循環風技術在保險杠涂裝生產線中的應用研究

田元超，呂獻華，張攀峰，閆明強

（河南平原智能裝備股份有限公司，河南 鄭州 450000）

保險杠是汽車重要的外部裝飾件，目前國內主流的保險杠涂裝工藝是前處理-水分烘干-火焰處理-噴漆-烘干-冷卻，噴漆采用“三噴一烘”工藝。其中噴漆工序因其特殊的工藝要求，需要油漆溫度和噴漆室溫度及濕度都保證在一定的工藝窗口范圍內，才能保證保險杠表面噴涂的質量。空調送排風系統提供了車間的通風換氣及提供穩定溫濕度環境的雙重功能，在涂裝車間設備能耗中占比較大，為了降低保險杠涂裝生產線的能源消耗，并且近年來隨著機器人自動噴涂的普及應用，循環風技術在保險杠涂裝生產線中得到了全面應用，因此，深入研究循環風技術在保險杠涂裝生產線中的應用具有十分重要的現實意義。

1 循環風技術在保險杠涂裝生產線中的應用技術方案

現以某汽車廠新建保險杠涂裝生產線為例說明循環風技術在保險杠涂裝生產線中的應用技術方案（見圖1）。保險杠采用雙邊上下2 層的組掛方式，設計產能為40JPH，輸送方式采用輕型滑撬輸送，噴涂工藝為前處理-水分烘干-火焰處理-噴漆-烘干-冷卻，前處理采用預脫脂-脫脂-水洗1-水洗2-純水洗-吹水-水分烘干-冷卻工藝，噴漆采用“三噴一烘”工藝，火焰處理及噴漆全部采用機器人自動噴涂，噴漆室采用干式漆霧捕集裝置。空調設計計算輸入的環境氣候條件為夏季溫度35℃，濕度79%，冬季-5℃，濕度74%。噴漆室送風參數要求一年四季恒溫恒濕，溫度為23℃±5，濕度65%±5。

圖1 保險杠涂裝生產線干式噴漆室循環風原理示意圖

保險杠涂裝線噴漆室自動噴涂段及流平段均采用循環風供風系統，底漆、面漆和清漆噴涂段及流平段分別設置1 臺獨立的循環風空調，3 臺循環風空調的風量分別為52020m3/h、77220m3/h 和80220m3/h。底漆、面漆及清漆檢查段由于有人員作業，為了保證作業人員職業衛生健康，系統設置1 臺新風空調用于底漆、面漆及清漆檢查段的送風，送風量標準分別為底漆檢查段截面下降風速0.1m/s、面漆檢查段截面下降風速0.12m/s、清漆檢查段截面下降風速0.1m/s，送風量分別為5400m3/h、6480m3/h 和5400m3/h，新風空調總的送風量為17280m3/h，新風空調采用全功能段設置，保證送風參數。由于干式噴漆室排風阻力的變化特性與濕式噴漆室不同，所以3個噴漆室的自動噴涂段、檢查段和流平段的排風機需要獨立設置用于適應干式噴漆室排風阻力線性增長的變化特性，實現系統的風平衡自動調整，保證風平衡穩定。

流平段的排風沒有漆霧顆粒，相對比較潔凈，因此將流平段的部分排風送至RTO 進行處理后達標排放，保證系統內部VOC 產生量和處理量的動態平衡，保證VOC濃度穩定、安全及可控。系統需要對循環風的比例進行合理設計和控制，根據設計計算和以往項目的觀測經驗數據來看，循環風的比例在90～95%比較安全、經濟、合理，循環風的比例設計和控制一方面要保證噴漆室內的VOC濃度不高于爆炸下限的25%，確保系統運行安全，另一方面需要保證RTO 的焚燒盡可能達到自燃的經濟運行狀態，降低廢氣處理系統運行成本。

2 干式噴漆室循環風的特性和規劃設計要點

2.1 干式噴漆室循環風的特性

根據對我公司承建的國內第一條保險杠干式噴漆室的調試和數據觀測，發現干式噴漆室與傳統的濕式噴漆室系統排風阻力變化特性完全不同，傳統的濕式文丘里噴漆室系統排風阻力相對恒定，基本穩定在800～1000Pa,系統排風阻力在正常使用和維護的情況下基本保持不變，干式噴漆室系統排風阻力在濾材的一個更換周期內與漆霧捕集量成線性增長的趨勢，初阻約為100Pa，終阻約為1500Pa，在濾材的一個更換周期內系統阻力在100～1500Pa 之間不斷增長（見圖2）,因此干式噴漆室和傳統的濕式噴漆室風平衡設計和控制完全不同，需要適應干式噴漆室系統排風阻力的變化特性來保證風平衡穩定。

