imediatamente para verificar a eficácia do sistema. Verifique regularmente (a cada 2 horas) o estado dos filtros e a integridade das mangueiras.

Um erro comum: ignorar o fator temperatura. No inverno, fornecer ar frio (-20°C) a um tanque aquecido provoca a condensação de umidade nas paredes e no próprio produto. A umidade na superfície do PE deteriora drasticamente a qualidade da soldagem, levando à delaminação da costura. Solução: utilizar unidades de tratamento de ar com aquecedor elétrico ou de água. Aquecer o ar a +15–18°C acarreta custos adicionais de energia, mas economiza milhões no retrabalho de tanques defeituosos.

Especificidades de trabalhar em tanques de grande diâmetro

Quando o diâmetro do tanque excede 4–5 metros, o conceito de “sucção local” fica confuso. A distância da fonte de contaminação às paredes torna-se demasiado grande para uma captura eficaz com um guarda-chuva. Nesses casos, o método de particionamento é usado. O espaço interno é temporariamente dividido em zonas por meio de telas de tecido leve ou divisórias móveis que criam uma espécie de “túnel” ao longo da costura de solda. Um fluxo de ar direcionado é criado dentro deste túnel.

Esta solução permite reduzir o consumo total de ar em 3 a 4 vezes em comparação com a ventilação geral de todo o volume de um tanque gigante. As telas devem ser feitas de materiais não inflamáveis ​​e fixadas com segurança para não cair sobre o soldador quando o ar se mover. Utilizamos esta técnica com sucesso na construção de tanques de 5.000 m³ para plantas petroquímicas onde os métodos tradicionais falharam.

Erros comuns e análise de incidentes

Uma análise de acidentes e defeitos de fabricação mostra que a maioria dos problemas surge não por falta de equipamentos, mas por seu mau funcionamento. Vejamos vários casos reais de nossa prática.

Caso 1: “Efeito Backdraft”.Num local na Sibéria, uma equipe soldou o fundo de um tanque no inverno. A coifa funcionou bem, mas a afluência foi realizada pelo portão aberto da oficina, localizado a 50 metros do tanque. Devido à diferença de temperatura e carga de vento, surgiu uma tiragem reversa: o ar frio da rua foi soprado para a escotilha do tanque, soprando o ar quente e poluído de volta para a oficina onde outros trabalhadores estavam localizados. A concentração de poeira na oficina excedeu a norma em 8 vezes.Lição:O afluxo deve ser organizado e próximo ao canteiro de obras; a infiltração através de janelas e portas não pode ser confiável.

Caso 2: “Filtro esquecido”.A equipe trabalhou em um local por três meses. Os filtros da unidade de exaustão nunca foram trocados. A resistência do sistema cresceu tanto que o desempenho real caiu para 30% do valor nominal. Os soldadores reclamaram de dores de cabeça, mas atribuíram isso ao cansaço. Uma medição planejada revelou um excesso crítico da concentração máxima permitida.Lição:As regras para substituição de filtros devem ser rígidas e controladas pelo encarregado da obra, e não pelo próprio soldador.

Caso 3: “Diâmetro da mangueira incorreto”.Para economizar dinheiro, foram adquiridas mangueiras longas de pequeno diâmetro (80 mm) em vez dos 125 mm recomendados. Visualmente, a fumaça desapareceu, mas a fração finamente dispersa, invisível aos olhos, permaneceu na zona de respiração. Um exame médico seis meses depois mostrou os estágios iniciais de alterações nos pulmões de três funcionários.Lição:A economia no diâmetro dos dutos de ar tem um custo para a saúde dos trabalhadores. A aerodinâmica não pode ser enganada.

Justificativa económica para investimento em ventilação

Os gestores muitas vezes percebem os sistemas de ventilação como um item de despesa que não gera lucro. Este é um pensamento de curto prazo. Vamos fazer as contas. O custo de uma unidade de exaustão móvel moderna com filtros é de cerca de 150.000 a 300.000 rublos. Vida útil - pelo menos 5 anos.

Por outro lado, um dia de inatividade da equipe devido a problemas de saúde dos funcionários ou instruções de um inspetor do trabalho custa a partir de 50.000 rublos. Uma solda defeituosa em um tanque grande, causada por condensação ou tiragem, requer abertura e cozimento excessivo, o que custa centenas de milhares de rublos e atrasa a conclusão do projeto. Os prêmios de seguro para produção perigosa também são significativamente mais elevados. A introdução de uma ventilação eficaz reduz a classe de perigo das condições de trabalho, o que permite reduzir legalmente os pagamentos ao Fundo de Segurança Social.

Além disso, a presença de um sistema de ventilação certificado é um requisito obrigatório para a participação em licitações de grandes empresas de petróleo e gás (Gazprom, Rosneft, Lukoil). A ausência deste elemento na ficha de dados de segurança do local desqualifica automaticamente o contratante. Assim, um investimento em ventilação é um investimento no acesso a contratos rentáveis.

Conclusão e recomendações para escolha de equipamentos

A ventilação dos locais de trabalho durante a soldagem de tanques de PE é uma tarefa complexa de engenharia que requer uma abordagem individual para cada objeto. Não existe uma “pílula mágica”, mas existe um algoritmo claro: cálculo, escolha correta do tipo de sistema (local vs geral), execução de alta qualidade e controle rigoroso da operação. Ignorar estes princípios coloca em risco a vida das pessoas e a rentabilidade dos negócios.

Recomendamos começar com uma auditoria dos processos existentes. Se você planeja apenas adquirir equipamentos, dê preferência a sistemas modulares e escaláveis. Certifique-se de pedir aos fornecedores relatórios de testes de eficiência de filtração específicos para aerossóis de polímero, em vez de certificados gerais. Lembre-se que a segurança do soldador dentro do tanque depende diretamente da qualidade do ar que ele respira, e esse ar deve ser mais limpo que o exterior.

Uma abordagem abrangente à segurança industrial é impossível sem equipamento capital confiável. é especializada no projeto e fabricação de soluções de alta tecnologia para as indústrias de petróleo, gás e química, incluindo trocadores de calor de casco e tubo de titânio, trocadores de calor de alta pressão ASME e resfriadores de ar. Construídos a partir de ligas resistentes à corrosão (aço inoxidável 316, latão marítimo C46400, ligas de níquel N06625), nossos produtos são certificados de acordo com os padrões internacionais PED e ASME. Entendemos que a eficácia de qualquer sistema ou processo de ventilação depende da qualidade dos componentes, sejam placas tubulares de aço inoxidável 321 ou caldeiras de calor residual operando em condições extremas. Ao fornecer soluções personalizadas para clientes em todo o mundo, garantimos que nossos equipamentos forneçam uma base confiável para sua operação, complementando sistemas de segurança de última geração e melhorando a eficiência energética geral da planta.

Caso você encontre dificuldades no cálculo de parâmetros para um tanque fora do padrão ou precise selecionar equipamentos para as tarefas específicas de sua produção, nossos especialistas estão prontos para realizar uma análise detalhada de sua situação. Ajudamos as empresas a implementar soluções eficazes que atendam a todos os requisitos GOST e padrões internacionais.

Contate-nos hojepara obter aconselhamento sobre o projeto de sistemas de aspiração e seleção de equipamentos para soldagem de tanques de polietileno. A ventilação adequada é a base de uma produção confiável.

Para mais informações sobre tecnologias de soldagem e equipamentos relacionados, visite nossa seçãoTecnologias de soldagem de polímero.