淺談客車涂裝打磨室粉塵收集系統(tǒng)設(shè)計

顧九如，高艷賓 （南京金龍客車制造有限公司，江蘇南京 211215）

0 引言

公司涂裝車間現(xiàn)有在用打磨室6臺，打磨作業(yè)時打磨粉塵飛散、灰塵聚集在室內(nèi)無法有效排出，導(dǎo)致工作人員無法操作，只能敞開門作業(yè)；粉塵不僅對車間環(huán)境造成污染，影響油漆外觀質(zhì)量，還會危害到員工身體健康，并存在一定安全隱患，亟待解決。通過對現(xiàn)用設(shè)備的排查、試驗，分析現(xiàn)存主要問題如下：

（1） 排風(fēng)道設(shè)計不合理，室內(nèi)排風(fēng)不均勻；

（2） 排風(fēng)機(jī)風(fēng)量、壓力不足，在原設(shè)計基礎(chǔ)上，后增加除塵裝置，使排風(fēng)阻力過大，原風(fēng)機(jī)風(fēng)壓更加達(dá)不到使用要求，導(dǎo)致排風(fēng)量過小，除靠末端排風(fēng)口范圍檢測到風(fēng)速，其余大部分位置檢測不到風(fēng)速；且排風(fēng)過濾嚴(yán)重堵塞；

（3） 進(jìn)風(fēng)過濾面積不夠，設(shè)計不合理；且進(jìn)風(fēng)過濾嚴(yán)重堵塞。

因此，急需進(jìn)行打磨室送排風(fēng)改造。

1 打磨室送排風(fēng)結(jié)構(gòu)原理

1.1 打磨粉塵來源

客車廠的主要產(chǎn)品為客車，蒙皮電泳后需要刮涂原子灰，刮完后需要打磨，打磨過程中會產(chǎn)生大量粉塵；并且中涂之后，同樣需要打磨，產(chǎn)生的打磨粉塵也非常多。

1.2 打磨室粉塵收集方式

目前主流的客車廠通常采用3種粉塵收集系統(tǒng)：第1種為打磨室體整體進(jìn)行送排風(fēng)，排風(fēng)端設(shè)立集塵系統(tǒng)，除塵效率為99 %；第2種為源頭除塵，在打磨工具上把打磨產(chǎn)生的粉塵抽吸干凈，源頭抽排的效率可以達(dá)到90 %以上；第3種為前兩種方案結(jié)合使用，在使用效果及節(jié)能方面具有顯著優(yōu)勢。

2 打磨室整體送排風(fēng)除塵系統(tǒng)設(shè)計

2.1 送風(fēng)系統(tǒng)［1］

送風(fēng)系統(tǒng)是對室體引入干凈空氣，配合排風(fēng)形成室體內(nèi)自上而下的氣流，保證室體形成穩(wěn)定的風(fēng)向，從而提升打磨室除塵的穩(wěn)定性，提升除塵效果。

送風(fēng)系統(tǒng)由送風(fēng)機(jī)組和通風(fēng)管路等組成。送風(fēng)機(jī)組分為新風(fēng)混合段、初效過濾段、中效過濾段、風(fēng)機(jī)裝箱段，消聲段、送風(fēng)段等，用于潔凈要求高的涂裝生產(chǎn)線。在涂層的裝飾性要求不高或投資不足時，可在打磨室體頂部設(shè)軸流風(fēng)流強(qiáng)制送風(fēng)，還可在室體側(cè)上部設(shè)通風(fēng)百頁，利用室體內(nèi)負(fù)壓強(qiáng)制氣流從百頁送風(fēng)等。送風(fēng)系統(tǒng)的選用需綜合考慮工藝技術(shù)水平、設(shè)備投入，場地條件等因素來權(quán)衡選擇。

送風(fēng)量一般根據(jù)截面風(fēng)速確定，通常風(fēng)速控制在0.3 m/s左右［2］，保證將打磨粉塵有效向排風(fēng)口壓送，風(fēng)量計算公式為：

式中，k為損失系數(shù)，取1.05~1；F為室體截面積，m2；V為室體截面風(fēng)速，m/s。

2.2 排風(fēng)集塵系統(tǒng)

排風(fēng)集塵系統(tǒng)一般由排風(fēng)風(fēng)道、集塵過濾系統(tǒng)、排風(fēng)機(jī)、排風(fēng)風(fēng)道組成，排風(fēng)風(fēng)道設(shè)置在室體平面下方，一般由室體基礎(chǔ)澆筑而成，風(fēng)道蓋板及過濾框架，可采用鋼結(jié)構(gòu)制成，方便施工及降低土建施工難度及投資。

