2023-08-04
引言
涂裝線的循環(huán)風技術(shù)一般應(yīng)用于噴涂工序的自動噴涂段等無人作業(yè)工序。隨著自動噴涂技術(shù)的不斷推進,循環(huán)風技術(shù)在涂裝線得到了廣泛應(yīng)用,其目的在于節(jié)能降耗。循環(huán)風技術(shù)應(yīng)用的具體方案與涂裝工藝細節(jié)有關(guān)。在農(nóng)機涂裝領(lǐng)域,雙組分水性漆涂裝工藝有一定的獨特性，循環(huán)風技術(shù)的應(yīng)用與其他工藝相比也有其相應(yīng)的差異性。2018 年筆者公司智能駕駛艙涂裝項目建成投產(chǎn)，本項目面漆工序即采用雙組分水性漆工藝,自動噴漆段及流平段采用了循環(huán)風技術(shù),在設(shè)計循環(huán)風實施的具體方案時,針對線體布局、工藝參數(shù),對投標方案進行了優(yōu)化設(shè)計,以下進行詳述。
1、循環(huán)風技術(shù)的基本原理及意義
眾所周知,涂裝生產(chǎn)是企業(yè)動能消耗的主要環(huán)節(jié)。提到涂裝能耗,人們首先會想到烘干工序,因為烘干時需要的較高溫度讓人們印象深刻。但實際上,在涂裝生產(chǎn)工藝過程中，噴涂工序才是涂裝生產(chǎn)耗能占比大的工序,原因是噴漆室送排風系統(tǒng)的風量巨大,調(diào)溫、調(diào)濕需要耗費大量能源。相比于溶劑型涂料，水性漆工藝對于噴涂工序的溫濕度要求更加嚴苛，對于水性漆工藝而言,空調(diào)送風系統(tǒng)的能耗更加巨大,因此循環(huán)風技術(shù)在水性漆涂裝線的應(yīng)用也更具意義。
循環(huán)風空調(diào)系統(tǒng)的基本原理是將噴涂工序送排風系統(tǒng)的排風，經(jīng)過濾及調(diào)溫調(diào)濕后回送至送風系統(tǒng)進行循環(huán)利用。由于排風的溫濕度參數(shù)更接近于工藝要求,相比于新風空調(diào),循環(huán)風空調(diào)調(diào)溫調(diào)濕消耗的能耗明顯減少,因此循環(huán)風技術(shù)應(yīng)用意義就是節(jié)能減排,降低能耗。表1為筆者公司涂裝線空調(diào)送風設(shè)備的裝機容量參數(shù)。以表中參數(shù)概算，如果都以大能耗工況運行，新風空調(diào)的風量耗能為 4186.6kw/117300m=0.035691 kW/m循環(huán)風空調(diào)的風量耗能為225.1kW/44800 m=0.005627kW/m；以筆者公司的能源價格計算,新風空調(diào)的能耗為 776 元/h，循環(huán)風空調(diào)的能耗為58元/h，折合每萬m3風量的能成本分別為776／11.73=66.14 元和 58／4.48=12.84 元，顯然循環(huán)風空調(diào)相比于新風空調(diào)要明顯節(jié)能。當然，空調(diào)系統(tǒng)不會總是在極端天氣條件下運行，但總體而言循環(huán)風空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能效果還是非常明顯的。
2、農(nóng)機涂裝線雙組分水性漆工藝特征
