專用車涂裝線節(jié)能通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計

文/張世煒、李曉甫 中集車輛（集團(tuán)）股份有限公司 廣東深圳 518000 鄒永豐 中國聯(lián)合工程有限公司 浙江杭州 310000

在涂裝工藝中，噴漆、烘干過程成會產(chǎn)生大量的有機(jī)溶劑氣體，其主要成分是甲苯、二甲苯、苯等，這些有害物質(zhì)不僅影響操作者的健康，而且當(dāng)其達(dá)到一定量時，有可能引起火災(zāi)和爆炸危險。在無人員操作的烘干室內(nèi)，應(yīng)滿足安全通風(fēng)要求，即烘干室的排風(fēng)量應(yīng)保證烘干室內(nèi)的溶劑濃度低于有機(jī)溶劑氣體的燃燒最低極限值（LFL）的25%。在噴漆室內(nèi)，除需要滿足安全通風(fēng)要求外，為了能有效的組織氣流，滿足安全操作需要，需保證噴漆室內(nèi)達(dá)到一定的控制風(fēng)速。而強(qiáng)冷工位又要求有一定的送排風(fēng)風(fēng)量，使工件能夠快速冷卻。目前國內(nèi)涂裝生產(chǎn)線多為各工位獨立送排風(fēng)，在噴漆、烘干室工位進(jìn)行加熱，在強(qiáng)冷工位將大量的熱量直接排放到車間外的大氣中，造成能源的大量消耗。而大風(fēng)量的有機(jī)廢氣要求達(dá)標(biāo)排放也需要消耗大量的能源。

1、涂漆設(shè)備通風(fēng)系統(tǒng)的特點

噴漆室排放的有機(jī)廢氣，由于其風(fēng)量大，濃度低的特點，目前普遍采用活性炭吸附和脫附后催化燃燒的處理方法，這種方法存在著一次性資金投入大，后期運行維護(hù)成本高等特點。烘干室的排風(fēng)屬于小風(fēng)量、高濃度的有機(jī)廢氣，針對其特點，目前涂裝行業(yè)普遍采用有機(jī)廢氣催化燃燒或有機(jī)廢氣直接燃燒后達(dá)標(biāo)排放。強(qiáng)冷室的排風(fēng)屬于大風(fēng)量、較高溫度的空氣，每小時排放到大氣中的熱量巨大。對于目前在工程機(jī)械、大型設(shè)備等制造行業(yè)中，涂裝所消耗的能源往往占了整個廠區(qū)能源消耗的60-80%。在滿足各工位所需送排風(fēng)風(fēng)量的要求下，如何優(yōu)化通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計，盡量減少有機(jī)廢氣的排放量，減少能源消耗，對降低企業(yè)生產(chǎn)成本，改善自然環(huán)境有著廣泛的意義。

2、專用車涂裝線通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計

本文針對專用車等零部件的涂裝生產(chǎn)線通風(fēng)系統(tǒng)的特點，介紹了一條大型工件表面涂裝生產(chǎn)線的設(shè)備組成及通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計方法。

2.1 涂裝生產(chǎn)線設(shè)備介紹

涂裝線設(shè)計依據(jù)：

（1） 工件最大外形尺寸：12000（mm）×2450（mm）×3000（mm）；

（2） 工件最大重量：3600kg；

（3） 生產(chǎn)任務(wù)：40000件/年（三班制，22.5小時/天），按每天生產(chǎn)150件計算；

（4） 生產(chǎn)節(jié)拍：8分鐘/件（設(shè)備負(fù)荷率88.9%）；

（5） 動力條件：

電源：三相四線制，AC380V，網(wǎng)絡(luò)電壓波動±15%，頻率50±5%Hz，

天然氣：8000kcal/m3，

熱水：90℃，0.2Mpa，

冷水：5℃，0.2Mpa，

壓縮空氣：0.6～0.8MPa；

涂裝生產(chǎn)線工藝流程：

上件→底漆噴漆預(yù)備→底漆噴漆（＞15℃）→底漆流平（20-40℃）→底漆烘干（70-80℃）→底漆強(qiáng)冷→面漆噴漆預(yù)備→面漆噴漆（＞15℃）→面漆流平（20-40℃）→面漆烘干（70-80℃）→面漆強(qiáng)冷→下件

