田元超，呂獻(xiàn)華，張攀峰，閆明強(qiáng)

（河南平原智能裝備股份有限公司，河南 鄭州 450000）

保險(xiǎn)杠是汽車重要的外部裝飾件，目前國內(nèi)主流的保險(xiǎn)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(xiǎn)杠表面噴涂的質(zhì)量。空調(diào)送排風(fēng)系統(tǒng)提供了車間的通風(fēng)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(xiǎn)杠涂裝生產(chǎn)線的能源消耗，并且近年來隨著機(jī)器人自動噴涂的普及應(yīng)用，循環(huán)風(fēng)技術(shù)在保險(xiǎn)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(fēng)技術(shù)在保險(xiǎn)杠涂裝生產(chǎn)線中的應(yīng)用具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 循環(huán)風(fēng)技術(shù)在保險(xiǎn)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(xiǎn)杠涂裝生產(chǎn)線為例說明循環(huán)風(fēng)技術(shù)在保險(xiǎn)杠涂裝生產(chǎn)線中的應(yīng)用技術(shù)方案（見圖1）。保險(xiǎn)杠采用雙邊上下2 層的組掛方式，設(shè)計(jì)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(jī)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(jì)計(jì)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(fēng)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(xiǎn)杠涂裝生產(chǎn)線干式噴漆室循環(huán)風(fēng)原理示意圖

保險(xiǎn)杠涂裝線噴漆室自動噴涂段及流平段均采用循環(huán)風(fēng)供風(fēng)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(dú)立的循環(huán)風(fēng)空調(diào)，3 臺循環(huán)風(fēng)空調(diào)的風(fēng)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(fēng)空調(diào)用于底漆、面漆及清漆檢查段的送風(fēng)，送風(fēng)量標(biāo)準(zhǔn)分別為底漆檢查段截面下降風(fēng)速0.1m/s、面漆檢查段截面下降風(fēng)速0.12m/s、清漆檢查段截面下降風(fēng)速0.1m/s，送風(fēng)量分別為5400m3/h、6480m3/h 和5400m3/h，新風(fēng)空調(diào)總的送風(fēng)量為17280m3/h，新風(fēng)空調(diào)采用全功能段設(shè)置，保證送風(fēng)參數(shù)。由于干式噴漆室排風(fēng)阻力的變化特性與濕式噴漆室不同，所以3個(gè)噴漆室的自動噴涂段、檢查段和流平段的排風(fēng)機(jī)需要獨(dú)立設(shè)置用于適應(yīng)干式噴漆室排風(fēng)阻力線性增長的變化特性，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的風(fēng)平衡自動調(diào)整，保證風(fēng)平衡穩(wěn)定。

流平段的排風(fēng)沒有漆霧顆粒，相對比較潔凈，因此將流平段的部分排風(fēng)送至RTO 進(jìn)行處理后達(dá)標(biāo)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(fēng)的比例進(jìn)行合理設(shè)計(jì)和控制，根據(jù)設(shè)計(jì)計(jì)算和以往項(xiàng)目的觀測經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)來看，循環(huán)風(fēng)的比例在90～95%比較安全、經(jīng)濟(jì)、合理，循環(huán)風(fēng)的比例設(shè)計(jì)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(yùn)行安全，另一方面需要保證RTO 的焚燒盡可能達(dá)到自燃的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行狀態(tài)，降低廢氣處理系統(tǒng)運(yùn)行成本。

2 干式噴漆室循環(huán)風(fēng)的特性和規(guī)劃設(shè)計(jì)要點(diǎn)

2.1 干式噴漆室循環(huán)風(fēng)的特性

根據(jù)對我公司承建的國內(nèi)第一條保險(xiǎn)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(fēng)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(fēng)阻力相對恒定，基本穩(wěn)定在800～1000Pa,系統(tǒng)排風(fēng)阻力在正常使用和維護(hù)的情況下基本保持不變，干式噴漆室系統(tǒng)排風(fēng)阻力在濾材的一個(gè)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(gè)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(fēng)平衡設(shè)計(jì)和控制完全不同，需要適應(yīng)干式噴漆室系統(tǒng)排風(fēng)阻力的變化特性來保證風(fēng)平衡穩(wěn)定。

