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        自行車涂裝生產(chǎn)線環(huán)保與節(jié)能設(shè)計

        2021-06-17 07:17:02戴吉柱
        電鍍與涂飾 2021年10期
        關(guān)鍵詞:漆霧死角水性

        戴吉柱

        (捷安特(中國)有限公司,江蘇 昆山 215300)

        捷安特(中國)有限公司的涂裝生產(chǎn)線于1994 年4 月建成并開始使用,當(dāng)時以逐步加大投資的方式形成了每棟廠房有2 條涂裝生產(chǎn)線、2 條裝配線的格局,已經(jīng)不符合現(xiàn)行的消防法規(guī)對混用車間涂裝面積比例的要求。同時國家對涂裝噴漆工藝排放廢氣處理方式的要求發(fā)生了很大的變化,高空排放與活性炭吸附等處理措施已經(jīng)不適應(yīng)當(dāng)前法規(guī)的要求。另外,20 多年的設(shè)備使用下來,故障率高,有些部件也不好更換。

        公司一貫大力推行綠色產(chǎn)品以及綠色出行的快樂騎行文化,主動承擔(dān)社會責(zé)任,在10 年前就著手研究綠色環(huán)保涂裝,先后研究導(dǎo)入粉末涂料、高固體分涂料、水性涂料,近些年更是加大了自行車用水性涂料及其靜電涂裝工藝的深入研究[1],于2014 年展開中試,建設(shè)了2 座旋碟噴房,以驗證水性底漆的各項性能與工藝參數(shù),經(jīng)過2 年的改進(jìn),積累了一定的水性涂料使用經(jīng)驗。

        基于以上幾點,公司決定對涂裝生產(chǎn)線進(jìn)行大范圍技改,設(shè)計全新的涂裝設(shè)備與工藝。

        1 確定設(shè)計原則

        老的涂裝線沒有送風(fēng)系統(tǒng),為自然進(jìn)風(fēng)、強制排風(fēng),雜質(zhì)成為涂裝不良的最大根源,敞開式的噴房也造成了夏天熱、冬天冷的惡劣作業(yè)環(huán)境,員工離職率高。一條“四噴五烤”涂裝線的排風(fēng)量達(dá)到15 萬m3/h左右,典型的大風(fēng)量、低濃度排放,為廢氣治理帶來很大困難。25 年的老設(shè)備,線路老化、設(shè)備銹蝕等帶來很多的不安定性,設(shè)備的控制還都是機械控制或者模擬控制,沒有辦法數(shù)字化。所有這些都是在這次技術(shù)改造中需要解決與改善的,希望新建成的涂裝生產(chǎn)線能夠在未來10 年的自行車行業(yè)中不落后,能符合未來法律法規(guī)的要求。經(jīng)過多輪研討,確定了總的設(shè)計原則:安全,品質(zhì)保證,節(jié)能,環(huán)保,人文與科技。

        由于自行車顏色特別多,常用顏色就有300 多個,無法一次性就全部轉(zhuǎn)換為水性涂料,只能一個一個逐漸油轉(zhuǎn)水過渡,因此整條線一開始要水油共用,3 年后全部轉(zhuǎn)為水性涂料。

        2 設(shè)計與驗證

        2.1 噴房攔截漆霧能力的提升

        之前的噴房采用水簾幕+特拉環(huán)過濾漆霧的方式,水簾幕底部開口大,只有水簾而沒有水霧與漆霧完全混合的過程,靠風(fēng)道的特拉環(huán)過濾,效果一般。計劃在尾端采取沸石轉(zhuǎn)輪對涂裝廢氣進(jìn)行處理。由于其昂貴,一旦堵塞,更換成本特高,因此必須提高沸石轉(zhuǎn)輪前端的漆霧攔截能力。采用鋸齒水幕板 +漩渦(渦卷)的方式,令漆霧與水霧充分混合而將漆霧洗下來,再用多道擋水板將吸附了水霧的大顆粒漆霧擋下來,漆霧捕捉效果較好,再輔以噴淋、特拉環(huán)過濾、棕網(wǎng)過濾、過濾棉過濾等方法,通過不同組合的對比,掌握不同工藝對漆霧攔截的貢獻(xiàn)。