圖2 保險杠涂裝生產線干式噴漆室排風阻力變化趨勢分析圖

根據對我公司承建的國內第一條保險杠干式噴漆室的循環風系統調試和數據觀測，發現干式噴漆室和濕式噴漆室的循環風的溫濕度變化特征完全不同。傳統的濕式文丘里噴漆室系統送風參數為溫度23℃，濕度65%時，回用風的參數根據數據觀測約為20℃，濕度95%左右，溫度大約降2～3℃，排風由于經過文丘里的汽水混合，濕度明顯增加很多，循環風的處理過程需要先進行漆霧過濾，然后進行制冷除濕，降溫至露點中間狀態溫度16.07℃，濕度100%，再進行等濕升溫至溫度23℃，濕度65%，其溫濕度調整過程需要消耗大量的冷熱量；干式噴漆室系統送風參數為溫度23℃，濕度65%時，回用風的參數根據數據觀測約為24～27℃，濕度大約在50%～65%之間，回用風的溫濕度沒有明顯變化，循環風的處理過程只需要對溫濕度參數進行微調即可，循環風的處理過程需要先進行漆霧過濾，然后進行制冷等濕降溫，調整溫度參數，然后再進行等焓加濕調整至溫度23℃，濕度65%，其溫濕度調整過程消耗冷熱量較少，能耗較低。

根據對我公司承建的以往保險杠涂裝線的調試和數據觀測，以及對同行業其他公司承建的保險杠涂裝線循環風的跟蹤調查，VOC 無組織排放超標是各種噴漆室循環風面臨的共同風險和共性問題，VOC 無組織排放超標不僅將會造成環保不達標的巨大風險，而且還會給員工的職業衛生健康造成威脅，由于保險杠涂裝線的循環風比例較車身線的比例更高，因此，在保險杠涂裝線循環風的規劃設計及施工等方面需要更加重視規避VOC 無組織排放超標的風險。

2.2 干式噴漆室循環風的規劃設計要點

根據以上對干式噴漆室系統排風阻力變化特性的分析，在進行干式噴漆室循環風的風平衡規劃設計和控制時，需要考慮適應干式噴漆室系統排風阻力的變化特性來保證風平衡穩定，需要考慮3 個噴漆室的自動噴涂段、檢查段和流平段的排風機需要獨立設置用于適應干式噴漆室排風阻力線性增長的變化特性，在系統中設置風壓傳感器，采集風管內的風壓數據轉換為風量數據，風量數據輸出給PLC 控制系統，控制系統中的PLC 對采集數據進行比對分析，發出執行信號給排風機的變頻器，適時調整排風機變頻器的頻率，適應干式噴漆室排風系統阻力的不斷變化，實現系統的風平衡自動調整，保證風平衡穩定。另外系統中還需要設置壓差報警裝置，顯示濾材在一個更換周期內壓差變化數據，在濾材達到終阻時發出報警信號，提示設備維護人員進行濾材及時更換和維護，維持系統風平衡穩定。

根據以上對干式噴漆室循環風回風的變化規律的研究和分析，需要針對其變化規律和調整過程進行干式噴漆室循環風空調的開發和設計。干式噴漆室系統送風參數為溫度23℃，濕度65%時，回用風的參數根據數據觀測約為24～27℃，濕度大約在50%～65%之間，回用風的溫濕度沒有明顯變化，根據這些變化特性分析循環風的處理過程只需要對溫濕度參數進行微調即可，循環風的處理過程除需要設置漆霧過濾段進行漆霧過濾外，還需要設置表冷段和加濕段對溫濕度參數進行調整，表冷段的制冷能力較濕式循環風空調小很多，約為濕式循環風空調制冷能力的1/3～1/4，表冷盤管材質宜選用不銹鋼材質，因為循環風中含有油漆成分易腐蝕表冷器，空調內部及風管也宜選用不銹鋼材質。干式噴漆室循環風空調的加濕與新風空調不同，干式噴漆室循環風空調需要的加濕量很小，只需對送風濕度進行微調即可，因此加濕方式的設計與新風空調的加濕有所不同，干式噴漆室循環風空調的加濕可采用純水與壓縮空氣混合的二流體加濕方式，此種加濕方式無需設置加濕水泵，因此設備投資及運行成本均較低。