農(nóng)機涂裝領(lǐng)域，雙組分水性面漆一般為雙組分聚氨酷體系,這一體系在實現(xiàn)材料水性化的同時,保持了雙組分聚氨酷面漆良好的外觀品質(zhì)和優(yōu)異的涂層性能。近年來,隨著國家及地方在環(huán)保法規(guī)擬定、環(huán)保治理監(jiān)管方面的不斷加強，雙組分水性漆在農(nóng)機與工程機械領(lǐng)域得到了迅猛的推廣，成為農(nóng)機行業(yè)涂裝體系水性化改進的重要工藝之一。農(nóng)機行業(yè)的雙組分水性漆一般采用單涂層實色漆工藝,采用“濕碰濕”兩道涂裝,漆膜厚度在 40~50 um之間。由于采用單涂層實色工藝,工藝過程比較簡單，其噴涂段相應(yīng)來說一般較短。筆者公司雙組分水性漆的施工工藝參數(shù)見表 2，這也是目前農(nóng)機行業(yè)雙組分水性漆工藝的典型參數(shù)。
雙組分水性漆噴涂工藝除了噴涂工序，在流平工序也需要長時間、大風量的送風,從表 2 可以看出,在流平工序需要15min 時長、風速0.3~0.5 m/s 的送風條件,這樣的風速要求同于噴漆室的送風風速。因而流平段也具備采用循環(huán)風技術(shù)的基本條件，這是農(nóng)機行業(yè)雙組分水性漆工藝的一大特征。其工藝目的是去除涂層中的大部分水分，避免在涂層烘干過程中因水分蒸發(fā)產(chǎn)生癢子等涂層缺陷。
基于農(nóng)機行業(yè)的市場規(guī)模，其涂裝線生產(chǎn)節(jié)拍不會很大,綱領(lǐng)基本都會在 5 萬臺以內(nèi),因而噴涂工序一般較短，自動噴涂段之后都會設(shè)置補噴工序,甚至是人工噴涂工序,以應(yīng)對新產(chǎn)品或小批量特殊訂單產(chǎn)品,因而其補噴段或人工噴涂段長度往往等同于自動噴涂段甚至超過自動噴涂段，這是農(nóng)機行業(yè)涂裝線的又一大特征。筆者公司的農(nóng)機涂裝線雙組分水性漆涂裝線即是如此,其工藝布局見圖 1。
綜上，農(nóng)機行業(yè)雙組分水性漆涂裝工藝的循環(huán)風空調(diào)一般會有兩臺，對應(yīng)自動噴涂段及流平段兩個工序。
3、循環(huán)風空調(diào)的慣常做法
循環(huán)風空調(diào)技術(shù)的慣常做法是將相應(yīng)工段的排風回送至送風空調(diào)的吸風口，進行過濾及調(diào)溫調(diào)濕后循環(huán)使用，同時補充一定量的新風,基本上就是本工序送排風系統(tǒng)的自循環(huán)。慣常的做法還會把擦凈間的排風作為新風加以回用。結(jié)合到筆者公司的雙組分水性漆工藝，典型的循環(huán)風做法見圖2，這也是項目招標時投標公司提供的技術(shù)方案。
4、循環(huán)風空調(diào)方案的優(yōu)化設(shè)計
前文說過，對于農(nóng)機行業(yè)的雙組分水性漆工藝而言,有兩大工藝特征:一是人工補噴工位的長度接近或大于自動噴涂工位,二是流平段的溫度要求為 15C以上,相對濕度 80%以下即可。正是基于這兩個特征,兩個循環(huán)風空調(diào)的方案存在優(yōu)化設(shè)計的可能。
首先，對于自動噴涂段來說,由于整個噴涂工序的噴涂量主要在自動噴涂段完成，因而自動噴涂段的排風相對于人工補噴段來說要污濁得多，而人工補噴工位的排風由于補噴量很小，排風潔凈很多，接近于新風,只是經(jīng)過文氏結(jié)構(gòu)后濕度變大,這與自動段的情況是一致的。由于補噴段長度接近或大于自動噴涂工位，新風空調(diào)的風量接近或超過自動段的風量，所以完全可以將補噴段的排風根據(jù)自動段的風量需求，部分或全部引入自動段循環(huán)風的入口，將補噴段的排風進行回用,形成另外概念的循環(huán)。這樣做的好處是：由于回用了更加潔凈的排風，可以大幅節(jié)省自動段循環(huán)風空調(diào)的濾材,延長循環(huán)風空調(diào)的維護周期,減少維護工作量，穩(wěn)定自動段送排風系統(tǒng)的工況。
