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        循環(huán)風技術(shù)在保險杠涂裝生產(chǎn)線中的應(yīng)用研究

        2023-12-12 14:58:32田元超呂獻華張攀峰閆明強
        中國設(shè)備工程 2023年23期
        關(guān)鍵詞:保險杠噴漆干式

        田元超,呂獻華,張攀峰,閆明強

        (河南平原智能裝備股份有限公司,河南 鄭州 450000)

        保險杠是汽車重要的外部裝飾件,目前國內(nèi)主流的保險杠涂裝工藝是前處理-水分烘干-火焰處理-噴漆-烘干-冷卻,噴漆采用“三噴一烘”工藝。其中噴漆工序因其特殊的工藝要求,需要油漆溫度和噴漆室溫度及濕度都保證在一定的工藝窗口范圍內(nèi),才能保證保險杠表面噴涂的質(zhì)量??照{(diào)送排風系統(tǒng)提供了車間的通風換氣及提供穩(wěn)定溫濕度環(huán)境的雙重功能,在涂裝車間設(shè)備能耗中占比較大,為了降低保險杠涂裝生產(chǎn)線的能源消耗,并且近年來隨著機器人自動噴涂的普及應(yīng)用,循環(huán)風技術(shù)在保險杠涂裝生產(chǎn)線中得到了全面應(yīng)用,因此,深入研究循環(huán)風技術(shù)在保險杠涂裝生產(chǎn)線中的應(yīng)用具有十分重要的現(xiàn)實意義。

        1 循環(huán)風技術(shù)在保險杠涂裝生產(chǎn)線中的應(yīng)用技術(shù)方案

        現(xiàn)以某汽車廠新建保險杠涂裝生產(chǎn)線為例說明循環(huán)風技術(shù)在保險杠涂裝生產(chǎn)線中的應(yīng)用技術(shù)方案(見圖1)。保險杠采用雙邊上下2 層的組掛方式,設(shè)計產(chǎn)能為40JPH,輸送方式采用輕型滑撬輸送,噴涂工藝為前處理-水分烘干-火焰處理-噴漆-烘干-冷卻,前處理采用預(yù)脫脂-脫脂-水洗1-水洗2-純水洗-吹水-水分烘干-冷卻工藝,噴漆采用“三噴一烘”工藝,火焰處理及噴漆全部采用機器人自動噴涂,噴漆室采用干式漆霧捕集裝置。空調(diào)設(shè)計計算輸入的環(huán)境氣候條件為夏季溫度35℃,濕度79%,冬季-5℃,濕度74%。噴漆室送風參數(shù)要求一年四季恒溫恒濕,溫度為23℃±5,濕度65%±5。

        圖1 保險杠涂裝生產(chǎn)線干式噴漆室循環(huán)風原理示意圖

        保險杠涂裝線噴漆室自動噴涂段及流平段均采用循環(huán)風供風系統(tǒng),底漆、面漆和清漆噴涂段及流平段分別設(shè)置1 臺獨立的循環(huán)風空調(diào),3 臺循環(huán)風空調(diào)的風量分別為52020m3/h、77220m3/h 和80220m3/h。底漆、面漆及清漆檢查段由于有人員作業(yè),為了保證作業(yè)人員職業(yè)衛(wèi)生健康,系統(tǒng)設(shè)置1 臺新風空調(diào)用于底漆、面漆及清漆檢查段的送風,送風量標準分別為底漆檢查段截面下降風速0.1m/s、面漆檢查段截面下降風速0.12m/s、清漆檢查段截面下降風速0.1m/s,送風量分別為5400m3/h、6480m3/h 和5400m3/h,新風空調(diào)總的送風量為17280m3/h,新風空調(diào)采用全功能段設(shè)置,保證送風參數(shù)。由于干式噴漆室排風阻力的變化特性與濕式噴漆室不同,所以3個噴漆室的自動噴涂段、檢查段和流平段的排風機需要獨立設(shè)置用于適應(yīng)干式噴漆室排風阻力線性增長的變化特性,實現(xiàn)系統(tǒng)的風平衡自動調(diào)整,保證風平衡穩(wěn)定。

        流平段的排風沒有漆霧顆粒,相對比較潔凈,因此將流平段的部分排風送至RTO 進行處理后達標排放,保證系統(tǒng)內(nèi)部VOC 產(chǎn)生量和處理量的動態(tài)平衡,保證VOC濃度穩(wěn)定、安全及可控。系統(tǒng)需要對循環(huán)風的比例進行合理設(shè)計和控制,根據(jù)設(shè)計計算和以往項目的觀測經(jīng)驗數(shù)據(jù)來看,循環(huán)風的比例在90~95%比較安全、經(jīng)濟、合理,循環(huán)風的比例設(shè)計和控制一方面要保證噴漆室內(nèi)的VOC濃度不高于爆炸下限的25%,確保系統(tǒng)運行安全,另一方面需要保證RTO 的焚燒盡可能達到自燃的經(jīng)濟運行狀態(tài),降低廢氣處理系統(tǒng)運行成本。

