張亞西，劉 上

(海油工程運(yùn)營(yíng)中心，天津 300452)

為落實(shí)中央和國(guó)家節(jié)能減排戰(zhàn)略決策，工信部、科技部、財(cái)政部等三部委遴選確定了國(guó)家第一批節(jié)能減排先進(jìn)適用技術(shù)，其中“船舶及海工涂裝車間燃?xì)廨椛浼訜峒夹g(shù)”確定為我國(guó)船舶海工涂裝生產(chǎn)工藝中一項(xiàng)國(guó)家推廣的先進(jìn)適用技術(shù)[1]。該技術(shù)于2010年由中船重工集團(tuán)研發(fā)成功，被國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局授予實(shí)用新型專利，并已應(yīng)用于青島北海船舶重工公司等單位。根據(jù)實(shí)踐單位的測(cè)量數(shù)據(jù)，與傳統(tǒng)熱風(fēng)對(duì)流加熱方式相比，該技術(shù)具有快速升溫縮短余熱時(shí)間等技術(shù)優(yōu)點(diǎn)，可提升涂裝生產(chǎn)效率40%～60%，實(shí)現(xiàn)節(jié)能率約50%。該項(xiàng)技術(shù)節(jié)能減排、涂裝效率提升和節(jié)約成本效果明顯[2-3]。

從節(jié)能減排、綠色發(fā)展的理念出發(fā)，結(jié)合海洋工程裝備建造涂裝工藝的特點(diǎn)和要求，經(jīng)過(guò)對(duì)該項(xiàng)技術(shù)的安全性、可靠性、對(duì)人體健康的影響、對(duì)涂裝質(zhì)量影響等方面進(jìn)行論證，結(jié)合該技術(shù)實(shí)際應(yīng)用的案例，認(rèn)為該技術(shù)可以應(yīng)用于海洋工程裝備工件涂裝加熱環(huán)節(jié)。

1 海工裝備建造涂裝工藝特殊性

海工涂裝車間內(nèi)的涂裝生產(chǎn)工藝加熱，不同于一般機(jī)電生產(chǎn)車間的生產(chǎn)采暖，其特殊性體現(xiàn)在三個(gè)方面：1.加熱能力，須把體積45 m×40 m×8 m(長(zhǎng)×寬×高)、質(zhì)量480 t、冬季溫度-20 ℃的冷鋼鐵海工工件加熱到+20 ℃左右，以達(dá)到高效優(yōu)質(zhì)的涂裝工藝要求；2.加熱方式，須符合國(guó)家防火消防安全標(biāo)準(zhǔn)要求并獲得書面批準(zhǔn)；3.加熱效率，須在涂裝車間4～12次/h通風(fēng)換氣的條件下保持高效節(jié)能。

任何傳統(tǒng)的熱風(fēng)對(duì)流加熱方式以及一般的燃?xì)廨椛浼訜嵫b置，都不能同時(shí)滿足上述三個(gè)條件。目前，國(guó)家工信部等三部委及國(guó)家消防安全標(biāo)準(zhǔn)部門確認(rèn)批準(zhǔn)的、能夠同時(shí)滿足海工涂裝車間生產(chǎn)工藝加熱上述三個(gè)特殊性條件的，只有涂裝車間燃?xì)廨椛浼訜峒夹g(shù)。

2 燃?xì)廨椛浼訜峒夹g(shù)

2.1 燃?xì)廨椛浼訜峒夹g(shù)原理

自然界熱傳遞的方式只有三種，熱傳導(dǎo)、熱對(duì)流、熱輻射。涂裝車間燃?xì)廨椛浼訜峒夹g(shù)原理是熱輻射理論。輻射是物質(zhì)保持其原有化學(xué)性質(zhì)基礎(chǔ)上而發(fā)生電磁能量釋放，熱輻射是宇宙熱能量傳播的基本方式。熱輻射不是放射，對(duì)人體是安全的。電磁波的波長(zhǎng)范圍，從幾納米到幾千米，包括：宇宙射線、X 射線、紫外線(波長(zhǎng)小于紫光波長(zhǎng)0.38 μm以下)、可見光(0.38～0.76 μm)、紅外線(波長(zhǎng)大于紅光波長(zhǎng)0.76～1 000 μm以上)，以及微波、無(wú)線電波(雷達(dá)波、視頻波、廣播波)。人類利用不同波長(zhǎng)的電磁波效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)不同的服務(wù)目的，如圖1所示。