        由于工廠沒有顆粒物測試儀精確測量過濾后顆粒物濃度并通過風(fēng)量計算排放速率,于是采取了不是特別精準(zhǔn)的測試方法,在試驗噴房排風(fēng)管尾端增加多道過濾棉,通過增重法計算其攔截量,粗略地確定不同攔截方法的攔截效果。測試時采用空氣噴槍直接對著噴房連續(xù)噴涂(沒有工件),對油漆固體分進(jìn)行測定,也對噴涂前后油漆用量做好記錄,風(fēng)管尾端過濾攔截后的質(zhì)量完全按照固體分計算,結(jié)果見表1。

        表1 不同漆霧捕捉方式的效率驗證Table 1 Verification of efficiencies of different paint fog capture methods

        通過驗證得知,在采用渦旋式水簾噴房的基礎(chǔ)上,可以通過增加噴淋、棕網(wǎng)過濾、三級過濾棉過濾,以及嚴(yán)格密封防漏等方法達(dá)到極高的漆霧攔截比例(99.9%以上),這為后續(xù)噴房設(shè)計與廢氣處理前道過濾提供了依據(jù)。

        2.2 水性涂料靜電噴涂設(shè)備

        水性涂料是這幾年政府重點推介的涂料,其以水作為稀釋劑,在涂料的導(dǎo)電性以及干燥過程中溶劑的揮發(fā)速率等方面與傳統(tǒng)的溶劑型涂料完全不同。特別是靜電噴涂,傳統(tǒng)油漆的噴涂設(shè)備在噴涂時靜電高壓達(dá)到90 kV,當(dāng)換成水性涂料噴涂時,由于漏電流大,直接超出保護(hù)電流而出現(xiàn)跳高壓,對整個噴涂系統(tǒng)(特別是涂料輸送管道)的絕緣提出了極高的要求,使用的安全性也成為新的課題。因此對靜電絕緣材料、放電距離、放電速度、擊穿空氣的安全距離等進(jìn)行了調(diào)查與驗證。

        按文獻(xiàn)[2]的推薦,采用交聯(lián)聚乙烯進(jìn)行絕緣,對旋碟高壓靜電釋放速度進(jìn)行測試:打開高壓10 min后關(guān)閉高壓,測馬達(dá)本體高電壓從關(guān)閉開始自然降為零的時間。高壓跳閘距離的測試方法為固定接地導(dǎo)體與旋碟的距離,慢慢往上打高壓,記錄高壓跳掉時的電壓。根據(jù)表3 與表4 的實驗結(jié)果,涂料輸送系統(tǒng)距離周邊接地體的安全距離設(shè)計應(yīng)為40 cm,涂料輸送系統(tǒng)包含放置涂料桶的絕緣臺、隔離涂料泵與電機的絕緣棒等。設(shè)計安全保護(hù)漏電流仍然為200 μA,同時設(shè)計單獨的涂料隔離間,并保證通風(fēng)順暢,涂料隔離間的門與設(shè)備聯(lián)動,靜電噴涂時打開門則高壓自動跳閘。

        表2 聚乙烯、聚氯乙烯和交聯(lián)聚乙烯電性能比較[2]Table 2 Comparison of electrical properties among polyethylene,polyvinyl chloride,and cross-linked polyethylene [2]

        表3 高壓靜電釋放速度測試結(jié)果Table 3 Test result of high-voltage electrostatic release rate

        表4 高壓跳閘距離測試結(jié)果Table 4 Test result of high-voltage tripping distance

        2.3 節(jié)能設(shè)計

        參考文獻(xiàn)[3]介紹的汽車涂裝新的節(jié)能減排工藝技術(shù),冬天針對烤爐外排的廢氣余熱利用,采取兩種方式:一種是烤爐余熱通過熱交換器與新鮮風(fēng)進(jìn)行熱交換,給新鮮風(fēng)加熱;另一種是烤爐熱氣先加熱水溫,再通過熱水與新鮮風(fēng)進(jìn)行熱交換。這兩種方式都可以減少冬天中央空調(diào)的制熱量。

