一、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
（1）工件最大外形尺寸：12000（mm）×2450（mm）×3000（mm）；（2）工件最大重量：3600kg；（3）生产任务：40000件/年（三班制，22.5小时/天），按每天生产150件计算；（4）生产节拍：8分钟/件（设备负荷率88.9%）；（5）动力条件：电源：三相四线制，AC380V，网络电压波动±15%，频率50±5%Hz；热水：90℃，0.2Mpa；冷水：5℃，0.2Mpa；压缩空气：0.6～0.8MPa；涂装生产线工艺流程：上件→底漆喷漆预备→底漆喷漆（＞15℃）→底漆流平（20-40℃）→底漆烘干（70-80℃）→底漆强冷→面漆喷漆预备→面漆喷漆（＞15℃）→面漆流平（20-40℃）→面漆烘干（70-80℃）→面漆强冷→下件其中底漆、面漆喷漆室采用文式喷漆室，全自动机器人喷涂；烘干室采用红外加热器辐射加热，所选用的红外加热器对有机气体具有分解净化功能，其有机气体净化率可达到60%。
2、各工位通风风量确定
（1）喷漆室送排风风量计算：对于顶部送风、底部抽风的喷漆室通风量计算，其总的通风量按下式计算:V=3600Fu[1]式中V——喷漆室总的通风量（米3/小时）；F——喷漆室操作的地坪面积（米2）；u——垂直于地坪的空气流速（米/秒）。根据《涂装作业安全规程喷漆室安全技术规定GB14444-93》中规定室内无人操作的大型喷漆室内风速控制在0.25-0.38m/s，这里空气流速取0.25m/s，假设喷漆室内腔尺寸：8m（长）×7m（宽），则总送排风风量：V=3600*8*7*0.25=50400m3/小时（2）烘干室送排风风量确定本烘干室采用红外加热器辐射加热，其自身需要有一定的风量来进行冷却，所需风量为350～400米3/（小时·只），则总送风风量V=（350～400）n，其中n为红外加热器的数量。本涂装线中底、面漆烘干室各采用28只红外加热器，故烘干室送风风量为9800～11200米3/小时。（3）强冷室送排风风量确定强冷室的通风量按下式计算:V=Q/（ρcΔT）式中V——强冷室总的通风量（米3/小时）；Q——强冷室需要带走的热量（千卡/小时）；ρ——空气的密度（公斤/米3）；取1.29c——空气的比热（千卡/公斤·℃）；取0.24ΔT——送排风的温度差（℃）。根据生产工艺，工件温度从70℃降到20℃,需要带走的热量约为15.5万大卡/小时,ΔT取15℃，则强冷室总送排风风量：V=155000/(1.29*0.24*15)=33300米3/小时（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。
二、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。
作者：卜荣飞 郑小艳 单位：中国联合工程公司涂装所