其中底漆、面漆噴漆室采用文式噴漆室，全自動機(jī)器人噴涂；烘干室采用紅外加熱器輻射加熱，所選用的紅外加熱器對有機(jī)氣體具有分解凈化功能，其有機(jī)氣體凈化率可達(dá)到60%。

2.2 各工位通風(fēng)風(fēng)量確定

（1）噴漆室送排風(fēng)風(fēng)量計算：

對于頂部送風(fēng)、底部抽風(fēng)的噴漆室通風(fēng)量計算，其總的通風(fēng)量按下式計算：

式中 V——噴漆室總的通風(fēng)量（米3/小時）；

F——噴漆室操作的地坪面積（米2）；

u——垂直于地坪的空氣流速（米/秒）。

根據(jù)《涂裝作業(yè)安全規(guī)程噴漆室安全技術(shù)規(guī)定 GB14444-93》中規(guī)定室內(nèi)無人操作的大型噴漆室內(nèi)風(fēng)速控制在0.25-0.38m/s，設(shè)底、面漆噴漆室空氣流速為0.25m/s，噴漆室內(nèi)腔尺寸：8m（長）×7m（寬），則總送排風(fēng)風(fēng)量為50400m3/小時。

（2）烘干室送排風(fēng)風(fēng)量確定

本烘干室采用紅外加熱器輻射加熱，其自身需要有一定的風(fēng)量來進(jìn)行冷卻，所需風(fēng)量為350～400米3/（小時·只），其總送風(fēng)風(fēng)量V=（350～400）n，其中n為紅外加熱器的數(shù)量。本涂裝線中低/面漆烘干室各采用28只紅外加熱器，需向烘干室送風(fēng)9800～11200米3/小時。

（3）強(qiáng)冷室送排風(fēng)風(fēng)量計算：

強(qiáng)冷室的通風(fēng)量按下式計算：

表一

式中 V——強(qiáng)冷室總的通風(fēng)量（米3/小時）；

Q——強(qiáng)冷室需要帶走的熱量（千卡/小時）；

ρ——空氣的密度（公斤/米3）；

c——空氣的比熱（千卡/公斤·℃）；

ΔT——送排風(fēng)的溫度差（℃）。

考慮工件溫度從70℃降到20℃，需要帶走的熱量約為15.5萬大卡/小時， ΔT取15℃，強(qiáng)冷室總送排風(fēng)風(fēng)量為33300米3/小時。

（4）有機(jī)廢氣最小排風(fēng)風(fēng)量確定

根據(jù)工件參數(shù)以及所使用的油漆參數(shù)，計算各工位有機(jī)溶劑的揮發(fā)量，從而確定各工位在安全狀態(tài)下的排風(fēng)風(fēng)量，其參數(shù)及計算結(jié)果見表一：

2.3 通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計

在傳統(tǒng)的涂裝生產(chǎn)線中，噴漆、流平室往往采用車間外直接取風(fēng)和車間外排風(fēng)，因此，在黃河以北地區(qū)，冬季取風(fēng)往往需要加熱25度左右，需要消耗大量的能源，而大風(fēng)量低濃度的有機(jī)廢氣排放，往往采用活性炭吸附脫附裝置進(jìn)行處理，設(shè)備投資大，運行成本高。而烘干室加熱一般采用天然氣加熱，循環(huán)熱風(fēng)對工件進(jìn)行烘干，其熱能利用率較低。而在前幾個工位消耗大量熱量的同時，強(qiáng)冷室又排放出大量的熱風(fēng)。

