柳 志，吳海宏，李世增，黎卓豪

(廣東水電二局股份有限公司，廣州 511340)

1 概述

近年來(lái)，熔結(jié)環(huán)氧粉末噴涂工藝應(yīng)用在1 m左右石油管道上較多，鋼管加熱到指定溫度后，應(yīng)對(duì)粉末進(jìn)行靜電噴涂，但粉末噴涂過(guò)程中普遍忽視了逸散到空氣中的環(huán)氧粉末顆粒，若應(yīng)用在超大直徑鋼管上，粉末逸散現(xiàn)象會(huì)更嚴(yán)重，涂層質(zhì)量得不到控制，對(duì)環(huán)境和工作人員都會(huì)造成污染和傷害，同時(shí)無(wú)形之中增加了生產(chǎn)成本。為了解決粉末逸散不能得到充分利用，業(yè)界研發(fā)了多旋風(fēng)粉末回收系統(tǒng)，將其飄浮在空氣中的粉末微塵或未被利用的粉末吸入到分離系統(tǒng)中使之分離，起到了粉末回再使用的作用。

依托于珠江三角洲水資源配置工程項(xiàng)目，在隧洞內(nèi)安裝大直徑壓力鋼管，要求鋼管做內(nèi)外防腐，內(nèi)防腐采用一種中頻感應(yīng)加熱熔融結(jié)合環(huán)氧粉末噴涂工藝，除解決粉末回收問(wèn)題還需保證粉末的上粉率以及涂層厚度的控制，傳統(tǒng)的旋風(fēng)粉末回收，粉末吸收風(fēng)口太接近工件，由于抽風(fēng)的緣故，往往導(dǎo)致工件上粉率不高，粉末消耗過(guò)大，反之風(fēng)口開(kāi)得過(guò)小，則不易使噴涂時(shí)內(nèi)逸散粉末及時(shí)抽出，為解決這些問(wèn)題，開(kāi)發(fā)了一套針對(duì)大直徑鋼管內(nèi)防腐的環(huán)氧粉末回收系統(tǒng)，并在珠江三角洲水資源配置工程試驗(yàn)段項(xiàng)目得到了初步應(yīng)用，該系統(tǒng)能夠?qū)摴軆?nèi)逸散在空氣中的塑粉截留回收，提高了工作環(huán)境的潔凈度，保障工作人員的身心健康。與業(yè)界同類(lèi)回收系統(tǒng)相比，具有精準(zhǔn)的風(fēng)速自動(dòng)調(diào)整功能，粉末的上粉率和涂層厚度控制更好；抽風(fēng)裝置設(shè)計(jì)更合理，具有裝置易于拆卸，后期維護(hù)檢修更方便等優(yōu)勢(shì)。

2 回收系統(tǒng)介紹

2.1 粉末回收原理介紹

以珠江三角洲水資源配置工程試驗(yàn)段項(xiàng)目為例，內(nèi)襯鋼管設(shè)計(jì)每節(jié)鋼管為12 m，其中鋼管的厚度為22～26 mm，鋼管的內(nèi)防腐要求為熔融結(jié)合環(huán)氧粉末噴涂，厚度不小400 μm。環(huán)氧粉末的密度范圍為1.3-1.5 g/cm3，每根管的理論用量約為30～35 kg。大直徑鋼管內(nèi)防腐粉末回收系統(tǒng)，對(duì)場(chǎng)地及環(huán)境有著極其重大的經(jīng)濟(jì)意義以及環(huán)保意義。

中頻感應(yīng)加熱噴涂設(shè)備(見(jiàn)圖1)由中頻加熱系統(tǒng)、補(bǔ)溫系統(tǒng)、噴涂及回收系統(tǒng)、中控系統(tǒng)等組成，粉末回收系統(tǒng)作為中頻感應(yīng)加熱噴涂設(shè)備的輔助系統(tǒng)，是不可缺少的重要組成部分。

圖1 中頻感應(yīng)加熱噴涂設(shè)備示意

傳統(tǒng)環(huán)保設(shè)備中的除塵裝置，其基本原理一般分為慣性分離和過(guò)濾分離。而中頻感應(yīng)加熱粉末回收系統(tǒng)的目標(biāo)為實(shí)現(xiàn)氣、固混合流體的二相分離。但是與除塵有所不同，一般除塵后的固相為廢棄物，而在環(huán)氧粉末回收后的固相為利用物。因此，設(shè)備的結(jié)構(gòu)不能完全照搬套用原有除塵裝置的工作模式，需重新設(shè)計(jì)收集裝置，以便適應(yīng)環(huán)氧粉末的回收流程。