        2 干式噴漆室循環(huán)風的特性和規(guī)劃設(shè)計要點

        2.1 干式噴漆室循環(huán)風的特性

        根據(jù)對我公司承建的國內(nèi)第一條保險杠干式噴漆室的調(diào)試和數(shù)據(jù)觀測,發(fā)現(xiàn)干式噴漆室與傳統(tǒng)的濕式噴漆室系統(tǒng)排風阻力變化特性完全不同,傳統(tǒng)的濕式文丘里噴漆室系統(tǒng)排風阻力相對恒定,基本穩(wěn)定在800~1000Pa,系統(tǒng)排風阻力在正常使用和維護的情況下基本保持不變,干式噴漆室系統(tǒng)排風阻力在濾材的一個更換周期內(nèi)與漆霧捕集量成線性增長的趨勢,初阻約為100Pa,終阻約為1500Pa,在濾材的一個更換周期內(nèi)系統(tǒng)阻力在100~1500Pa 之間不斷增長(見圖2),因此干式噴漆室和傳統(tǒng)的濕式噴漆室風平衡設(shè)計和控制完全不同,需要適應(yīng)干式噴漆室系統(tǒng)排風阻力的變化特性來保證風平衡穩(wěn)定。

        圖2 保險杠涂裝生產(chǎn)線干式噴漆室排風阻力變化趨勢分析圖

        根據(jù)對我公司承建的國內(nèi)第一條保險杠干式噴漆室的循環(huán)風系統(tǒng)調(diào)試和數(shù)據(jù)觀測,發(fā)現(xiàn)干式噴漆室和濕式噴漆室的循環(huán)風的溫濕度變化特征完全不同。傳統(tǒng)的濕式文丘里噴漆室系統(tǒng)送風參數(shù)為溫度23℃,濕度65%時,回用風的參數(shù)根據(jù)數(shù)據(jù)觀測約為20℃,濕度95%左右,溫度大約降2~3℃,排風由于經(jīng)過文丘里的汽水混合,濕度明顯增加很多,循環(huán)風的處理過程需要先進行漆霧過濾,然后進行制冷除濕,降溫至露點中間狀態(tài)溫度16.07℃,濕度100%,再進行等濕升溫至溫度23℃,濕度65%,其溫濕度調(diào)整過程需要消耗大量的冷熱量;干式噴漆室系統(tǒng)送風參數(shù)為溫度23℃,濕度65%時,回用風的參數(shù)根據(jù)數(shù)據(jù)觀測約為24~27℃,濕度大約在50%~65%之間,回用風的溫濕度沒有明顯變化,循環(huán)風的處理過程只需要對溫濕度參數(shù)進行微調(diào)即可,循環(huán)風的處理過程需要先進行漆霧過濾,然后進行制冷等濕降溫,調(diào)整溫度參數(shù),然后再進行等焓加濕調(diào)整至溫度23℃,濕度65%,其溫濕度調(diào)整過程消耗冷熱量較少,能耗較低。

        根據(jù)對我公司承建的以往保險杠涂裝線的調(diào)試和數(shù)據(jù)觀測,以及對同行業(yè)其他公司承建的保險杠涂裝線循環(huán)風的跟蹤調(diào)查,VOC 無組織排放超標是各種噴漆室循環(huán)風面臨的共同風險和共性問題,VOC 無組織排放超標不僅將會造成環(huán)保不達標的巨大風險,而且還會給員工的職業(yè)衛(wèi)生健康造成威脅,由于保險杠涂裝線的循環(huán)風比例較車身線的比例更高,因此,在保險杠涂裝線循環(huán)風的規(guī)劃設(shè)計及施工等方面需要更加重視規(guī)避VOC 無組織排放超標的風險。