圖1 燃?xì)廨椛浼訜峒夹g(shù)熱輻射波段示意圖

燃?xì)廨椛浼訜嵯到y(tǒng)是一種低強(qiáng)度電磁波(波長(zhǎng)1～20 μm)輻射加熱系統(tǒng)，將燃?xì)鈨?nèi)含熱能，通過(guò)熱能發(fā)生、輻射、反射裝置，轉(zhuǎn)換為輻射熱能；通過(guò)熱輻射直接對(duì)分段加熱，使分段首先接收熱能之后，通過(guò)熱傳導(dǎo)使分段溫度達(dá)到均衡，有效滿足分段涂裝工藝的溫度要求；并因其與環(huán)境溫度的差異，釋放儲(chǔ)熱量，通過(guò)熱對(duì)流，使整個(gè)涂裝車間環(huán)境溫度加熱。其特點(diǎn)是快速升溫、均衡加熱、縮短干燥固化時(shí)間、提高涂裝生產(chǎn)效率。可實(shí)現(xiàn)節(jié)能、減排目的，顯著提高涂裝生產(chǎn)效率。加熱升溫時(shí)間為0.5 h。

燃?xì)廨椛浼訜峒夹g(shù)把一次能源(天然氣、液化氣等)轉(zhuǎn)換輻射熱能，而且只產(chǎn)生波長(zhǎng)為2～20 μm的熱射線(即一種特定波長(zhǎng)的電磁波)。這一段波長(zhǎng)的熱射線，既能有效地提供熱輻射能，又避免了產(chǎn)生可見光的能源浪費(fèi)及紫外線傷害，又避免了0.76～2 μm波段高溫引起火災(zāi)及爆炸的危險(xiǎn)性。同時(shí)，輻射熱發(fā)射源(即輻射管集成)溫度≤400 ℃，物理表觀是輻射管“不發(fā)紅”，物理接觸溫度尚不至于“引燃”油漆，消除了安全隱患。

2.2 燃?xì)廨椛浼訜峒夹g(shù)與傳統(tǒng)熱風(fēng)加熱方式對(duì)比

燃?xì)廨椛浼訜峒夹g(shù)加熱原理，決定了其應(yīng)用對(duì)于海工涂裝加熱工藝的技術(shù)特性，與傳統(tǒng)熱風(fēng)加熱方式相比，對(duì)涂裝工藝具有其獨(dú)特的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)。

(1)熱量損失少，升溫快。傳統(tǒng)熱風(fēng)加熱需要7個(gè)環(huán)節(jié)，才能讓工件受熱，而輻射加熱只需要兩個(gè)環(huán)節(jié)，減少傳遞環(huán)節(jié)熱能損耗，提高加熱升溫速度。

(2)消除涂裝生產(chǎn)微塵污染隱患。燃?xì)廨椛浼訜峒夹g(shù)傳熱方式是輻射，避免了傳統(tǒng)的熱風(fēng)加熱而導(dǎo)致的微塵吹拂，從而從加熱工藝的技術(shù)上，根本性地避免了海工涂裝加熱可能造成的微塵污染。

(3)避免涂裝橘皮現(xiàn)象。傳統(tǒng)熱風(fēng)加熱為了提高溫度須加大風(fēng)流，有時(shí)則可能導(dǎo)致海工工件漆面被熱氣流造成吹紋起皺，甚至橘皮。燃?xì)廨椛浼訜峒夹g(shù)的輻射加熱可避免這種質(zhì)量隱患。

(4)提高涂裝潤(rùn)澤感觀。對(duì)比熱風(fēng)吹干的漆膜表面， 燃?xì)廨椛浼訜峒夹g(shù)加熱傳熱過(guò)程中不會(huì)產(chǎn)生氣流，可以使海工工件涂裝表面更加明亮、潤(rùn)澤，提高涂裝表面品質(zhì)感觀。

(5)加熱效率高。由于熱空氣向上漂、冷空氣向下沉，傳統(tǒng)的熱風(fēng)對(duì)流加熱方式，熱能集中在屋頂，車間下部涂裝作業(yè)的工件缺少熱量輸入，且傳熱速率低，影響生產(chǎn)效率。燃?xì)廨椛浼訜峒夹g(shù)的輻射熱能不加熱空氣，直接把熱能傳遞給工件及地面，當(dāng)工件和地面受熱后溫度升至高于環(huán)境溫度的情況下，再向環(huán)境空氣中散發(fā)熱量，整個(gè)涂裝車間可形成一個(gè)上下基本均衡的溫度體系，加熱效率大幅度提升。

2.3 燃?xì)廨椛浼訜峒夹g(shù)流程

涂裝車間燃?xì)廨椛浼訜峒夹g(shù)的范圍包括天津海工基地4個(gè)涂裝車間加熱、涂漆、指干和室內(nèi)固化生產(chǎn)過(guò)程中的加熱工藝。

涂裝車間燃?xì)廨椛浼訜峒夹g(shù)加熱系統(tǒng)運(yùn)行流程如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)加熱運(yùn)行流程