圖2 保險(xiǎn)杠涂裝生產(chǎn)線干式噴漆室排風(fēng)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(xiǎn)杠干式噴漆室的循環(huán)風(fēng)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(fēng)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(fēng)參數(shù)為溫度23℃，濕度65%時(shí)，回用風(fēng)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(fēng)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(fēng)的處理過程需要先進(jìn)行漆霧過濾，然后進(jìn)行制冷除濕，降溫至露點(diǎn)中間狀態(tài)溫度16.07℃，濕度100%，再進(jìn)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(fēng)參數(shù)為溫度23℃，濕度65%時(shí)，回用風(fēng)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(fēng)的溫濕度沒有明顯變化，循環(huán)風(fēng)的處理過程只需要對溫濕度參數(shù)進(jìn)行微調(diào)即可，循環(huán)風(fēng)的處理過程需要先進(jìn)行漆霧過濾，然后進(jìn)行制冷等濕降溫，調(diào)整溫度參數(shù)，然后再進(jìn)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(xiǎn)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(xiǎn)杠涂裝線循環(huán)風(fēng)的跟蹤調(diào)查，VOC 無組織排放超標(biāo)是各種噴漆室循環(huán)風(fēng)面臨的共同風(fēng)險(xiǎn)和共性問題，VOC 無組織排放超標(biāo)不僅將會造成環(huán)保不達(dá)標(biāo)的巨大風(fēng)險(xiǎn)，而且還會給員工的職業(yè)衛(wèi)生健康造成威脅，由于保險(xiǎn)杠涂裝線的循環(huán)風(fēng)比例較車身線的比例更高，因此，在保險(xiǎn)杠涂裝線循環(huán)風(fēng)的規(guī)劃設(shè)計(jì)及施工等方面需要更加重視規(guī)避VOC 無組織排放超標(biāo)的風(fēng)險(xiǎn)。

2.2 干式噴漆室循環(huán)風(fēng)的規(guī)劃設(shè)計(jì)要點(diǎn)

根據(jù)以上對干式噴漆室系統(tǒng)排風(fēng)阻力變化特性的分析，在進(jìn)行干式噴漆室循環(huán)風(fēng)的風(fēng)平衡規(guī)劃設(shè)計(jì)和控制時(shí)，需要考慮適應(yīng)干式噴漆室系統(tǒng)排風(fēng)阻力的變化特性來保證風(fēng)平衡穩(wěn)定，需要考慮3 個(gè)噴漆室的自動噴涂段、檢查段和流平段的排風(fēng)機(jī)需要獨(dú)立設(shè)置用于適應(yīng)干式噴漆室排風(fēng)阻力線性增長的變化特性，在系統(tǒng)中設(shè)置風(fēng)壓傳感器，采集風(fēng)管內(nèi)的風(fēng)壓數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為風(fēng)量數(shù)據(jù)，風(fēng)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(jìn)行比對分析，發(fā)出執(zhí)行信號給排風(fēng)機(jī)的變頻器，適時(shí)調(diào)整排風(fēng)機(jī)變頻器的頻率，適應(yīng)干式噴漆室排風(fēng)系統(tǒng)阻力的不斷變化，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的風(fēng)平衡自動調(diào)整，保證風(fēng)平衡穩(wěn)定。另外系統(tǒng)中還需要設(shè)置壓差報(bào)警裝置，顯示濾材在一個(gè)更換周期內(nèi)壓差變化數(shù)據(jù)，在濾材達(dá)到終阻時(shí)發(fā)出報(bào)警信號，提示設(shè)備維護(hù)人員進(jìn)行濾材及時(shí)更換和維護(hù)，維持系統(tǒng)風(fēng)平衡穩(wěn)定。

根據(jù)以上對干式噴漆室循環(huán)風(fēng)回風(fēng)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(jìn)行干式噴漆室循環(huán)風(fēng)空調(diào)的開發(fā)和設(shè)計(jì)。干式噴漆室系統(tǒng)送風(fēng)參數(shù)為溫度23℃，濕度65%時(shí)，回用風(fēng)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(fēng)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(fēng)的處理過程只需要對溫濕度參數(shù)進(jìn)行微調(diào)即可，循環(huán)風(fēng)的處理過程除需要設(shè)置漆霧過濾段進(jìn)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(jìn)行調(diào)整，表冷段的制冷能力較濕式循環(huán)風(fēng)空調(diào)小很多，約為濕式循環(huán)風(fēng)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?yàn)檠h(huán)風(fēng)中含有油漆成分易腐蝕表冷器，空調(diào)內(nèi)部及風(fēng)管也宜選用不銹鋼材質(zhì)。干式噴漆室循環(huán)風(fēng)空調(diào)的加濕與新風(fēng)空調(diào)不同，干式噴漆室循環(huán)風(fēng)空調(diào)需要的加濕量很小，只需對送風(fēng)濕度進(jìn)行微調(diào)即可，因此加濕方式的設(shè)計(jì)與新風(fēng)空調(diào)的加濕有所不同，干式噴漆室循環(huán)風(fēng)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(yùn)行成本均較低。