針對保險杠涂裝線的循環風VOC 無組織排放超標的問題，在規劃設計和施工過程中需要綜合考慮多種因素、綜合采取多種措施進行規避和解決。循環風系統中含有VOC 的風管盡量采用負壓設計，防止因風管泄漏造成無組織排放超標的問題；在循環風系統的規劃設計階段，需要合理設計和控制循環風VOC 濃度，確保VOC 濃度在合理的區間范圍內，避免循環風比例過高，造成系統濃度超高，增加因泄漏和外溢造成的無組織排放超標的風險；在循環風系統的規劃設計階段，需要合理規劃設計噴漆區域風平衡，在調試階段需要按照規劃設計的要求進行系統的風平衡調試，避免送排風出現紊亂造成無組織排放超標的問題；在噴漆系統設計階段需要合理設計，保證循環回用風管及室體保證密封良好不漏氣，防止因系統泄漏造成無組織排放超標的問題；在循環風系統的規劃設計階段，需要考慮對噴漆室漆霧捕集區域進行封閉，并且需要設置送排風系統，保證換氣良好，減小該區域的擴散濃度；在循環風系統的規劃設計階段，需要考慮加大噴漆區域環境送風量，增加換氣次數，減小該區域的擴散濃度，避免無組織排放超標的問題。

3 干式噴漆室循環風和傳統濕式噴漆室循環風的經濟性對比分析

現以以上使用地點在華中地區的某40JPH 保險杠涂裝生產線為例對干、濕式噴漆室的全循環風的空調能源消耗進行對比分析，此干式噴漆室的循環風采用如下運行方案：新風空調夏季采用制冷除濕+二次升溫的方法調整溫濕度，冬季采用加熱+加濕的方法調整溫濕度；循環風空調一年四季采用降溫+加濕的方法微調送風溫濕度，送風溫濕度要求一年四季恒定為23±2℃，65%±5。此濕式噴漆室的循環風采用如下運行方案：新風空調夏季采用制冷除濕+二次升溫的方法調整溫濕度，冬季采用加熱+加濕的方法調整溫濕度；循環風空調一年四季采用降溫除濕+二次升溫的方法調整送風溫濕度，送風溫濕度要求一年四季恒定為23±2℃，65%±5。在此基礎上對干式噴漆室的循環風和濕式噴漆室的循環風的空調能源消耗進行對比分析。

根據新風空調的運行模式，對制冷量和加熱量分冬季和夏季模式分別進行計算，然后按照冬季模式及夏季模式分別運行100 天計算，夏季進風條件：T=35℃，RH=79%，空調采用制冷除濕再等濕升溫的工作模式。冬季進風條件：T=-5℃，RH=74%，空調采用加熱升溫再等焓加濕的工作模式。干式噴漆室全循環風空調全年運行模式恒定，進風條件溫度25℃，絕對含濕量11.4g/kg，出風條件為23±2℃，65%±5，工作模式為等濕降溫。濕式噴漆室全循環風空調全年運行模式恒定，進風條件溫度20℃，相對濕度95%，出風條件為23±2℃，65%±5，工作模式為制冷除濕再等濕升溫。計算出的制冷量及加熱量的數值如圖3～4 所示。

圖3 能耗分析對比表

圖4 年能耗費用分析對比表

通過干式噴漆室的全循環風系統與傳統的濕式噴漆室的全循環風系統能源消耗分析對比得出以下結論：（1）新風空調按照冬夏季模式年各運行100 天、雙班、負荷系數0.7，循環風空調按照年運行250 天、雙班、負荷系數1、用電單價1 元/kW*H 計算，每年制冷節約電費約39 萬元；（2）天然氣按照年運行100 天、雙班、負荷系數0.7、單價3.5 元/m3計算，每年節約燃氣費約71 萬元。

干式噴漆室的全循環風系統比傳統濕式噴漆室的全循環風系統節能效果更加明顯，自動段循環風空調的工作狀態更加易于控制、更加穩定，能更好地確保外表面噴涂作業環境的需求，隨著干式噴漆室及內噴機器人的普遍推廣和應用，建議采用干式噴漆室的全循環風系統進一步降低涂裝設備能源消耗，同時由于廢氣處理無需除濕升溫，可以減少廢氣處理的能源消耗，提高廢氣處理的效率。

通過上述對循環風技術在保險杠涂裝生產線中的應用技術方案的介紹，明確了循環風技術在保險杠涂裝生產線中應用的成功方法，研究分析了干式噴漆室循環風的特性和規劃設計要點，為保險杠涂裝生產線干式噴漆室循環風系統的工藝規劃、空調系統設計、送排風系統設計、控制系統設計提供了理論依據和參考，并進行了干式噴漆室循環風和傳統濕式噴漆室循環風的經濟性對比分析，為循環風技術在保險杠涂裝生產線中的應用提供了相關的理論依據和技術方向。通過保險杠涂裝生產線循環風的應用能有效地降低生產成本，減少污染物的排放。