中頻感應(yīng)加熱粉末回收系統(tǒng)由吸塵裝置、除塵回收裝置、電控系統(tǒng)等組成，回收系統(tǒng)采用過(guò)濾分離方式，粉末被截在濾塵室內(nèi)，空氣則透過(guò)濾芯排至室外(見(jiàn)圖2)。

圖2 熔結(jié)環(huán)氧粉末回收系統(tǒng)工作流程示意

2.2 吸塵裝置

吸塵裝置包括噴槍處防止粉末擴(kuò)散的集塵罩和中空方鋼懸臂。首先如圖3、圖4所示，集塵罩布設(shè)在粉末噴嘴處，集塵罩與管壁的組合對(duì)逸散的粉末形成相對(duì)封閉,在進(jìn)行環(huán)氧粉末噴涂時(shí)，利用大功率空壓機(jī)將逸散在集塵罩內(nèi)的含塵氣體充分吹送到中空方鋼內(nèi)。其次，利用大直徑鋼管?chē)娡吭O(shè)備中空方鋼懸臂裝置，中空方鋼做為通道將集塵罩內(nèi)的含塵氣體源源不斷的送往除塵裝置。集塵罩對(duì)廢氣和粉塵的收集率不低于95%，結(jié)構(gòu)設(shè)成易拆結(jié)構(gòu)，便于拆卸，增強(qiáng)了噴粉槍檢修的便利性。利用裝置整體支撐的中空方鋼懸臂，既可將大量的含塵氣體輸送到除塵裝置；又能避免另外鋪設(shè)專(zhuān)門(mén)的輸送管道，節(jié)省空間以及重量。

圖3 中空方鋼做為通道將集塵罩內(nèi)的含塵氣體送往除塵裝置示意

圖4 吸塵裝置示意

2.3 除塵回收裝置

回收系統(tǒng)采用二級(jí)過(guò)濾方式，一級(jí)渦流離心除塵；二級(jí)濾芯除塵。從集塵罩回收的含塵空氣由中空方鋼作為通道輸送到除塵裝置。除塵裝置為渦流離心式除塵，除塵裝置結(jié)構(gòu)如圖5、圖6所示。

圖5 除塵裝置結(jié)構(gòu)示意

圖6 除塵裝置實(shí)物示意

除塵裝置風(fēng)量為4 500 m3(變頻器工作頻率為25 Hz)，排放標(biāo)準(zhǔn)為20 mg/m3?；厥诊L(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速為590 r/min，以保證在噴粉作業(yè)中無(wú)逸粉狀態(tài)，不逸散，不倒流。含塵氣體進(jìn)入除塵裝置后，利用氣流導(dǎo)流板產(chǎn)生渦流。由于在渦流中，靠近除塵裝置外壁的地方渦流轉(zhuǎn)速越大，利用灰燼和粉末顆粒的比重不同進(jìn)行篩分，比重較大灰燼顆粒停留在除塵裝置中央，并下沉至灰斗；粒度細(xì)、比重小的環(huán)氧粉末被渦流吹至除塵裝置內(nèi)部外圍，最終被吸往濾塵室。

進(jìn)入濾塵室(結(jié)構(gòu)原理見(jiàn)圖7和圖8)后，在氣流的吹拂作用下使粉塵沉積在濾芯的濾料表面上，凈化后的氣體由排風(fēng)管排出，當(dāng)過(guò)濾芯上積累了足夠多的粉末時(shí)，用壓縮空氣反吹濾芯，濾芯表面粉末落入室底集料盒，即可作為環(huán)氧粉末回收再利用。為了保證過(guò)濾效果，濾芯還需定期更換，空氣濾芯工作壽命為1 000 h，更換時(shí)間約為3～5個(gè)月。

圖7 濾塵室結(jié)構(gòu)示意

圖8 濾塵室實(shí)物示意

濾筒除塵器的氣流分布很重要，必須考慮如何避免設(shè)備進(jìn)口處由于風(fēng)速較高造成對(duì)濾料的高磨損區(qū)域。氣流分布板用于濾筒式除塵器有獨(dú)特要求，氣流分布必須十分穩(wěn)定和均勻，有利于氣流的上升和粉塵的下降，氣流分布板開(kāi)孔率為 35%。根據(jù)計(jì)算，阻力系數(shù)<2，由此可見(jiàn)：氣流速度為0.8 m/s的情況下，多孔氣流分布板可以滿足濾筒式除塵器的要求。