        2.2 干式噴漆室循環(huán)風的規(guī)劃設(shè)計要點

        根據(jù)以上對干式噴漆室系統(tǒng)排風阻力變化特性的分析,在進行干式噴漆室循環(huán)風的風平衡規(guī)劃設(shè)計和控制時,需要考慮適應(yīng)干式噴漆室系統(tǒng)排風阻力的變化特性來保證風平衡穩(wěn)定,需要考慮3 個噴漆室的自動噴涂段、檢查段和流平段的排風機需要獨立設(shè)置用于適應(yīng)干式噴漆室排風阻力線性增長的變化特性,在系統(tǒng)中設(shè)置風壓傳感器,采集風管內(nèi)的風壓數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為風量數(shù)據(jù),風量數(shù)據(jù)輸出給PLC 控制系統(tǒng),控制系統(tǒng)中的PLC 對采集數(shù)據(jù)進行比對分析,發(fā)出執(zhí)行信號給排風機的變頻器,適時調(diào)整排風機變頻器的頻率,適應(yīng)干式噴漆室排風系統(tǒng)阻力的不斷變化,實現(xiàn)系統(tǒng)的風平衡自動調(diào)整,保證風平衡穩(wěn)定。另外系統(tǒng)中還需要設(shè)置壓差報警裝置,顯示濾材在一個更換周期內(nèi)壓差變化數(shù)據(jù),在濾材達到終阻時發(fā)出報警信號,提示設(shè)備維護人員進行濾材及時更換和維護,維持系統(tǒng)風平衡穩(wěn)定。

        根據(jù)以上對干式噴漆室循環(huán)風回風的變化規(guī)律的研究和分析,需要針對其變化規(guī)律和調(diào)整過程進行干式噴漆室循環(huán)風空調(diào)的開發(fā)和設(shè)計。干式噴漆室系統(tǒng)送風參數(shù)為溫度23℃,濕度65%時,回用風的參數(shù)根據(jù)數(shù)據(jù)觀測約為24~27℃,濕度大約在50%~65%之間,回用風的溫濕度沒有明顯變化,根據(jù)這些變化特性分析循環(huán)風的處理過程只需要對溫濕度參數(shù)進行微調(diào)即可,循環(huán)風的處理過程除需要設(shè)置漆霧過濾段進行漆霧過濾外,還需要設(shè)置表冷段和加濕段對溫濕度參數(shù)進行調(diào)整,表冷段的制冷能力較濕式循環(huán)風空調(diào)小很多,約為濕式循環(huán)風空調(diào)制冷能力的1/3~1/4,表冷盤管材質(zhì)宜選用不銹鋼材質(zhì),因為循環(huán)風中含有油漆成分易腐蝕表冷器,空調(diào)內(nèi)部及風管也宜選用不銹鋼材質(zhì)。干式噴漆室循環(huán)風空調(diào)的加濕與新風空調(diào)不同,干式噴漆室循環(huán)風空調(diào)需要的加濕量很小,只需對送風濕度進行微調(diào)即可,因此加濕方式的設(shè)計與新風空調(diào)的加濕有所不同,干式噴漆室循環(huán)風空調(diào)的加濕可采用純水與壓縮空氣混合的二流體加濕方式,此種加濕方式無需設(shè)置加濕水泵,因此設(shè)備投資及運行成本均較低。

        針對保險杠涂裝線的循環(huán)風VOC 無組織排放超標的問題,在規(guī)劃設(shè)計和施工過程中需要綜合考慮多種因素、綜合采取多種措施進行規(guī)避和解決。循環(huán)風系統(tǒng)中含有VOC 的風管盡量采用負壓設(shè)計,防止因風管泄漏造成無組織排放超標的問題;在循環(huán)風系統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計階段,需要合理設(shè)計和控制循環(huán)風VOC 濃度,確保VOC 濃度在合理的區(qū)間范圍內(nèi),避免循環(huán)風比例過高,造成系統(tǒng)濃度超高,增加因泄漏和外溢造成的無組織排放超標的風險;在循環(huán)風系統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計階段,需要合理規(guī)劃設(shè)計噴漆區(qū)域風平衡,在調(diào)試階段需要按照規(guī)劃設(shè)計的要求進行系統(tǒng)的風平衡調(diào)試,避免送排風出現(xiàn)紊亂造成無組織排放超標的問題;在噴漆系統(tǒng)設(shè)計階段需要合理設(shè)計,保證循環(huán)回用風管及室體保證密封良好不漏氣,防止因系統(tǒng)泄漏造成無組織排放超標的問題;在循環(huán)風系統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計階段,需要考慮對噴漆室漆霧捕集區(qū)域進行封閉,并且需要設(shè)置送排風系統(tǒng),保證換氣良好,減小該區(qū)域的擴散濃度;在循環(huán)風系統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計階段,需要考慮加大噴漆區(qū)域環(huán)境送風量,增加換氣次數(shù),減小該區(qū)域的擴散濃度,避免無組織排放超標的問題。

