鋼結構智能環保涂裝線設計分析與應用

王 偉 蔡明波 周軍紅 楊高陽 欒公峰 高如國

1. 中建鋼構江蘇有限公司 江蘇 靖江 214532；2. 中建鋼構武漢有限公司 湖北 武漢 430000

當前國內自動化噴漆房主要是為汽車和機械提供噴漆而設計的，大型產品室內噴涂一般采用濕式處理，生產過程產生廢水，能耗高、二次污染嚴重。針對鋼結構產品涂裝生產線，一直以水平參差不齊、性能不完善的單個噴漆房為主，高污染、高危害、高耗能一直伴隨著鋼結構涂裝行業，當前鋼結構行業環保自動化噴涂仍處于研究和小規模試應用階段。

本文所介紹的生產線設計，通過合理布置噴漆室、流平室、烘干室，形成流水線，應用水旋噴漆房＋干式過濾漆霧處理技術、沸石轉輪＋RTO廢氣處理技術，可以實現大流量廢氣高效處理，提高了工作效率，改善了工人勞動環境，滿足環保要求，擺脫了天氣原因對噴涂作業的影響，進而縮短了油漆施工的周期，提升了涂裝工效。

1 涂裝線整體布局

1.1整體布局

涂裝線在油漆車間內沿縱向直線形布置，包含底漆噴漆室、流平室、烘干室和中間漆噴漆室、流平室、烘干室，室外設置沸石轉輪＋RTO廢氣處理系統以及廢水處理系統[1]。

鋼構件通過小車和地鏈沿涂裝線單向流動，小車到達出口后，成品構件入庫，小車經行車吊運至流水線入口，以此形成循環流水作業（圖1）。

圖1 涂裝線效果圖

1.2工藝流程

上件→地鏈牽引至底漆噴漆室→噴底漆→流平→烘干→自然冷卻→噴中間漆→流平→烘干→自然冷卻→下件→工件吊裝至儲存區域→小車經行車吊運至上件工位

2 噴涂線設計分析

2.1全封閉式設計

噴涂線由傳統無組織排放轉變為有組織排放，首先應實現全流程封閉式噴涂作業。通過設計噴漆室、流平室和烘干室，形成多室聯動，實現全封閉式噴涂；噴漆室采用微負壓設計，一方面使流平室氣體向噴漆室流動，另一方面防止氣體外泄；室體外墻主要由鋼骨架、壁板、鋼化玻璃組成，噴漆室和流平室壁板選用巖棉復合板，烘干室壁板選用阻燃高密度巖棉復合板，壁板與地面結合處采用U形包角及密封材料進行密封處理，防止漏風，從而實現全流程封閉式作業（圖2）。

圖2 全封閉式生產線

2.2大型非標鋼構件高效噴涂作業

鋼構件具有工件大、轉運困難等特點，傳統方式均為定點完成全部油漆噴涂，油漆干燥以自然干燥方式為主，效率較低。

高效噴涂技術通過地鏈式全承載工位輸送線，可實現構件的流水作業，無需吊運，實現各層油漆分區噴涂，提高噴涂的自動化水平；通過設計烘干房，實現鋼構件快速烘干，節約噴涂等待時間，大大提升噴涂效率；噴漆室通過安裝溫度和濕度調節設備，實現恒溫恒濕，可使噴漆室在雨季不受外界環境條件影響；通過設計節拍式生產模式，平車到達預定工位后停止，在靜止狀態下噴涂更有利于保證質量，節拍時間到達后，再次啟動運行，等待下一個節拍到位（圖3）。

圖3 地鏈式工位輸送線烘干室

2.3漆霧與廢氣處理

鋼構件工件大，噴漆量大，單個噴漆房產生的漆霧和廢氣處理量大。采用水旋噴漆房＋干式過濾處理技術[2]，先用水旋處理空氣中的大部分油漆顆粒物，再用多級干式過濾處理剩余顆粒物，經過多道過濾，可以保證進入沸石轉輪的空氣中顆粒物不會堵塞沸石。

采用沸石轉輪吸附濃縮＋RTO凈化處理，大風量、低濃度廢氣通過沸石轉輪被吸附，立式轉輪可提供大量氣體接觸沸石表面積，達到95%以上的VOCs去除率。在沸石轉輪的濃縮飽和區通入熱流進行脫附，脫附后的高濃度氣流抽送至RTO進行焚燒，RTO分為2個蓄熱室，有機廢氣被抽入蓄熱室1進行升溫，吸收蓄熱室中的熱量，后進入焚燒室進一步燃燒，分解成二氧化碳和水，處理后的高溫氣體送入蓄熱室2進行熱交換，熱量被蓄熱室2吸收，達到排放標準后進行排放，蓄熱室2的熱量用于下一循環對新輸入廢氣的加熱，如此循環運行（圖4）。

圖4 沸石轉輪RTO廢氣處理系統

3 智能化應用

3.1機器人噴涂

機器人噴涂在汽車領域的應用早已普及，在其他領域（如家具、玩具等）也發展迅猛。噴涂場景有的采用離線編程，有的采用示教編程，但這些都是針對標準件的應用。在鋼結構涂裝行業，大量的非標構件導致機器人噴涂應用發展緩慢。

機器人噴涂在鋼結構領域的應用，最大的難點在于程序快速自動生成和大型結構件的空間快速定位。目前，行業內已啟動相關研究，主要有2種研發思路：一種是采用視覺識別系統[3]，另一種是采用離線編程與激光定位結合的方式。前者難點主要在于視覺三維掃描速度較慢，影響流水線生產效率（圖5）。

圖5 機器人噴涂效果圖

3.2數據集成控制

為了智能化發展需要，系統所有的通信端口和電源接口均設置預留。隨著行業發展，后期直接連接信號線即可實現遠程監控和通信，便于數據智能化管理[4-7]。

4 節能環保與安全

1）在節能方面，首先，噴漆室采用分區送排風技術，將全室分為2個工作區，通風量只有全室送風的50%，極大地降低了設備投資和能耗成本；其次，RTO通過回收燃燒處理后的氣體熱量，熱回收效率可達到95%以上；最后，通過在送、排風設備中安裝變頻器，當新換過濾棉時，變頻器可根據管路壓力反饋信號調節輸出頻率，降低風機運行功率，降低能耗。

2）在環保方面，全封閉式噴涂線通過有組織排放，實現廢氣被收集后經高效處理達標后再排放；噴漆室和烘干室設計微負壓，避免了廢氣外溢，廢氣收集率可達到98%以上。

3）在安全方面，系統設計充分考慮安全因素，在噴漆室和烘干室內部采用防爆元器件，在所有可燃可爆氣體區域安裝檢測探頭和報警器，燃燒器通過設置各種危險情況連鎖保護系統，確保整個燃燒過程安全可控，在關鍵點進行傳感器和檢測儀器的冗余設計，避免因單個儀器故障影響系統安全。

5 結語

當前，此類全封閉式環保噴涂生產線已在國內部分大型鋼結構制造廠進行示范性應用，未來通過研發引入機器人噴涂，實現非標鋼構件智能化噴涂，如此，涂裝線不僅能實現排放達標，對環境友好，也可以實現無人作業，對人友好。鋼結構智能環保涂裝線的研發和應用，對行業整體可持續發展具有重要意義。