針對保險(xiǎn)杠涂裝線的循環(huán)風(fēng)VOC 無組織排放超標(biāo)的問題，在規(guī)劃設(shè)計(jì)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(jìn)行規(guī)避和解決。循環(huán)風(fēng)系統(tǒng)中含有VOC 的風(fēng)管盡量采用負(fù)壓設(shè)計(jì)，防止因風(fēng)管泄漏造成無組織排放超標(biāo)的問題；在循環(huán)風(fēng)系統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計(jì)階段，需要合理設(shè)計(jì)和控制循環(huán)風(fēng)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(fēng)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(biāo)的風(fēng)險(xiǎn)；在循環(huán)風(fēng)系統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計(jì)階段，需要合理規(guī)劃設(shè)計(jì)噴漆區(qū)域風(fēng)平衡，在調(diào)試階段需要按照規(guī)劃設(shè)計(jì)的要求進(jìn)行系統(tǒng)的風(fēng)平衡調(diào)試，避免送排風(fēng)出現(xiàn)紊亂造成無組織排放超標(biāo)的問題；在噴漆系統(tǒng)設(shè)計(jì)階段需要合理設(shè)計(jì)，保證循環(huán)回用風(fēng)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(biāo)的問題；在循環(huán)風(fēng)系統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計(jì)階段，需要考慮對噴漆室漆霧捕集區(qū)域進(jìn)行封閉，并且需要設(shè)置送排風(fēng)系統(tǒng)，保證換氣良好，減小該區(qū)域的擴(kuò)散濃度；在循環(huán)風(fēng)系統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計(jì)階段，需要考慮加大噴漆區(qū)域環(huán)境送風(fēng)量，增加換氣次數(shù)，減小該區(qū)域的擴(kuò)散濃度，避免無組織排放超標(biāo)的問題。

3 干式噴漆室循環(huán)風(fēng)和傳統(tǒng)濕式噴漆室循環(huán)風(fēng)的經(jīng)濟(jì)性對比分析

現(xiàn)以以上使用地點(diǎn)在華中地區(qū)的某40JPH 保險(xiǎn)杠涂裝生產(chǎn)線為例對干、濕式噴漆室的全循環(huán)風(fēng)的空調(diào)能源消耗進(jìn)行對比分析，此干式噴漆室的循環(huán)風(fēng)采用如下運(yùn)行方案：新風(fēng)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(fēng)空調(diào)一年四季采用降溫+加濕的方法微調(diào)送風(fēng)溫濕度，送風(fēng)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(fēng)采用如下運(yùn)行方案：新風(fēng)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(fēng)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(fēng)溫濕度，送風(fēng)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(fēng)和濕式噴漆室的循環(huán)風(fēng)的空調(diào)能源消耗進(jìn)行對比分析。

根據(jù)新風(fēng)空調(diào)的運(yùn)行模式，對制冷量和加熱量分冬季和夏季模式分別進(jìn)行計(jì)算，然后按照冬季模式及夏季模式分別運(yùn)行100 天計(jì)算，夏季進(jìn)風(fēng)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(jìn)風(fēng)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(fēng)空調(diào)全年運(yùn)行模式恒定，進(jìn)風(fēng)條件溫度25℃，絕對含濕量11.4g/kg，出風(fēng)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(fēng)空調(diào)全年運(yùn)行模式恒定，進(jìn)風(fēng)條件溫度20℃，相對濕度95%，出風(fēng)條件為23±2℃，65%±5，工作模式為制冷除濕再等濕升溫。計(jì)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(fèi)用分析對比表

通過干式噴漆室的全循環(huán)風(fēng)系統(tǒng)與傳統(tǒng)的濕式噴漆室的全循環(huán)風(fēng)系統(tǒng)能源消耗分析對比得出以下結(jié)論：（1）新風(fēng)空調(diào)按照冬夏季模式年各運(yùn)行100 天、雙班、負(fù)荷系數(shù)0.7，循環(huán)風(fēng)空調(diào)按照年運(yùn)行250 天、雙班、負(fù)荷系數(shù)1、用電單價(jià)1 元/kW*H 計(jì)算，每年制冷節(jié)約電費(fèi)約39 萬元；（2）天然氣按照年運(yùn)行100 天、雙班、負(fù)荷系數(shù)0.7、單價(jià)3.5 元/m3計(jì)算，每年節(jié)約燃?xì)赓M(fèi)約71 萬元。

干式噴漆室的全循環(huán)風(fēng)系統(tǒng)比傳統(tǒng)濕式噴漆室的全循環(huán)風(fēng)系統(tǒng)節(jié)能效果更加明顯，自動段循環(huán)風(fēng)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(jī)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(fēng)系統(tǒng)進(jìn)一步降低涂裝設(shè)備能源消耗，同時(shí)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(fēng)技術(shù)在保險(xiǎn)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(fēng)技術(shù)在保險(xiǎn)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(fēng)的特性和規(guī)劃設(shè)計(jì)要點(diǎn)，為保險(xiǎn)杠涂裝生產(chǎn)線干式噴漆室循環(huán)風(fēng)系統(tǒng)的工藝規(guī)劃、空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、送排風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)和參考，并進(jìn)行了干式噴漆室循環(huán)風(fēng)和傳統(tǒng)濕式噴漆室循環(huán)風(fēng)的經(jīng)濟(jì)性對比分析，為循環(huán)風(fēng)技術(shù)在保險(xiǎn)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(xiǎn)杠涂裝生產(chǎn)線循環(huán)風(fēng)的應(yīng)用能有效地降低生產(chǎn)成本，減少污染物的排放。