3 燃?xì)廨椛浼訜峒夹g(shù)實(shí)踐案例分析

3.1 青島北海船廠涂裝車間燃?xì)廨椛浼訜嵯到y(tǒng)

青島北海船廠是燃?xì)廨椛浼訜峒夹g(shù)的研發(fā)單位之一，于2008年起應(yīng)用燃?xì)廨椛浼訜峒夹g(shù)起先后新建、改造了工廠全部14個(gè)船舶涂裝車間。經(jīng)過(guò)十多年的平穩(wěn)運(yùn)行，證明燃?xì)廨椛浼訜峒夹g(shù)是安全、可靠的，對(duì)人體健康和涂裝質(zhì)量是沒(méi)有負(fù)面影響的，其節(jié)能減排效果是顯著的(節(jié)能率達(dá)63.7%)。

3.2 天津海洋工程裝備制造基地項(xiàng)目

在建的天津海工基地采用了燃?xì)廨椛浼訜峒夹g(shù)，考慮到實(shí)際工藝要求，其采用了“燃?xì)廨椛浼訜嵯到y(tǒng)+燃?xì)鉄犸L(fēng)加熱系統(tǒng)”方式，預(yù)計(jì)其節(jié)能減排效果和經(jīng)濟(jì)效益明顯。

1)節(jié)能減排效果分析

天津海工基地共計(jì)4間噴漆間，尺寸分別為46 m×48 m二間，凈空高度13.0 m；39 m×48 m二間，凈空高度10.0 m。假設(shè)室外溫度-9 ℃，涂裝需要溫度約20 ℃，冬季按120天計(jì)算。

(1)“燃?xì)廨椛浼訜嵯到y(tǒng)+燃?xì)鉄犸L(fēng)加熱系統(tǒng)”方案，計(jì)算考慮分段加熱0.5 h(燃?xì)廨椛浼訜嵯到y(tǒng))，噴漆4 h(燃?xì)鉄犸L(fēng)加熱系統(tǒng))，固化11 h(燃?xì)廨椛浼訜嵯到y(tǒng))。經(jīng)計(jì)算，0.5 h加熱(燃?xì)廨椛浼訜嵯到y(tǒng))燃?xì)夂牧考s為355 m3，4 h噴漆作業(yè)(燃?xì)鉄犸L(fēng)加熱系統(tǒng))燃?xì)夂牧考s為1 657 m3，11 h固化作業(yè)(燃?xì)廨椛浼訜嵯到y(tǒng))燃?xì)夂牧考s為1 420 m3，總計(jì)每天燃?xì)夂牧考s為3 432 m3，則年耗量約3 432×120=411 840 m3。

(2)只采用燃?xì)鉄犸L(fēng)加熱方案，計(jì)算考慮分段加熱2 h，噴漆、固化14 h。經(jīng)計(jì)算，2 h加熱燃?xì)夂牧考s為1 396 m3，14 h噴漆、固化燃?xì)夂牧考s為5 863 m3,總計(jì)每天燃?xì)夂牧考s為7 259 m3，則年耗量約7 259×120=871 080 m3。

綜上所述：相比傳統(tǒng)熱風(fēng)對(duì)流加熱方案，“燃?xì)廨椛浼訜嵯到y(tǒng)+燃?xì)鉄犸L(fēng)加熱系統(tǒng)”方案，理論上比采用燃?xì)鉄犸L(fēng)加熱方案年節(jié)省燃?xì)?71 080-411 840=459 240 m3，節(jié)能率為53%，減排CO21 450 t。

2)經(jīng)濟(jì)效益分析

按照上述節(jié)能預(yù)測(cè)，按天津工業(yè)天然氣3.25元/m3計(jì)算，可節(jié)約企業(yè)生產(chǎn)成本149.3萬(wàn)元/年?！叭?xì)廨椛浼訜嵯到y(tǒng)+燃?xì)鉄犸L(fēng)加熱系統(tǒng)”方案中燃?xì)廨椛浼訜嵯到y(tǒng)投資為950萬(wàn)。經(jīng)計(jì)算，則燃?xì)廨椛浼訜嵯到y(tǒng)投資回收期約為6.4年。

4 結(jié) 論

綠色發(fā)展是國(guó)家“十三五”五大發(fā)展理念之一，節(jié)能增效是企業(yè)降低成本、提高核心競(jìng)爭(zhēng)力的有效手段。天津海工基地采用國(guó)家遴選推廣的涂裝車間燃?xì)廨椛浼訜峒夹g(shù)，即可以為企業(yè)節(jié)約生產(chǎn)成本，又可以取得明顯的減排效果，降低和控制空氣污染。天津海工基地應(yīng)用該技術(shù)具有顯著的企業(yè)效益和的社會(huì)效益。