對于流平段循環(huán)風空調(diào)來說，由于流平段的送風參數(shù)為 15°C以上,相對濕度 80%以下,這對國內(nèi)的大部分地區(qū)而言，一年中大部分時間段的室外天氣條件都是可以滿足的,因此完全可以以全新風的模式運行.且無需調(diào)溫調(diào)試,因而可以節(jié)省大量能源。只有在冬季寒冷時節(jié),當室外氣溫低于 15°C以下時,以循環(huán)風的模式運行，來降低熱源消耗。所以對于流平段的循環(huán)風空調(diào),其優(yōu)化設(shè)計的主要思路就是增加全新風模式在春夏秋季節(jié)時段,室外氣溫滿足15°C以上的溫度條件時,以全新風模式運行,其他時段則以循環(huán)風的模式運行。流平段空調(diào)要實現(xiàn)全新風及循環(huán)風兩個運行模式,需要將循環(huán)風空調(diào)的入口開設(shè)室外引風口,并設(shè)置自動風閥,在全新風模式時打開風閥,在循環(huán)風模式時關(guān)閉風閥。同時在流平段的排風口設(shè)置通向室外的排風管路,并在外排及回用管路上設(shè)置自動風閥,以便在切換運行模式時,實現(xiàn)排風的回用循環(huán)或直排。實現(xiàn)優(yōu)化設(shè)計后的循環(huán)風空調(diào)方案示意見圖 3。
5、循環(huán)風空調(diào)方案的優(yōu)化設(shè)計實例的運行效果
筆者公司的智能駕駛艙涂裝項目的面漆線即采用雙組分水性漆工藝自動噴涂工藝。項目招標時,幾個投標公司關(guān)于噴漆室空調(diào)系統(tǒng)的技術(shù)方案基本都是依據(jù)循環(huán)風空調(diào)的慣常做法，在自動噴涂段及流平段采用本工位送排風自循環(huán)模式實現(xiàn)循環(huán)風技術(shù)的應(yīng)用。在招標完成后的技術(shù)方案確認及圖紙會簽階段，筆者根據(jù)本項目具體工藝細節(jié)提出兩個工序循環(huán)風空調(diào)系統(tǒng)的改進意見，項目終即按上述優(yōu)化設(shè)計方案進行實施。該項目2018年8月投產(chǎn)至今已穩(wěn)定運行近4年時間,運行效果符合預(yù)期設(shè)計,工序運行參數(shù)符合工藝要求,設(shè)備運行平穩(wěn),工序產(chǎn)品質(zhì)量合格穩(wěn)定。
6、結(jié)語
不同行業(yè)的市場規(guī)模、生產(chǎn)需求不同，因而涂裝工藝存在一定差異甚至較大差異。循環(huán)風技術(shù)使用的終目的就是節(jié)能降耗,降低生產(chǎn)成本。其技術(shù)方案不應(yīng)是本工序送排風系統(tǒng)簡單的自循環(huán)模式,對其他工位更加潔凈更加優(yōu)良的排風加以回用,能夠進一步降低消耗,是循環(huán)風應(yīng)用的另外一種思路:而對于某些特定工序，考慮一年四季的氣候變化包括地域因素,空調(diào)系統(tǒng)一直采用循環(huán)風模式的運行工況并不一定是節(jié)能的,可以設(shè)置多種運行模式,包括全新風模式，根據(jù)氣溫條件進行模式切換,能夠?qū)崿F(xiàn)大程度的節(jié)能降耗。
采用循環(huán)風技術(shù)時,結(jié)合工藝實際進行仔細推敲和研判,合理設(shè)計技術(shù)方案,以期達到更好的運行效果,大限度地實現(xiàn)節(jié)能降耗是有益的、可行的。
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