中国联合工程公司涂装所 浙江杭州 310022
摘要：在涂装工艺中，喷漆过程会产生大量漆雾，其主要成分是树脂微粒和二甲苯、松节油、香蕉水等有机溶剂，危害操作人员健康且存在爆炸风险。现以广州某电梯机生产厂小件喷漆室为例，介绍循环风技术，空调恒温恒湿技术，漆渣自动捞渣技术，废气捕捉及催化燃烧处理在水帘喷漆室上的应用。
关键词：水帘喷漆室；恒温恒湿；循环风；漆雾捕捉；自动捞渣；催化燃烧
0 引言
广州某电梯生产线的设计依据及基本参数
1）本项目的生产规模属于大批量生产，根据工艺及装备水平的总体定位要求进行设计。
2）涂装类型。电泳底漆+自动静电喷涂水性面漆（正面单侧）+自动静电旋杯喷涂水性罩光漆（正面单侧）。
3）主要工件尺寸：H×L×W=2500×464×40mm。
4）设计线体最大通过尺寸及重量。桥箱壁板：H×L×W=2500×720×50mm，桥顶板：H×L×W=1644×600×300mm；最大工件重量：50KG/件。
5）工作制度：三班21小时工作制，每年工作252天。
6）设计工艺线速度：1.6米/分钟（1~3米/分钟可调）；满足日产量3000挂。
7）涂装线工艺流程：自动上件→预脱脂→预备脱脂→脱脂→水洗1→纯水洗1→新鲜纯水直喷1排→陶化→水洗2→纯水洗2→新鲜纯水洗直喷1排→泳前沥水→阴极电泳→UF0水洗→UF1水洗→UF2水洗→新鲜UF喷淋→纯水洗3→新鲜纯水洗直喷1排→高压风机吹水→烘干前沥水→电泳烘干→自然冷却→风淋除尘→面漆喷涂→面漆闪干→面漆流平自然冷却→罩光漆喷涂→罩光流平→油漆烘干→自然冷却→自动下件。
水帘喷漆室采用全封闭上送风侧排风的水帘喷漆室。水帘喷漆室的结构特点是室体的正面方向的内壁做成光滑的淌水板，用水泵使水在板顶喷射或溢流，在该板上形成均匀状态的水帘。喷漆时，喷雾一碰撞到水帘，就会被水吸附，冲至下部水槽中积存。这样室壁几乎不被污染，大大的减少了清理的工作量。未被捕捉的漆雾在排风系统的作用下从水帘下部流入过滤装置，含漆雾的空气经几次曲折通过过滤器，漆雾积存在水槽中。
主要设备组成：由送风系统、动静压室、操作室、水路循环系统、排风系统、防爆照明系统、安全报警、自动捞渣系统、等组成。
1、操作室体的设计
操作室室体：采用SU304不锈钢材质制作，室体两侧用大面积玻璃窗，玻璃采用防火、防爆玻璃。室体侧面上部的外侧安装有安全日光灯灯箱，保证良好的照明强度，喷漆室设有进出门，同时水帘涡卷板上方开设活动门，便于喷漆室内漆渣清理（喷漆室体外板、左右侧板也可采用壁厚1.2mm厚50mm的岩棉夹芯板制作，角位和边角用圆弧铝型材包角，保证美观性，后板要求采用型钢骨架和1.5mm镀锌钢板制作）
2、水帘喷漆室水幕板结构设计
2.1 为保证水幕板上水墨的均匀性，防止漆渣粘黏在水幕板上，水幕落下时产生水花。水幕板采用sus304钢板焊接成型，宽度方向的不平度约为2～4mm，成型后的板应有一定的刚度，以免工作时气流作用在其上产生变形，并且水幕板成后仰设计，与垂直面的角度为11°C.
