大型工件表面涂装生产线通风系统优化设计
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【摘要】涂装生产线是耗能大户，针对涂装设备通风系统的特点，合理设计通风管路，可大大减少能量消耗。现以一大型箱体工件表面涂装线为例，介绍了通风系统的优化设计思路和调节控制的关键技术及其能耗节省情况。
【关键词】通风系统；优化设计；节能降耗
引言
涂装工艺中，在喷漆、烘干工段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，而且有火灾和爆炸的危险，因此必须有足够的风量来满足安全通风要求，保证这些场所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%。
一、涂漆设备通风系统的特点
目前，喷漆室内大多采用空调新鲜风送风，排放的有机废气风量大且浓度低，采用活性炭吸附和脱附后催化燃烧的方式达标排放。烘干室内大多采用循环热风，排放的废气风量小且浓度高，采用有机废气催化燃烧或有机废气直接燃烧后达标排放。强冷室内的排放的大多是风量大且温度较高的空气。据不完全统计，目前在工程机械、大型设备等制造行业中，涂装生产线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。
二、大型箱体工件表面涂装生产线通风系统优化设计
本文针对工程机械、大型装备等零部件的涂装生产线通风系统的特点，以某一大型工件表面涂装生产线为例，介绍其通风系统的优化设计过程。
1、设计依据
（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下表：
3、通风系统优化设计
在传统的涂装生产线中，各工段大都采用独立的送排风系统。喷漆、流平室大多采用车间外直接取风和车间外排风，因此，在黄河以北地区，冬季送风要求加热到25度左右，需要消耗大量的能源。烘干室加热一般采用天然气加热，利用循环热风对工件进行烘干，同样需要大量的热能。强冷室却排放出大量的热风。因此，为充分合理利用能源，必须对其通风系统的设计进行优化，思路如下：
（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，根据油漆的施工工艺要求，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。
底漆部分通风系统流程图如下：
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，以年平均高出15度计算，每小时节省热量4.9万大卡/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。
（5）将节省的热能转化为电能计算，预计至少3个月喷漆室需要加热，则涂装线底面漆两部分一年能节省的能源为327万千瓦时。以1.5元/千瓦时单价计算，则涂装生产线一年能节省运行成本至少为490.5万元。
三、结束语
由于每个涂装项目中的工件复杂性和工艺要求不同，所选用的加热方式，通风系统和废气处理方式都不经不同，故我们在设计时，要充分考虑每一工位的自身特点，相互结合，对生产线整体考虑，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。
参考文献
[1] 机械工业部第四设计研究院主编，油漆车间设备设计[M] 北京：机械工业出版社 1985.
作者简介
卜荣飞（1982-），女（汉族），浙江嵊州人，硕士研究生，机械电子工程专业，工程师，主要从事涂装设备设计工作。
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