专用车涂装线节能通风系统优化设计

文/张世炜、李晓甫 中集车辆（集团）股份有限公司 广东深圳 518000 邹永丰 中国联合工程有限公司 浙江杭州 310000

在涂装工艺中，喷漆、烘干过程成会产生大量的有机溶剂气体，其主要成分是甲苯、二甲苯、苯等，这些有害物质不仅影响操作者的健康，而且当其达到一定量时，有可能引起火灾和爆炸危险。在无人员操作的烘干室内，应满足安全通风要求，即烘干室的排风量应保证烘干室内的溶剂浓度低于有机溶剂气体的燃烧最低极限值（LFL）的25%。在喷漆室内，除需要满足安全通风要求外，为了能有效的组织气流，满足安全操作需要，需保证喷漆室内达到一定的控制风速。而强冷工位又要求有一定的送排风风量，使工件能够快速冷却。目前国内涂装生产线多为各工位独立送排风，在喷漆、烘干室工位进行加热，在强冷工位将大量的热量直接排放到车间外的大气中，造成能源的大量消耗。而大风量的有机废气要求达标排放也需要消耗大量的能源。

1、涂漆设备通风系统的特点

喷漆室排放的有机废气，由于其风量大，浓度低的特点，目前普遍采用活性炭吸附和脱附后催化燃烧的处理方法，这种方法存在着一次性资金投入大，后期运行维护成本高等特点。烘干室的排风属于小风量、高浓度的有机废气，针对其特点，目前涂装行业普遍采用有机废气催化燃烧或有机废气直接燃烧后达标排放。强冷室的排风属于大风量、较高温度的空气，每小时排放到大气中的热量巨大。对于目前在工程机械、大型设备等制造行业中，涂装所消耗的能源往往占了整个厂区能源消耗的60-80%。在满足各工位所需送排风风量的要求下，如何优化通风系统的设计，尽量减少有机废气的排放量，减少能源消耗，对降低企业生产成本，改善自然环境有着广泛的意义。

2、专用车涂装线通风系统优化设计

本文针对专用车等零部件的涂装生产线通风系统的特点，介绍了一条大型工件表面涂装生产线的设备组成及通风系统设计方法。

2.1 涂装生产线设备介绍

涂装线设计依据：

（1） 工件最大外形尺寸：12000（mm）×2450（mm）×3000（mm）；

（2） 工件最大重量：3600kg；

（3） 生产任务：40000件/年（三班制，22.5小时/天），按每天生产150件计算；

（4） 生产节拍：8分钟/件（设备负荷率88.9%）；

（5） 动力条件：

电源：三相四线制，AC380V，网络电压波动±15%，频率50±5%Hz，

天然气：8000kcal/m3，

热水：90℃，0.2Mpa，

冷水：5℃，0.2Mpa，

压缩空气：0.6～0.8MPa；

涂装生产线工艺流程：

上件→底漆喷漆预备→底漆喷漆（＞15℃）→底漆流平（20-40℃）→底漆烘干（70-80℃）→底漆强冷→面漆喷漆预备→面漆喷漆（＞15℃）→面漆流平（20-40℃）→面漆烘干（70-80℃）→面漆强冷→下件

其中底漆、面漆喷漆室采用文式喷漆室，全自动机器人喷涂；烘干室采用红外加热器辐射加热，所选用的红外加热器对有机气体具有分解净化功能，其有机气体净化率可达到60%。

2.2 各工位通风风量确定

（1）喷漆室送排风风量计算：

对于顶部送风、底部抽风的喷漆室通风量计算，其总的通风量按下式计算：

式中 V——喷漆室总的通风量（米3/小时）；

F——喷漆室操作的地坪面积（米2）；

u——垂直于地坪的空气流速（米/秒）。

根据《涂装作业安全规程喷漆室安全技术规定 GB14444-93》中规定室内无人操作的大型喷漆室内风速控制在0.25-0.38m/s，设底、面漆喷漆室空气流速为0.25m/s，喷漆室内腔尺寸：8m（长）×7m（宽），则总送排风风量为50400m3/小时。

