淺談客車涂裝打磨室粉塵收集系統設計

顧九如，高艷賓 （南京金龍客車制造有限公司，江蘇南京 211215）

0 引言

公司涂裝車間現有在用打磨室6臺，打磨作業時打磨粉塵飛散、灰塵聚集在室內無法有效排出，導致工作人員無法操作，只能敞開門作業；粉塵不僅對車間環境造成污染，影響油漆外觀質量，還會危害到員工身體健康，并存在一定安全隱患，亟待解決。通過對現用設備的排查、試驗，分析現存主要問題如下：

（1） 排風道設計不合理，室內排風不均勻；

（2） 排風機風量、壓力不足，在原設計基礎上，后增加除塵裝置，使排風阻力過大，原風機風壓更加達不到使用要求，導致排風量過小，除靠末端排風口范圍檢測到風速，其余大部分位置檢測不到風速；且排風過濾嚴重堵塞；

（3） 進風過濾面積不夠，設計不合理；且進風過濾嚴重堵塞。

因此，急需進行打磨室送排風改造。

1 打磨室送排風結構原理

1.1 打磨粉塵來源

客車廠的主要產品為客車，蒙皮電泳后需要刮涂原子灰，刮完后需要打磨，打磨過程中會產生大量粉塵；并且中涂之后，同樣需要打磨，產生的打磨粉塵也非常多。

1.2 打磨室粉塵收集方式

目前主流的客車廠通常采用3種粉塵收集系統：第1種為打磨室體整體進行送排風，排風端設立集塵系統，除塵效率為99 %；第2種為源頭除塵，在打磨工具上把打磨產生的粉塵抽吸干凈，源頭抽排的效率可以達到90 %以上；第3種為前兩種方案結合使用，在使用效果及節能方面具有顯著優勢。

2 打磨室整體送排風除塵系統設計

2.1 送風系統［1］

送風系統是對室體引入干凈空氣，配合排風形成室體內自上而下的氣流，保證室體形成穩定的風向，從而提升打磨室除塵的穩定性，提升除塵效果。

送風系統由送風機組和通風管路等組成。送風機組分為新風混合段、初效過濾段、中效過濾段、風機裝箱段，消聲段、送風段等，用于潔凈要求高的涂裝生產線。在涂層的裝飾性要求不高或投資不足時，可在打磨室體頂部設軸流風流強制送風，還可在室體側上部設通風百頁，利用室體內負壓強制氣流從百頁送風等。送風系統的選用需綜合考慮工藝技術水平、設備投入，場地條件等因素來權衡選擇。

送風量一般根據截面風速確定，通常風速控制在0.3 m/s左右［2］，保證將打磨粉塵有效向排風口壓送，風量計算公式為：

式中，k為損失系數，取1.05~1；F為室體截面積，m2；V為室體截面風速，m/s。

2.2 排風集塵系統

排風集塵系統一般由排風風道、集塵過濾系統、排風機、排風風道組成，排風風道設置在室體平面下方，一般由室體基礎澆筑而成，風道蓋板及過濾框架，可采用鋼結構制成，方便施工及降低土建施工難度及投資。

集塵過濾系統一般設計在風道側表面，大部分粉塵落入風道底部，定期清理即可，小部分粉塵由過濾袋收集，有利于延長過濾袋的更換周期；風道上表面設置格柵板，用于操作，引風道可設置在風道后方或者風道中部。由于膩子粉塵具有一定的可燃性，排風機目前一般采用離心式防爆風機，風量大，風壓高，風機應設置風機隔音室，采用巖棉夾芯板制成，使風機運行噪音控制在85 dB以下，室體排風管，根據風量大小，選用合適的直徑，出口設置于廠房上方，進行高空排放。

集塵系統為打磨室的核心部件之一，其處理效果直接影響粉塵的收集效果，是能否滿足環保要求的關鍵部件，其功能是收集處在室體空氣中的粉塵顆粒物，應根據粉塵類型、粉塵顆粒直徑，工藝指標要求選擇合適的過濾等級，一般膩子粉塵可選用F6級及以下等級的過濾袋，過濾袋比過濾板有更大的過濾面積，從而實現更大的集塵量，延長更換周期，降低使用成本，在粉塵量較大及預算充足的情況下，可選用帶自動反吹功能的除塵器。

打磨室為防止粉塵外溢到車間，導致漆面顆粒物，一般設置為排風量略大于送風量。

3 打磨室源頭除塵系統設計

高負壓源頭除塵吸塵效果的好壞和系統設計有直接的關系。

3.1 高負壓源頭除塵系統的工作原理

高負壓源頭除塵系統主要由4個部分組成：高負壓主機、管路系統、打磨工具及附屬設施。其工作原理見圖1。

圖1 高負壓源頭除塵系統的工作原理Figure 1 Working principle of high negative pressure source dust removal system

3.2 吸塵效果與砂紙之間的關系

砂紙孔數越多，吸塵效果越好，其中網砂（圖2）吸塵效果最好，打磨出來的漆面也會比較均勻，價格也最高。

圖2 網砂及其微觀結構Figure 2 Mesh sand and its microstructure

多孔砂紙（圖3）的吸塵效果比網砂略差，目前主流客車廠多數采用此種打磨砂紙。

圖3 多孔砂紙Figure 3 Porous sandpaper

吸塵效果和打磨機的托盤也有很大關系，托盤上的孔越多，吸塵效果越好；托盤搭扣大，吸塵效果也越好。因為使用普通九孔砂紙時一般工人不會去對孔安裝，所以把托盤的搭扣做得大些，并且托盤上的孔做得多些，這樣對于增加通風量來說是非常有好處的，通風量增加了，吸塵效果就好。