2.2 水幕必须保证具有一定的厚度，因为水帘太薄，喷漆时射出的漆雾气流会把水吹开，使水幕板上留下漆块，破坏淌水板的光滑性。水帘太厚，下落后溅起水花，会影响工件的表面质量。实践证明当溢水槽中的水位保持在高于槽口7~8mm 时，则水幕厚度即可达到4~5mm。满足设计、使用要求，整个水幕板水量均匀。
3、漆雾捕捉装置的设计
漆雾捕捉系统由水帘板、供水系统、循环水槽和排气装置等组成，水帘板安装在喷漆室的侧面，含有漆雾的空气在室体的顶送风及底侧排气吸引力的作用下，与流经水帘板的循环水充分混合（水帘板采用δ1.2 mm的SUS304不锈钢板制作，拼缝严实），洗涤带漆雾的空气，随后再经过特殊设计的涡卷系统来去除残留的漆雾，漆雾去除率≥95%。经汽水分离的废气由排气装置的风机送出，汽水分离器的挡板要求采用厚2mmSUS304不锈钢板制作。设有循环水泵和管路阀门等若干。每个喷漆室设有防爆排风机（采用上海通用风机厂的优质产品）。采用先进的汽水分离装置，可以保证长时间运行风机叶轮表面不粘漆。循环水槽采用3mm厚的SUS304不锈钢板制作。
3.1 挡板式汽水分离结构的设计
挡板式气水分离器，原理是利用分离器前后压差剧变，空气中的水滴在重力作用下，落入集水槽中，而且气水分离器挡板与挡板之间的间隙很小，并折成一定导流角，迫使气水分离。
挡板分离器具有压降低，处理量大、抗堵塞能力强等优点，但其除雾效率随雾滴的直径减小而明显下降。只有液滴直径小于15μm，即使含有固体粒子，挡板除雾都是最合适的。因此在集气箱内的设计中我们增设置了3片挡板，挡板和水平方向的夹角为12～15°，向下倾斜，彼此重合长度为50mm左右，挡板之间的间隙空气流速为5～6.5m/s。经过旋风装置后的高速气流进入集气箱后由于气流速度突然降低，被带起的大部分含漆雾的水滴因为重力的作用会落回通道口下方，而剩余水滴经过挡板气水分离器。当水雾和空气在挡板之间碰撞时，水雾凝聚为较大的水滴从挡板流下来，与空气分离。挡板气水分离器的结构简单，阻力小，重量轻，容易清理。但水雾粒度较小时，分离效果差。另外，挡板间的空气流速不宜太大，否则气体在折流的同时也推动着已经着壁的液体向着气体流动的方向流动。如果液体到挡板壁的边缘时还没有脱离气体的这种推动力，那么已经着壁的液体将被气体重新带走，无法分离下来。结构简图如图1。
图1 结构简图
1-动压室 2-静压室 3-输送链 4-水帘板 5-静电式往复喷涂机 6-挡板式汽水分离结构 7-涡卷系统
4喷漆室水循环及漆渣处理系统
漆室水循环及漆渣处理系统主要由喷漆室循环水泵、漆渣阻挡过滤装置、自动刮渣装置、自动计量加料泵、自动补水装置、喷漆室废水排放系统等部分组成。循环水池布置于车间外。
主要技术特色：
1）、循环水泵采用上海凯泉无堵塞立式排污泵，使用寿命长，并在线备用1台泵。
2）、循环水池配备1台潜污泵，以方便在进行清理时将循环水池的废水排往厂区废水处理站。
4.1、面漆和罩光喷漆室共设一个循环水池，喷漆室水路循环系统主要由循环水泵、管路及阀门、自来水自动补水系统、漆渣阻挡及过滤装置、絮凝剂自动计量泵加料装置、液位检测装置等组成。喷漆室流入循环水池中的水及从池中流回喷漆室的循环水采用管道输送。循环水泵前设置二级过滤，以避免堵塞。往循环水池中加入絮凝剂，便于形成漆渣。循环水池的设计要方便人工打捞。含漆雾废水定期（每1～2月）排放至废水处理站进行处理。
4.2 自来水自动补水系统由管路、阀门以及给水电磁阀组成。通过液位检测装置来控制给水电磁阀的开关。同时通过液位检测装置来控制循环水泵的起闭和进行高低液位声光报警。当液位超高或低时，循环水泵自动停机，以保护水泵的运行安全。
4.3 为了方便絮凝剂的定量添加，设有2套自动计量泵加料装置，在喷漆室回水处自动添加絮凝剂，在水泵入口处自动添加去粘剂。自动计量泵与喷漆室循环水泵联锁控制，当水泵开始工作时，计量泵开始加料，当循环水泵停止工作时，计量泵同时停止加料。
4.4 喷漆室循环水泵的选用非常关键，拟采用上海凯泉的立式无堵塞排污泵，并在线备用1台备用泵。
4.5 循环水池配备1台潜污泵，以方便在进行清理时将循环水池的废水排往厂区废水处理站。
4.6 为了捞渣的方便，配备1台不锈钢刮板式自动刮渣装置，主要由德国进口浮渣泵+国产不锈钢自动刮渣机组成。
喷漆室水循环及漆渣处理系统主要技术参数
5 恒温恒湿循环风系统
面漆喷漆室送排风：面漆喷漆室送排风采用恒温恒湿循环风空调机组，所排放的少量高浓度有机废气排往催化燃烧废气处理装置处理后达标排放。对油漆特别水性漆施工而言，对喷漆的环境要求较高，一般均采用恒温恒湿空调送风，对提高油漆施工质量是非常有帮助的。特别是在夏季高温高湿环境以及冬季低温环境和南方梅雨季节，如不采用恒温恒湿送风，则油漆施工质量会受到较大的影响，产生较多的漆膜弊病。由于本项目采用循环风空调，其恒温恒湿所消耗的能源比全新鲜风恒温恒湿空调要小的多，运行成本上比较低。根据经验，循环风空调送风温度：20-30℃、送风相对湿度：55-75%。