（2）烘干室送排风风量确定

本烘干室采用红外加热器辐射加热，其自身需要有一定的风量来进行冷却，所需风量为350～400米3/（小时·只），其总送风风量V=（350～400）n，其中n为红外加热器的数量。本涂装线中低/面漆烘干室各采用28只红外加热器，需向烘干室送风9800～11200米3/小时。

（3）强冷室送排风风量计算：

强冷室的通风量按下式计算：

表一

式中 V——强冷室总的通风量（米3/小时）；

Q——强冷室需要带走的热量（千卡/小时）；

ρ——空气的密度（公斤/米3）；

c——空气的比热（千卡/公斤·℃）；

ΔT——送排风的温度差（℃）。

考虑工件温度从70℃降到20℃，需要带走的热量约为15.5万大卡/小时， ΔT取15℃，强冷室总送排风风量为33300米3/小时。

（4）有机废气最小排风风量确定

根据工件参数以及所使用的油漆参数，计算各工位有机溶剂的挥发量，从而确定各工位在安全状态下的排风风量，其参数及计算结果见表一：

2.3 通风系统设计

在传统的涂装生产线中，喷漆、流平室往往采用车间外直接取风和车间外排风，因此，在黄河以北地区，冬季取风往往需要加热25度左右，需要消耗大量的能源，而大风量低浓度的有机废气排放，往往采用活性炭吸附脱附装置进行处理，设备投资大，运行成本高。而烘干室加热一般采用天然气加热，循环热风对工件进行烘干，其热能利用率较低。而在前几个工位消耗大量热量的同时，强冷室又排放出大量的热风。

本通风系统设计思路：

（1）为了减少有机废气的排放量，可以考虑喷漆室内排出的空气部分进入循环使用，同时确保喷漆室内的有机废气浓度低于其爆炸下限的25%；同时，应油漆的工艺要求，喷漆室的送风温度要求大于15℃，为节省能源，喷漆室的冬季取风可采用强冷室的排风。

（2）流平室的温度要求控制在20-40℃之间，因此考虑采用一套独立的送排风循环加热系统，其中部分气体排出室体，保证流平室内的有机废气浓度低于其爆炸下限的25%；补充新风从强冷室排风管取风，可减少新风的加热量。

（3）喷漆室、流平室排出的有机废气送入烘干室内，作为烘干室的红外辐射加热器的冷却用取风，通过加热器对有机气体的分解净化功能，减少有机废气的排放量。

系统调节控制的关键点：

（1）各循环送排风装置的风机采用变频控制，有利于调节系统中的风量平衡。

（2）采用比例式电动定风量调节阀，对关键管路中的风量实行定量控制。

（3）保留喷漆、流平室的循环送排风装置中的热水加热段，作为系统中的辅助加热系统。

（4）在喷漆室顶部设一紧急出风口，在测得喷漆或流平室内有机溶剂浓度超标时，对室内的气体进行更换。

通风系统优化设计前后能耗比较：

（1）优化设计前，喷漆室采用车间外直接取风和排风，以冬季加热25度计算，51000立方米的风量每小时需要的加热量为40万大卡，优化设计后，采用循环风并且由强冷室的排风作为补充新风，冬季需要的加热量几乎为零；

（2）优化设计前，流平室采用循环加热，并且补充车间外新风，优化设计后，采用强冷室排风作为新风补充，以补充新风比车间外新风平均高25度计算，每小时节省的加热量为1.2万大卡/小时；

（3）优化设计前，烘干室采用车间外新风作为加热器冷却用新风，优化设计后，烘干室采用喷漆和流平室的排风作为补充新风，以冬季高出25度计算，每小时节省热量8.1万大卡/小时；

（4）优化设计前，喷漆流平室的有机废气采用吸脱附装置，且风量为52500立方米/小时，优化设计后，废气处理量为10500立方米/小时，且由烘干室内的红外加热器进行处理。每小时至少能节省电能45kW。

结论：

充分了解涂装线中的各工位的送排风特点，对其进行优化设计和合理利用，对节约能源，降低生产成本，减少对环境的污染有着重要意义。