集塵過濾系統(tǒng)一般設(shè)計在風(fēng)道側(cè)表面，大部分粉塵落入風(fēng)道底部，定期清理即可，小部分粉塵由過濾袋收集，有利于延長過濾袋的更換周期；風(fēng)道上表面設(shè)置格柵板，用于操作，引風(fēng)道可設(shè)置在風(fēng)道后方或者風(fēng)道中部。由于膩子粉塵具有一定的可燃性，排風(fēng)機(jī)目前一般采用離心式防爆風(fēng)機(jī)，風(fēng)量大，風(fēng)壓高，風(fēng)機(jī)應(yīng)設(shè)置風(fēng)機(jī)隔音室，采用巖棉夾芯板制成，使風(fēng)機(jī)運行噪音控制在85 dB以下，室體排風(fēng)管，根據(jù)風(fēng)量大小，選用合適的直徑，出口設(shè)置于廠房上方，進(jìn)行高空排放。

集塵系統(tǒng)為打磨室的核心部件之一，其處理效果直接影響粉塵的收集效果，是能否滿足環(huán)保要求的關(guān)鍵部件，其功能是收集處在室體空氣中的粉塵顆粒物，應(yīng)根據(jù)粉塵類型、粉塵顆粒直徑，工藝指標(biāo)要求選擇合適的過濾等級，一般膩子粉塵可選用F6級及以下等級的過濾袋，過濾袋比過濾板有更大的過濾面積，從而實現(xiàn)更大的集塵量，延長更換周期，降低使用成本，在粉塵量較大及預(yù)算充足的情況下，可選用帶自動反吹功能的除塵器。

打磨室為防止粉塵外溢到車間，導(dǎo)致漆面顆粒物，一般設(shè)置為排風(fēng)量略大于送風(fēng)量。

3 打磨室源頭除塵系統(tǒng)設(shè)計

高負(fù)壓源頭除塵吸塵效果的好壞和系統(tǒng)設(shè)計有直接的關(guān)系。

3.1 高負(fù)壓源頭除塵系統(tǒng)的工作原理

高負(fù)壓源頭除塵系統(tǒng)主要由4個部分組成：高負(fù)壓主機(jī)、管路系統(tǒng)、打磨工具及附屬設(shè)施。其工作原理見圖1。

圖1 高負(fù)壓源頭除塵系統(tǒng)的工作原理Figure 1 Working principle of high negative pressure source dust removal system

3.2 吸塵效果與砂紙之間的關(guān)系

砂紙孔數(shù)越多，吸塵效果越好，其中網(wǎng)砂（圖2）吸塵效果最好，打磨出來的漆面也會比較均勻，價格也最高。

圖2 網(wǎng)砂及其微觀結(jié)構(gòu)Figure 2 Mesh sand and its microstructure

多孔砂紙（圖3）的吸塵效果比網(wǎng)砂略差，目前主流客車廠多數(shù)采用此種打磨砂紙。

圖3 多孔砂紙F(tuán)igure 3 Porous sandpaper

吸塵效果和打磨機(jī)的托盤也有很大關(guān)系，托盤上的孔越多，吸塵效果越好；托盤搭扣大，吸塵效果也越好。因為使用普通九孔砂紙時一般工人不會去對孔安裝，所以把托盤的搭扣做得大些，并且托盤上的孔做得多些，這樣對于增加通風(fēng)量來說是非常有好處的，通風(fēng)量增加了，吸塵效果就好。

3.3 吸塵效果和打磨工具之間的關(guān)系

吸塵效果和打磨工具之間也有很大的關(guān)系［3］，一般與打磨工具吸塵口設(shè)計的大小有關(guān)，打磨工具大致分為3種類型：不帶吸塵、自吸式、中央集塵式，中央集塵式打磨工具吸塵口設(shè)計得越大，吸塵效果越好。

3.4 防爆設(shè)計

由于原子灰的粉塵和中涂打磨漆面的粉塵均為有機(jī)粉塵，有一定的爆炸性，但危險性比較低，所以對于防爆設(shè)計為可選項，由于造價因素一般客車廠均不設(shè)計防爆系統(tǒng)。系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)配置為：

● 過濾器抗靜電濾芯；

● 過濾器防爆膜；

● 管道隔爆閥；

● 軟管抗靜電材質(zhì)，防止粉塵與管道之間摩擦產(chǎn)生靜電；

● 整個管網(wǎng)系統(tǒng)的接地及連接；

● 過濾器的接地連接；

● 主管道設(shè)計清灰閥門，及時清理管道積灰；

● 主機(jī)濾芯采用防靜電材料制成；

● 自動卸料系統(tǒng)，把過濾器內(nèi)部的灰塵間斷性地卸到外部過濾袋，減少過濾器內(nèi)部的粉塵量。

3.5 方案設(shè)計

3.5.1 打磨口布置及數(shù)量確認(rèn)