3.3 吸塵效果和打磨工具之間的關系

吸塵效果和打磨工具之間也有很大的關系［3］，一般與打磨工具吸塵口設計的大小有關，打磨工具大致分為3種類型：不帶吸塵、自吸式、中央集塵式，中央集塵式打磨工具吸塵口設計得越大，吸塵效果越好。

3.4 防爆設計

由于原子灰的粉塵和中涂打磨漆面的粉塵均為有機粉塵，有一定的爆炸性，但危險性比較低，所以對于防爆設計為可選項，由于造價因素一般客車廠均不設計防爆系統。系統標準配置為：

● 過濾器抗靜電濾芯；

● 過濾器防爆膜；

● 管道隔爆閥；

● 軟管抗靜電材質，防止粉塵與管道之間摩擦產生靜電；

● 整個管網系統的接地及連接；

● 過濾器的接地連接；

● 主管道設計清灰閥門，及時清理管道積灰；

● 主機濾芯采用防靜電材料制成；

● 自動卸料系統，把過濾器內部的灰塵間斷性地卸到外部過濾袋，減少過濾器內部的粉塵量。

3.5 方案設計

3.5.1 打磨口布置及數量確認

一般客車打磨室每個工位設置8個吸塵口［4］，便于員工操作，軟管不用設計太長；8個吸塵口在車身兩邊均勻布置，吸塵口采用手動翻板閥（圖4）。

圖4 手動翻板閥Figure 4 Manual flap valve

3.5.2 吸塵風量設計

根據實際經驗、試驗數據等及各客車廠使用情況，每個偏心打磨機需要的抽風量為80 m3/h［5］，風量根據同時工作的吸塵口數量計算，例如：6個打磨室、48個吸塵口不會同時工作，設計整個系統只有20個操作工人同時打磨，那么需要的風量為：20×80 m3/h=1 600 m3/h。

3.5.3 主機及過濾器的選擇

主機采用高真空主機，配備羅茨風機，配套變頻器用于節能，羅茨風機具有高負壓、大風量、低噪音的特點，非常適合集中除塵使用。

過濾器采用高負壓除塵器，對于直徑0.3 μm顆粒，過濾效率≥99.95 %，其功能如下：

（1） 進風口處帶有減速器及預分離器，用于分離粗大顆粒，防止高速行進的粗大顆粒直接沖擊濾芯造成濾芯的損壞。

（2） 過濾器具有定時清灰及壓差清灰兩種相結合的清灰方式，可事先設定清灰間隔時間，過濾器運行到設定的時間間隔后自動清灰。但是各種使用環境下的粉塵量及使用度不同，時間間隔不好掌握，此時需要使用壓差清灰，當過濾器濾芯內外的壓力差達到設定極限值時，過濾器自動清灰，防止濾芯長時間過載使用造成過濾性能下降（濾芯過濾性能下降后不可恢復），壓縮空氣控制反吹閥門的開閉，程序自動控制實現濾芯的高效清灰。

圖5 濾芯清灰示意圖Figure 5 Schematic diagram of filter element cleaning

3.5.4 管網系統設計

為了避免管道積灰并且減少管道壓力損失，主管全部采用DN100-DN200的不銹鋼管，管道連接全部采用卡箍的連接方式，拆卸簡單方便，管箍連接的地方全部用導線連接，最后和廠房的結構連接起來，防止粉塵和管道之間摩擦產生靜電。

主管道末端安裝氣動蝶閥，定時進行反吹，防止管道積灰。管道清灰閥門定時采用系統本身的真空源，當管道清灰閥門打開時，大量的空氣涌入，在管道內產生高速氣流，把管道內的灰塵清理到旋風除塵器，閥門的開啟時間可在控制系統中調節。

3.5.5 自動卸料閥設計

除塵器上的自動卸料閥門采用插板閥閥門，該閥門結構簡單，密封性好，經久耐用。

灰桶和卸料閥的連接方式：灰桶和卸料閥之間采用伸縮式透明軟管（聚氨酯）連接，卸灰時不會出現二次揚塵的情況。

3.5.6 系統功能

系統具有全自動的啟動、停止、保護、防爆等功能。主機控制系統為變頻器和PLC（可編程控制器）共同控制，當有任一主機開始工作時，閥門開啟，并開啟主機，工作點越多，主機轉速越高，能耗越大，當所有閥門都關閉時，主機延時關閉，延時時間可以調整。

主機同時有各種過載保護功能，包括電機過熱、主機過載、灰桶滿灰報警等功能。

3.6 使用效果

中央式吸塵系統，用于打磨吸塵用，吸塵效率在90 %以上，過濾后排放標準：過濾后的空氣，在風機出口處的粉塵濃度在10 mg/m3以下［6］，滿足國家環保排放標準。

4 結語

隨著人們環保意識的不斷增強，以及國家環保要求的日益嚴苛，員工職業健康及作業環境的要求不斷提高，針對高粉塵的打磨室，設置合理有效的送排風及集塵系統勢在必行，需根據生產綱領、產品特性、投資大小、場地條件等綜合因素，合理進行送排風系統的設計與選型。