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

        2019-03-05 03:06:34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(guó)聯(lián)合工程有限公司浙江杭州310000
        中國(guó)房地產(chǎn)業(yè) 2019年3期

        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(guó)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(guò)程成會(huì)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(shí),有可能引起火災(zāi)和爆炸危險(xiǎn)。在無(wú)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(guó)內(nèi)涂裝生產(chǎn)線多為各工位獨(dú)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(diǎn)

        噴漆室排放的有機(jī)廢氣,由于其風(fēng)量大,濃度低的特點(diǎn),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(yùn)行維護(hù)成本高等特點(diǎn)。烘干室的排風(fēng)屬于小風(fēng)量、高濃度的有機(jī)廢氣,針對(duì)其特點(diǎn),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(shí)排放到大氣中的熱量巨大。對(duì)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(gè)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(jì),盡量減少有機(jī)廢氣的排放量,減少能源消耗,對(duì)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(jì)

        本文針對(duì)專用車等零部件的涂裝生產(chǎn)線通風(fēng)系統(tǒng)的特點(diǎn),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(jì)方法。

        2.1 涂裝生產(chǎn)線設(shè)備介紹

        涂裝線設(shè)計(jì)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(shí)/天),按每天生產(chǎn)150件計(jì)算;

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

        (5) 動(dòng)力條件:

        電源:三相四線制,AC380V,網(wǎng)絡(luò)電壓波動(dòng)±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(dòng)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(duì)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(jì)算:

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

        式中 V——噴漆室總的通風(fēng)量(米3/小時(shí));

        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(wú)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(zhǎng))×7m(寬),則總送排風(fēng)風(fēng)量為50400m3/小時(shí)。

        (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(lái)進(jìn)行冷卻,所需風(fēng)量為350~400米3/(小時(shí)·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(shí)。

        (3)強(qiáng)冷室送排風(fēng)風(fēng)量計(jì)算:

        強(qiáng)冷室的通風(fēng)量按下式計(jì)算:

        表一

        式中 V——強(qiáng)冷室總的通風(fēng)量(米3/小時(shí));

        Q——強(qiáng)冷室需要帶走的熱量(千卡/小時(shí));

        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(wàn)大卡/小時(shí), ΔT取15℃,強(qiáng)冷室總送排風(fēng)風(fēng)量為33300米3/小時(shí)。

        (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(jì)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(jì)算結(jié)果見表一:

        2.3 通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

        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(yùn)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(duì)工件進(jìn)行烘干,其熱能利用率較低。而在前幾個(gè)工位消耗大量熱量的同時(shí),強(qiáng)冷室又排放出大量的熱風(fēng)。

        本通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(shí)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(shí),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(dú)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(guò)加熱器對(duì)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(diǎn):

        (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(dòng)定風(fēng)量調(diào)節(jié)閥,對(duì)關(guān)鍵管路中的風(fēng)量實(shí)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(cè)得噴漆或流平室內(nèi)有機(jī)溶劑濃度超標(biāo)時(shí),對(duì)室內(nèi)的氣體進(jìn)行更換。

        通風(fēng)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)前后能耗比較:

        (1)優(yōu)化設(shè)計(jì)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(jì)算,51000立方米的風(fēng)量每小時(shí)需要的加熱量為40萬(wàn)大卡,優(yōu)化設(shè)計(jì)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(jì)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(jì)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(jì)算,每小時(shí)節(jié)省的加熱量為1.2萬(wàn)大卡/小時(shí);

        (3)優(yōu)化設(shè)計(jì)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(jì)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(jì)算,每小時(shí)節(jié)省熱量8.1萬(wàn)大卡/小時(shí);

        (4)優(yōu)化設(shè)計(jì)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(shí),優(yōu)化設(shè)計(jì)后,廢氣處理量為10500立方米/小時(shí),且由烘干室內(nèi)的紅外加熱器進(jìn)行處理。每小時(shí)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(diǎn),對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)和合理利用,對(duì)節(jié)約能源,降低生產(chǎn)成本,減少對(duì)環(huán)境的污染有著重要意義。

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