        3 干式噴漆室循環(huán)風和傳統(tǒng)濕式噴漆室循環(huán)風的經(jīng)濟性對比分析

        現(xiàn)以以上使用地點在華中地區(qū)的某40JPH 保險杠涂裝生產(chǎn)線為例對干、濕式噴漆室的全循環(huán)風的空調(diào)能源消耗進行對比分析,此干式噴漆室的循環(huán)風采用如下運行方案:新風空調(diào)夏季采用制冷除濕+二次升溫的方法調(diào)整溫濕度,冬季采用加熱+加濕的方法調(diào)整溫濕度;循環(huán)風空調(diào)一年四季采用降溫+加濕的方法微調(diào)送風溫濕度,送風溫濕度要求一年四季恒定為23±2℃,65%±5。此濕式噴漆室的循環(huán)風采用如下運行方案:新風空調(diào)夏季采用制冷除濕+二次升溫的方法調(diào)整溫濕度,冬季采用加熱+加濕的方法調(diào)整溫濕度;循環(huán)風空調(diào)一年四季采用降溫除濕+二次升溫的方法調(diào)整送風溫濕度,送風溫濕度要求一年四季恒定為23±2℃,65%±5。在此基礎(chǔ)上對干式噴漆室的循環(huán)風和濕式噴漆室的循環(huán)風的空調(diào)能源消耗進行對比分析。

        根據(jù)新風空調(diào)的運行模式,對制冷量和加熱量分冬季和夏季模式分別進行計算,然后按照冬季模式及夏季模式分別運行100 天計算,夏季進風條件:T=35℃,RH=79%,空調(diào)采用制冷除濕再等濕升溫的工作模式。冬季進風條件:T=-5℃,RH=74%,空調(diào)采用加熱升溫再等焓加濕的工作模式。干式噴漆室全循環(huán)風空調(diào)全年運行模式恒定,進風條件溫度25℃,絕對含濕量11.4g/kg,出風條件為23±2℃,65%±5,工作模式為等濕降溫。濕式噴漆室全循環(huán)風空調(diào)全年運行模式恒定,進風條件溫度20℃,相對濕度95%,出風條件為23±2℃,65%±5,工作模式為制冷除濕再等濕升溫。計算出的制冷量及加熱量的數(shù)值如圖3~4 所示。

        圖3 能耗分析對比表

        圖4 年能耗費用分析對比表

        通過干式噴漆室的全循環(huán)風系統(tǒng)與傳統(tǒng)的濕式噴漆室的全循環(huán)風系統(tǒng)能源消耗分析對比得出以下結(jié)論:(1)新風空調(diào)按照冬夏季模式年各運行100 天、雙班、負荷系數(shù)0.7,循環(huán)風空調(diào)按照年運行250 天、雙班、負荷系數(shù)1、用電單價1 元/kW*H 計算,每年制冷節(jié)約電費約39 萬元;(2)天然氣按照年運行100 天、雙班、負荷系數(shù)0.7、單價3.5 元/m3計算,每年節(jié)約燃氣費約71 萬元。

        干式噴漆室的全循環(huán)風系統(tǒng)比傳統(tǒng)濕式噴漆室的全循環(huán)風系統(tǒng)節(jié)能效果更加明顯,自動段循環(huán)風空調(diào)的工作狀態(tài)更加易于控制、更加穩(wěn)定,能更好地確保外表面噴涂作業(yè)環(huán)境的需求,隨著干式噴漆室及內(nèi)噴機器人的普遍推廣和應(yīng)用,建議采用干式噴漆室的全循環(huán)風系統(tǒng)進一步降低涂裝設(shè)備能源消耗,同時由于廢氣處理無需除濕升溫,可以減少廢氣處理的能源消耗,提高廢氣處理的效率。

        通過上述對循環(huán)風技術(shù)在保險杠涂裝生產(chǎn)線中的應(yīng)用技術(shù)方案的介紹,明確了循環(huán)風技術(shù)在保險杠涂裝生產(chǎn)線中應(yīng)用的成功方法,研究分析了干式噴漆室循環(huán)風的特性和規(guī)劃設(shè)計要點,為保險杠涂裝生產(chǎn)線干式噴漆室循環(huán)風系統(tǒng)的工藝規(guī)劃、空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計、送排風系統(tǒng)設(shè)計、控制系統(tǒng)設(shè)計提供了理論依據(jù)和參考,并進行了干式噴漆室循環(huán)風和傳統(tǒng)濕式噴漆室循環(huán)風的經(jīng)濟性對比分析,為循環(huán)風技術(shù)在保險杠涂裝生產(chǎn)線中的應(yīng)用提供了相關(guān)的理論依據(jù)和技術(shù)方向。通過保險杠涂裝生產(chǎn)線循環(huán)風的應(yīng)用能有效地降低生產(chǎn)成本,減少污染物的排放。

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