钢结构智能环保涂装线设计分析与应用
2022-07-06蔡明波周军红杨高阳栾公峰高如国
王 伟 蔡明波 周军红 杨高阳 栾公峰 高如国
1. 中建钢构江苏有限公司 江苏 靖江 214532；2. 中建钢构武汉有限公司 湖北 武汉 430000
当前国内自动化喷漆房主要是为汽车和机械提供喷漆而设计的，大型产品室内喷涂一般采用湿式处理，生产过程产生废水，能耗高、二次污染严重。针对钢结构产品涂装生产线，一直以水平参差不齐、性能不完善的单个喷漆房为主，高污染、高危害、高耗能一直伴随着钢结构涂装行业，当前钢结构行业环保自动化喷涂仍处于研究和小规模试应用阶段。
本文所介绍的生产线设计，通过合理布置喷漆室、流平室、烘干室，形成流水线，应用水旋喷漆房＋干式过滤漆雾处理技术、沸石转轮＋RTO废气处理技术，可以实现大流量废气高效处理，提高了工作效率，改善了工人劳动环境，满足环保要求，摆脱了天气原因对喷涂作业的影响，进而缩短了油漆施工的周期，提升了涂装工效。
1 涂装线整体布局
1.1整体布局
涂装线在油漆车间内沿纵向直线形布置，包含底漆喷漆室、流平室、烘干室和中间漆喷漆室、流平室、烘干室，室外设置沸石转轮＋RTO废气处理系统以及废水处理系统[1]。
钢构件通过小车和地链沿涂装线单向流动，小车到达出口后，成品构件入库，小车经行车吊运至流水线入口，以此形成循环流水作业（图1）。
图1 涂装线效果图
1.2工艺流程
上件→地链牵引至底漆喷漆室→喷底漆→流平→烘干→自然冷却→喷中间漆→流平→烘干→自然冷却→下件→工件吊装至储存区域→小车经行车吊运至上件工位
2 喷涂线设计分析
2.1全封闭式设计
喷涂线由传统无组织排放转变为有组织排放，首先应实现全流程封闭式喷涂作业。通过设计喷漆室、流平室和烘干室，形成多室联动，实现全封闭式喷涂；喷漆室采用微负压设计，一方面使流平室气体向喷漆室流动，另一方面防止气体外泄；室体外墙主要由钢骨架、壁板、钢化玻璃组成，喷漆室和流平室壁板选用岩棉复合板，烘干室壁板选用阻燃高密度岩棉复合板，壁板与地面结合处采用U形包角及密封材料进行密封处理，防止漏风，从而实现全流程封闭式作业（图2）。
图2 全封闭式生产线
2.2大型非标钢构件高效喷涂作业
钢构件具有工件大、转运困难等特点，传统方式均为定点完成全部油漆喷涂，油漆干燥以自然干燥方式为主，效率较低。
高效喷涂技术通过地链式全承载工位输送线，可实现构件的流水作业，无需吊运，实现各层油漆分区喷涂，提高喷涂的自动化水平；通过设计烘干房，实现钢构件快速烘干，节约喷涂等待时间，大大提升喷涂效率；喷漆室通过安装温度和湿度调节设备，实现恒温恒湿，可使喷漆室在雨季不受外界环境条件影响；通过设计节拍式生产模式，平车到达预定工位后停止，在静止状态下喷涂更有利于保证质量，节拍时间到达后，再次启动运行，等待下一个节拍到位（图3）。
图3 地链式工位输送线烘干室
2.3漆雾与废气处理
钢构件工件大，喷漆量大，单个喷漆房产生的漆雾和废气处理量大。采用水旋喷漆房＋干式过滤处理技术[2]，先用水旋处理空气中的大部分油漆颗粒物，再用多级干式过滤处理剩余颗粒物，经过多道过滤，可以保证进入沸石转轮的空气中颗粒物不会堵塞沸石。
采用沸石转轮吸附浓缩＋RTO净化处理，大风量、低浓度废气通过沸石转轮被吸附，立式转轮可提供大量气体接触沸石表面积，达到95%以上的VOCs去除率。在沸石转轮的浓缩饱和区通入热流进行脱附，脱附后的高浓度气流抽送至RTO进行焚烧，RTO分为2个蓄热室，有机废气被抽入蓄热室1进行升温，吸收蓄热室中的热量，后进入焚烧室进一步燃烧，分解成二氧化碳和水，处理后的高温气体送入蓄热室2进行热交换，热量被蓄热室2吸收，达到排放标准后进行排放，蓄热室2的热量用于下一循环对新输入废气的加热，如此循环运行（图4）。
图4 沸石转轮RTO废气处理系统
3 智能化应用
3.1机器人喷涂
机器人喷涂在汽车领域的应用早已普及，在其他领域（如家具、玩具等）也发展迅猛。喷涂场景有的采用离线编程，有的采用示教编程，但这些都是针对标准件的应用。在钢结构涂装行业，大量的非标构件导致机器人喷涂应用发展缓慢。
机器人喷涂在钢结构领域的应用，最大的难点在于程序快速自动生成和大型结构件的空间快速定位。目前，行业内已启动相关研究，主要有2种研发思路：一种是采用视觉识别系统[3]，另一种是采用离线编程与激光定位结合的方式。前者难点主要在于视觉三维扫描速度较慢，影响流水线生产效率（图5）。
图5 机器人喷涂效果图
3.2数据集成控制
为了智能化发展需要，系统所有的通信端口和电源接口均设置预留。随着行业发展，后期直接连接信号线即可实现远程监控和通信，便于数据智能化管理[4-7]。
4 节能环保与安全
1）在节能方面，首先，喷漆室采用分区送排风技术，将全室分为2个工作区，通风量只有全室送风的50%，极大地降低了设备投资和能耗成本；其次，RTO通过回收燃烧处理后的气体热量，热回收效率可达到95%以上；最后，通过在送、排风设备中安装变频器，当新换过滤棉时，变频器可根据管路压力反馈信号调节输出频率，降低风机运行功率，降低能耗。
2）在环保方面，全封闭式喷涂线通过有组织排放，实现废气被收集后经高效处理达标后再排放；喷漆室和烘干室设计微负压，避免了废气外溢，废气收集率可达到98%以上。
3）在安全方面，系统设计充分考虑安全因素，在喷漆室和烘干室内部采用防爆元器件，在所有可燃可爆气体区域安装检测探头和报警器，燃烧器通过设置各种危险情况连锁保护系统，确保整个燃烧过程安全可控，在关键点进行传感器和检测仪器的冗余设计，避免因单个仪器故障影响系统安全。
5 结语
当前，此类全封闭式环保喷涂生产线已在国内部分大型钢结构制造厂进行示范性应用，未来通过研发引入机器人喷涂，实现非标钢构件智能化喷涂，如此，涂装线不仅能实现排放达标，对环境友好，也可以实现无人作业，对人友好。钢结构智能环保涂装线的研发和应用，对行业整体可持续发展具有重要意义。