一般客車打磨室每個工位設(shè)置8個吸塵口［4］，便于員工操作，軟管不用設(shè)計太長；8個吸塵口在車身兩邊均勻布置，吸塵口采用手動翻板閥（圖4）。

圖4 手動翻板閥Figure 4 Manual flap valve

3.5.2 吸塵風(fēng)量設(shè)計

根據(jù)實際經(jīng)驗、試驗數(shù)據(jù)等及各客車廠使用情況，每個偏心打磨機(jī)需要的抽風(fēng)量為80 m3/h［5］，風(fēng)量根據(jù)同時工作的吸塵口數(shù)量計算，例如：6個打磨室、48個吸塵口不會同時工作，設(shè)計整個系統(tǒng)只有20個操作工人同時打磨，那么需要的風(fēng)量為：20×80 m3/h=1 600 m3/h。

3.5.3 主機(jī)及過濾器的選擇

主機(jī)采用高真空主機(jī)，配備羅茨風(fēng)機(jī)，配套變頻器用于節(jié)能，羅茨風(fēng)機(jī)具有高負(fù)壓、大風(fēng)量、低噪音的特點，非常適合集中除塵使用。

過濾器采用高負(fù)壓除塵器，對于直徑0.3 μm顆粒，過濾效率≥99.95 %，其功能如下：

（1） 進(jìn)風(fēng)口處帶有減速器及預(yù)分離器，用于分離粗大顆粒，防止高速行進(jìn)的粗大顆粒直接沖擊濾芯造成濾芯的損壞。

（2） 過濾器具有定時清灰及壓差清灰兩種相結(jié)合的清灰方式，可事先設(shè)定清灰間隔時間，過濾器運行到設(shè)定的時間間隔后自動清灰。但是各種使用環(huán)境下的粉塵量及使用度不同，時間間隔不好掌握，此時需要使用壓差清灰，當(dāng)過濾器濾芯內(nèi)外的壓力差達(dá)到設(shè)定極限值時，過濾器自動清灰，防止濾芯長時間過載使用造成過濾性能下降（濾芯過濾性能下降后不可恢復(fù)），壓縮空氣控制反吹閥門的開閉，程序自動控制實現(xiàn)濾芯的高效清灰。

圖5 濾芯清灰示意圖Figure 5 Schematic diagram of filter element cleaning

3.5.4 管網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計

為了避免管道積灰并且減少管道壓力損失，主管全部采用DN100-DN200的不銹鋼管，管道連接全部采用卡箍的連接方式，拆卸簡單方便，管箍連接的地方全部用導(dǎo)線連接，最后和廠房的結(jié)構(gòu)連接起來，防止粉塵和管道之間摩擦產(chǎn)生靜電。

主管道末端安裝氣動蝶閥，定時進(jìn)行反吹，防止管道積灰。管道清灰閥門定時采用系統(tǒng)本身的真空源，當(dāng)管道清灰閥門打開時，大量的空氣涌入，在管道內(nèi)產(chǎn)生高速氣流，把管道內(nèi)的灰塵清理到旋風(fēng)除塵器，閥門的開啟時間可在控制系統(tǒng)中調(diào)節(jié)。

3.5.5 自動卸料閥設(shè)計

除塵器上的自動卸料閥門采用插板閥閥門，該閥門結(jié)構(gòu)簡單，密封性好，經(jīng)久耐用。

灰桶和卸料閥的連接方式：灰桶和卸料閥之間采用伸縮式透明軟管（聚氨酯）連接，卸灰時不會出現(xiàn)二次揚(yáng)塵的情況。

3.5.6 系統(tǒng)功能

系統(tǒng)具有全自動的啟動、停止、保護(hù)、防爆等功能。主機(jī)控制系統(tǒng)為變頻器和PLC（可編程控制器）共同控制，當(dāng)有任一主機(jī)開始工作時，閥門開啟，并開啟主機(jī)，工作點越多，主機(jī)轉(zhuǎn)速越高，能耗越大，當(dāng)所有閥門都關(guān)閉時，主機(jī)延時關(guān)閉，延時時間可以調(diào)整。

主機(jī)同時有各種過載保護(hù)功能，包括電機(jī)過熱、主機(jī)過載、灰桶滿灰報警等功能。

3.6 使用效果

中央式吸塵系統(tǒng)，用于打磨吸塵用，吸塵效率在90 %以上，過濾后排放標(biāo)準(zhǔn)：過濾后的空氣，在風(fēng)機(jī)出口處的粉塵濃度在10 mg/m3以下［6］，滿足國家環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)。

4 結(jié)語

隨著人們環(huán)保意識的不斷增強(qiáng)，以及國家環(huán)保要求的日益嚴(yán)苛，員工職業(yè)健康及作業(yè)環(huán)境的要求不斷提高，針對高粉塵的打磨室，設(shè)置合理有效的送排風(fēng)及集塵系統(tǒng)勢在必行，需根據(jù)生產(chǎn)綱領(lǐng)、產(chǎn)品特性、投資大小、場地條件等綜合因素，合理進(jìn)行送排風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計與選型。