        夏天,關(guān)閉余熱利用系統(tǒng),新鮮風(fēng)送風(fēng)箱第一道采用噴淋或濕簾的方式,通過水分蒸發(fā)吸熱,對送到車間的新鮮風(fēng)進(jìn)行降溫。

        通過精確計算,對水泵、風(fēng)機、輸送鏈等電機功率作合理降低,一噴一烤單繞線由之前老線設(shè)計的總功率76.2 kW 下降到53.35 kW,下降比例達(dá)30%。

        設(shè)計中央空調(diào)蓄水池,利用0∶00 至8∶00 時段的低谷電價[0.32 元/(kW·h)],令中央空調(diào)在夜間蓄能,代替白天8∶00~ 12∶00 以及17∶00~ 21∶00 的高峰用電[電價1.10 元/(kW·h)],在用電量基本不變的基礎(chǔ)上節(jié)省70%的電費。

        廢氣處理設(shè)備采用蓄熱式焚燒爐(RTO),以天然氣燃燒加熱而不是電加熱,并將燃燒后的熱風(fēng)用于脫附(不單獨用電加熱或天然氣燃燒加熱)。

        2.4 環(huán)保減排

        四噴五烤的工藝流程為:車架上線→前補正(死角補正底漆)→靜電噴涂(底漆)→后補正(死角補正底漆)→流平→烘烤(115 °C × 20 min)→冷卻→前補(死角補正中涂漆)→靜電噴涂(中涂漆)→后補(死角補正中涂漆)→流平→烘烤(115 °C × 20 min)→冷卻→前補(死角補正面漆)→靜電噴涂(面漆)→后補(死角補正面漆)→流平→烘烤(115 °C × 20 min)→冷卻→貼標(biāo)→前補(死角補清漆)→靜電噴涂(清漆)→后補正(死角補清漆)→流平→烘烤(125 °C × 20 min)→冷卻→檢查下線。

        通過對之前噴房風(fēng)量與排放濃度、排放速率的第三方檢測(見表5),單個組面涂的風(fēng)量為35 940 m3/h,平均排放濃度237 mg/m3。由于一條線底、中、面、清漆噴房的設(shè)計一樣,4 座噴房的風(fēng)量按照面涂風(fēng)量的4 倍計算,加上修補噴房的風(fēng)量,一條線合計風(fēng)量15 萬m3/h 左右,7 條線的總風(fēng)量為105 萬m3/h 左右。

        表5 面涂的廢氣排放檢測結(jié)果Table 5 Inspection result of waste gas discharged from topcoat spraying

        從表5 可以看出,前、后補正的排放濃度極低,只有靜電噴房的4%左右,已經(jīng)在排放標(biāo)準(zhǔn)之內(nèi),這種廢氣處理能耗大、效率低。設(shè)計循環(huán)風(fēng)利用時,將前后補正的外排風(fēng)通過過濾達(dá)到要求后循環(huán)利用于無人區(qū)域(如靜電室、流平室、前后補正的工件后邊的無人區(qū)域),減少排放風(fēng)量50%,提升排放濃度到476 mg/m3左右。通過該設(shè)計減少了廢氣處理設(shè)備的投入50%,同時提升了后續(xù)沸石轉(zhuǎn)輪的廢氣處理效率,降低了RTO 運行時天然氣的用量,年節(jié)省運行費用約100 萬元。

        3 結(jié)語

        自行車涂裝線的設(shè)計采用渦卷式噴房,通過循環(huán)風(fēng)濃縮、過濾器過濾等措施可以減少廢氣中VOC(揮發(fā)性有機化合物)及顆粒物的排放,提高“沸石轉(zhuǎn)輪+RTO”處理涂裝廢氣的效率。水性涂料的靜電噴涂可以通過旋碟及機器人旋杯高電壓絕緣系統(tǒng)的控制來保證,通過鏈條、吊具、轉(zhuǎn)向機構(gòu)等的合理設(shè)計能夠保證機器人噴涂仍然采取傳統(tǒng)的懸掛工件方式,而不必改用地軌。通過降低設(shè)備功率、利用余熱、借助水分揮發(fā)吸熱、錯峰蓄能等節(jié)能設(shè)計,可以大大降低設(shè)備運行能耗以及碳排放。

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