循环风空调机组：设有新回风段、初中效过滤段（G3+F6过滤）、表冷段、热水加热段、风机段等。空调机组的过滤使送风洁净，送风洁净程度可满足喷涂要求。总循环风量Q=27500m3/h。
由于面漆喷漆室采用恒温恒湿循环风空调机组，对空调机组以及喷漆室漆雾处理系统的要求非常高，为了提高循环风的质量，拟在循环风空调机组前端设置1套预处理箱，用于对喷漆室排气进行再次汽水分离和过滤，以保证循环风空调机组的正常运行。该预处理箱采用1.5mm的不锈钢板制作，主要由汽水分离段、可拆式无纺布G3初效漆雾过滤装置等部分组成，考虑设置有检修门，以方便人员进出更换及维修，设置有排水管将积水引往排水沟。设置有西门子压差计及压差开关报警信号输出，提示人工及时更换过滤器。
为了喷漆室的节能运行，喷漆室空调送风机采用变频风机，采用独立的变频器控制。每套送风系统的送风管中装有手动调节阀门，其每级过滤材料设有压差显示，超值报警。整个喷漆室内送达的新风保证洁净度达到100，000 级。
6 废气处理系统
喷漆产生的废气和电泳烘干、油漆烘干产产生的废气一起处理
6.1生产线溶剂挥发量：
（1）喷漆室过喷油漆量：9.6kg/h（40%）溶剂量：0.768kg
（2）闪干室溶剂挥发量约为：0.24Kg/h
（3）进放烘干室溶剂量：0.912kg/h
（4）电泳溶剂量：10g/h
（5）电泳室体气体挥发计算：
电泳漆主要成VOC成份
a、醇类溶剂：2%（烘干及正常生产时均会挥发）
b、醇类裂解物：6%（只烘干时挥发）
c、有机氮化物2%（只烘干时挥发）
计算公式：Q=K×P×T×V
K，常数（溶剂的蒸气压乘分子量）此处取值：0.00138
P，溶剂蒸气压，此处取值 0.97
T，挥发时间 此处取值60
V，开口面积（电泳槽开口面积为：20㎡）
Q=0.00138×0.97×60×20
=1.6g
因电泳槽工作时为循环搅拌，每小时搅拌次数为4次，每小计挥发溶剂量为：10g
排放浓度为：1.25mg/m3。
各工位排风量：
（1）喷漆室：350~500m3/h（循环风恒温恒湿）。
（2）闪干室：150~250m3/h。
（3）罩光喷漆室：26000立米/时（排放浓度：29.5mg/m3，排放速率为：0.786kg/h。
（4）电泳烘干室：500~750m3/h。
（5）面漆烘干室：500~750m3/h。
（6）电泳室体：8000m3/h。废气浓度为：1.25mg/m3。
（7）除罩光喷漆室外进放催化废气处理装置的风量为：1500~2250m3/h，故进入
（8）催化废气处理溶剂量为：2.832kg/h废气浓度为：1260mg/m3~1900mg/m3
（9）催化处理效率为95%，最大浓度时处理后排放量为：96mg/m3<120mg/m3，排放速率为：2.832Kg/h<10Kg/h
设备主要用于面漆喷漆流平烘干以及电泳烘干产生的高浓度有机废气的催化燃烧处理，处理风量为5000m3/h。设备主要有燃气加热催化燃烧、预热器、催化剂和壳体组成。同时设置有1套烟道尾气制备热水系统。以确保烟气排放温度不高于120℃，充分实现节能。
原理说明：
有机废气催化净化装置，是利用催化剂中间载体，使废气在较低的温度下氧化分解成无公害的CO2和H2O并释放出热量。
废气源经阻火除尘器过滤后，进入热交换装置和催化反应后的高温气体进行能量间接交换，此时废气源的温度得到第一次提升；之后废气源进入预热室，进行第二次的温度提升；再进入第一级催化反应，此时有机废气在低温下部份分解，并释放出能量，经温度检测系统自动检测，将气体温度控制在催化反应的最佳温度，进入催化反应室，有机气体得到彻底分解，同时释放出大量的能量，净化后的气体通过热交换器将热能转换给废气源进行预热，降温后气体由引风机排空。
三、结论
设计的水帘喷漆室已于2014年投产，实测指标：喷漆室内平均风速：0.43m/s，废气排放量1500m3/h，自动捞渣机捞渣量（含水）0.5吨/天，送风温度：24℃、送风相对湿度：58%，废气通过环保部门验收。整体效果符合技术协议要求及设计要求。采用循环风技术，提高废气中污染物的含量，减少风机的能量损耗，降低了废气处理的成本。自动捞渣技术稳定可靠，减少了人力成本。
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作者简介：黄新国（1985-），男（汉族），山东人，硕士研究生，机械设计及理论专业，工程师，主要从事涂装设备设计及施工管理工作。
论文作者:黄新国,贾伟,邱一鸣
论文发表刊物:《北方建筑》2016年11月第31期
论文发表时间:2016/11/24
标签：喷漆论文; 废气论文; 水帘论文; 挡板论文; 装置论文; 水幕论文; 水泵论文; 《北方建筑》2016年11月第31期论文;