濾筒用濾料有兩類(lèi)：一類(lèi)是合成纖維濾料，一類(lèi)是紙質(zhì)濾料。合成纖維非織造濾料。按加工工藝可分為連續(xù)纖維紡粘聚酯熱壓及短纖維紡粘聚酯熱壓兩類(lèi)。濾料表面防水處理工況時(shí)，防水處理后的濾料其浸潤(rùn)角應(yīng)大于90°，沾水等級(jí)不低于Ⅳ級(jí)。濾料防油處理工況時(shí)，濾料做防油處理。聚酯非織造濾料可承受工作溫度不低于120℃。對(duì)高溫高濕等其他特殊工況，濾筒材質(zhì)結(jié)構(gòu)的選用應(yīng)滿足應(yīng)用要求。

空氣濾清部分使用CTA三級(jí)過(guò)濾器保證排出空氣干燥無(wú)油水。該裝置配套1臺(tái)30 m3/H空壓機(jī)，5 m3儲(chǔ)氣罐穩(wěn)定氣壓在0.7～0.8 MPa。為保證空氣干燥、無(wú)油水液滴污染，油水分離器濾芯工作600 h需更換1次。

2.4 電控系統(tǒng)

傳統(tǒng)的熔結(jié)環(huán)氧粉末噴涂直接通過(guò)電柜等設(shè)備上的按鈕進(jìn)行作業(yè)，不僅操作繁瑣，而且作業(yè)人員暴露在粉末噴涂環(huán)境中，深受噪音、粉塵的危害，針對(duì)傳統(tǒng)施工存在問(wèn)題，在本裝置研制過(guò)程中，結(jié)合電子信息通訊技術(shù)、傳感器技術(shù)，將設(shè)備的電控系統(tǒng)集成到中央控制系統(tǒng)中。該系統(tǒng)備有完善的檢測(cè)機(jī)構(gòu)，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)風(fēng)向、風(fēng)速、溫度、噴吹泵壓力等關(guān)鍵參數(shù)，亦可對(duì)過(guò)程數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄，增強(qiáng)了作業(yè)過(guò)程的可追溯性；并且在實(shí)時(shí)監(jiān)控、記錄的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化調(diào)控，能夠按照預(yù)定參數(shù)進(jìn)行調(diào)整：

1) 在噴粉部位有影像監(jiān)控，在出現(xiàn)噴槍故障時(shí)20 min內(nèi)可以切換至備用噴槍?zhuān)渲?把工作噴槍?zhuān)?把備用噴槍?zhuān)?2把。避免因?yàn)閲姌尮收隙鴮?dǎo)致粉末逸散泄露或者噴槍封堵等問(wèn)題。

2) 實(shí)時(shí)檢測(cè)靜電發(fā)生器工作電壓、供氣壓力、供粉壓力、回收系統(tǒng)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，保證噴粉厚度一致；出現(xiàn)故障時(shí)即時(shí)顯示出錯(cuò)誤的類(lèi)型標(biāo)號(hào)，并且切換備用設(shè)備。

3) 系統(tǒng)提供定時(shí)(班報(bào)表、日?qǐng)?bào)表等)報(bào)表打印，報(bào)警打印，歷史數(shù)據(jù)記錄報(bào)表打印等功能。

3 應(yīng)用效果

圖9為使用熔結(jié)環(huán)氧粉末噴涂設(shè)備回收系統(tǒng)前后對(duì)比，圖9鋼管內(nèi)壁噴涂時(shí)無(wú)任務(wù)回收措施，粉末在噴涂完成后散落在整個(gè)車(chē)間地面，對(duì)環(huán)境的污染較為嚴(yán)重；圖10中可以看出噴涂時(shí)無(wú)明顯粉末逸散現(xiàn)象。

圖9 環(huán)氧粉末噴涂時(shí)粉末逸散嚴(yán)重示意

圖10 回收系統(tǒng)后環(huán)氧粉末噴涂時(shí)無(wú)逸散現(xiàn)象示意

通過(guò)對(duì)比回收前后的環(huán)氧粉末消耗情況(見(jiàn)圖11)可以看出：在安裝熔結(jié)環(huán)氧粉末噴涂設(shè)備回收系統(tǒng)前，被逸散到空氣中的環(huán)氧粉末(約占總粉末量的16.4%)較多；在安裝熔結(jié)環(huán)氧粉末噴涂設(shè)備回收系統(tǒng)后，被逸散到到空氣中的環(huán)氧粉末大部分被熔結(jié)環(huán)氧粉末噴涂設(shè)備回收系統(tǒng)所回收(約占總粉末量的16.39%)。從前期試驗(yàn)可見(jiàn)：粉末回收效果是比較成功。