本通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計思路：

（1）為了減少有機(jī)廢氣的排放量，可以考慮噴漆室內(nèi)排出的空氣部分進(jìn)入循環(huán)使用，同時確保噴漆室內(nèi)的有機(jī)廢氣濃度低于其爆炸下限的25%；同時，應(yīng)油漆的工藝要求，噴漆室的送風(fēng)溫度要求大于15℃，為節(jié)省能源，噴漆室的冬季取風(fēng)可采用強(qiáng)冷室的排風(fēng)。

（2）流平室的溫度要求控制在20-40℃之間，因此考慮采用一套獨立的送排風(fēng)循環(huán)加熱系統(tǒng)，其中部分氣體排出室體，保證流平室內(nèi)的有機(jī)廢氣濃度低于其爆炸下限的25%；補(bǔ)充新風(fēng)從強(qiáng)冷室排風(fēng)管取風(fēng)，可減少新風(fēng)的加熱量。

（3）噴漆室、流平室排出的有機(jī)廢氣送入烘干室內(nèi)，作為烘干室的紅外輻射加熱器的冷卻用取風(fēng)，通過加熱器對有機(jī)氣體的分解凈化功能，減少有機(jī)廢氣的排放量。

系統(tǒng)調(diào)節(jié)控制的關(guān)鍵點：

（1）各循環(huán)送排風(fēng)裝置的風(fēng)機(jī)采用變頻控制，有利于調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的風(fēng)量平衡。

（2）采用比例式電動定風(fēng)量調(diào)節(jié)閥，對關(guān)鍵管路中的風(fēng)量實行定量控制。

（3）保留噴漆、流平室的循環(huán)送排風(fēng)裝置中的熱水加熱段，作為系統(tǒng)中的輔助加熱系統(tǒng)。

（4）在噴漆室頂部設(shè)一緊急出風(fēng)口，在測得噴漆或流平室內(nèi)有機(jī)溶劑濃度超標(biāo)時，對室內(nèi)的氣體進(jìn)行更換。

通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計前后能耗比較：

（1）優(yōu)化設(shè)計前，噴漆室采用車間外直接取風(fēng)和排風(fēng)，以冬季加熱25度計算，51000立方米的風(fēng)量每小時需要的加熱量為40萬大卡，優(yōu)化設(shè)計后，采用循環(huán)風(fēng)并且由強(qiáng)冷室的排風(fēng)作為補(bǔ)充新風(fēng)，冬季需要的加熱量幾乎為零；

（2）優(yōu)化設(shè)計前，流平室采用循環(huán)加熱，并且補(bǔ)充車間外新風(fēng)，優(yōu)化設(shè)計后，采用強(qiáng)冷室排風(fēng)作為新風(fēng)補(bǔ)充，以補(bǔ)充新風(fēng)比車間外新風(fēng)平均高25度計算，每小時節(jié)省的加熱量為1.2萬大卡/小時；

（3）優(yōu)化設(shè)計前，烘干室采用車間外新風(fēng)作為加熱器冷卻用新風(fēng)，優(yōu)化設(shè)計后，烘干室采用噴漆和流平室的排風(fēng)作為補(bǔ)充新風(fēng)，以冬季高出25度計算，每小時節(jié)省熱量8.1萬大卡/小時；

（4）優(yōu)化設(shè)計前，噴漆流平室的有機(jī)廢氣采用吸脫附裝置，且風(fēng)量為52500立方米/小時，優(yōu)化設(shè)計后，廢氣處理量為10500立方米/小時，且由烘干室內(nèi)的紅外加熱器進(jìn)行處理。每小時至少能節(jié)省電能45kW。

結(jié)論：

充分了解涂裝線中的各工位的送排風(fēng)特點，對其進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計和合理利用，對節(jié)約能源，降低生產(chǎn)成本，減少對環(huán)境的污染有著重要意義。