圖11 環(huán)氧粉末回收前、回收后消耗占比示意

目前研制成果主要應(yīng)用于珠江三角洲水資源配置工程試驗(yàn)段、A2、A3標(biāo)段中，內(nèi)襯鋼管壁厚為22～26 mm，直徑為4 800 mm，鋼管長(zhǎng)度常見(jiàn)的為9 m或12 m，試驗(yàn)段厚度要求在400 μm以上，A2、A3標(biāo)段在450 μm以上，噴粉噴涂厚度一般控制在450～550 μm，太厚浪費(fèi)粉末對(duì)涂層抗彎曲性也會(huì)造成影響。經(jīng)過(guò)試驗(yàn)段90節(jié)鋼管的試驗(yàn)，效果記錄如下。

試驗(yàn)段噴涂完12 m的1條鋼管內(nèi)壁，厚度控制在450～500 μm，粉末用量計(jì)算：

單根噴涂面積：D=2πR×12=4.8×3.14×12=180.864 m2

(1)

單根粉末用量：n=面積D×厚度h×密度ρ=180.864×0.000 45×1 400=113.95 kg

(2)

試驗(yàn)段粉末用量：N=n×90=113.95×90=10 255.5 kg

(3)

查找試驗(yàn)段90節(jié)鋼管的粉末噴涂用量記錄以及回收粉末記錄(見(jiàn)表2)可見(jiàn)：每條鋼管使用6.1箱環(huán)氧粉末(以25 kg/箱計(jì)算)，通過(guò)該裝置即可回收1箱環(huán)氧粉末，經(jīng)計(jì)算分析可知目前粉末回收率約為16.39%。

表2 試驗(yàn)段部分鋼管環(huán)氧粉末使用以及回收量統(tǒng)計(jì) kg

試驗(yàn)段粉末回收量=N×16.39%=10 255.5×16.39%=1 680.88 kg

(4)

試驗(yàn)段回收粉末節(jié)省費(fèi)用：1 680.88×44.8=7.53 萬(wàn)元

(5)

經(jīng)過(guò)以上的推算和分析，若以目前珠江三角洲水資源配置工程A2/A3標(biāo)段預(yù)計(jì)生產(chǎn)2 019節(jié)鋼管。根據(jù)計(jì)算統(tǒng)計(jì)，粉末回收系統(tǒng)的回收率在16.39%左右。熔結(jié)環(huán)氧粉末按密度1 400 kg/m3計(jì)算。

A2/A3標(biāo)段粉末消耗量：180.864×0.0004 5×1 400×2 019=262.92 t

(6)

A2/A3標(biāo)段粉末回收量：262.92×16.39%=43.092 t

(7)

A2/A3標(biāo)段回收粉末節(jié)省費(fèi)用：43.092×1 000×44.8=193.05 萬(wàn)元

(8)

預(yù)計(jì)可以在珠江三角洲水資源配置工程A2/A3標(biāo)段回收材料約44 t，節(jié)省費(fèi)用193.05萬(wàn)元，粉末回收效果顯著，具有良好經(jīng)濟(jì)效益。

4 結(jié)語(yǔ)

1) 本文研發(fā)熔結(jié)環(huán)氧粉末噴涂設(shè)備回收系統(tǒng)，由吸塵裝置、除塵回收裝置、電控系統(tǒng)等組成，采用過(guò)濾分離方式，粉末被截在濾塵室內(nèi)，空氣則透過(guò)濾芯排至室外，可由電控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制。

2) 安裝熔結(jié)環(huán)氧粉末噴涂設(shè)備回收系統(tǒng)后，被逸散到到空氣中的環(huán)氧粉末大部分被熔結(jié)環(huán)氧粉末噴涂設(shè)備回收系統(tǒng)所回收(約占總粉末量的16.39%),粉末回收效果明顯。

該系統(tǒng)有效解決噴涂車(chē)間空間粉末逸散的問(wèn)題，對(duì)控制粉末噴涂涂層厚度也有一定的輔助作用，通過(guò)回收系統(tǒng)回收風(fēng)量、風(fēng)速大小的控制，可輔助控制鋼管內(nèi)表面的落粉量，從而更加精確涂層的厚度均勻度及厚度要求。避免了大量的浪費(fèi)，節(jié)約了大直徑鋼管內(nèi)壁環(huán)氧粉末噴涂的成本，可避免工作人員職業(yè)傷害，通過(guò)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制并采用易裝、拆結(jié)構(gòu)，提高了后期維護(hù)和檢修的便利性。