杜雅蘭

(中國鐵道科學研究院節(jié)能環(huán)保勞衛(wèi)研究所，北京 100081)

1 概述

鐵路車輛作為現代化時代的主要交通運輸工具正在迅速發(fā)展。車輛在制造、維修和保養(yǎng)過程中，噴漆工藝是重要的工作環(huán)節(jié)之一。特別是鐵路車輛在運行一定距離后，按照檢修規(guī)程進行不同等級的維修保養(yǎng)，精度等級要求較高。我國鐵路車輛的制造、維修過程中的噴漆工藝，主要有自動噴漆和手工噴漆兩種。其中自動噴漆按工藝要求選用Ω型靜電自動噴漆和普通往復自動噴漆等，小部件的噴漆通常與懸掛輸送線相結合，實現自動噴涂的目的;而手工噴涂以分散的作業(yè)點為主，主要是對工件形狀不規(guī)則或自動噴涂設備噴不到的局部進行手工補漆或噴涂。噴涂過程中，漆霧和有機廢氣四處彌漫，若不設計選用相應的通風凈化設施，不僅影響車輛(或工件)的噴涂質量，而且還直接危害操作人員的身體健康，對周圍環(huán)境造成污染。因此，設計選用合理的通風凈化設備是非常必要的。

近年來，我國鐵路車輛不同作業(yè)點的噴漆房，多數設計選用了封閉式噴漆室的形式進行漆霧及有機廢氣的治理，沒有按噴漆工件的大小、工藝流程特點及噴漆精度要求進行設計，在使用時往往因為過濾部分堵塞使凈化系統(tǒng)能耗過大、氣流組織方式不合理、排污量大、維修更換不方便等原因而少用或停用。因此，應結合鐵路噴漆工藝特點，設計合理的氣流組織，制造出投資少、運行成本低的噴漆環(huán)保設備。

2 噴漆設備的功能

噴漆設備是一種多功能的專用設備，不僅要滿足不同噴漆工藝要求，保證噴漆質量，還應該具備保護作業(yè)人員身體健康、減少環(huán)境污染的基本條件，達到國家衛(wèi)生學標準和環(huán)保排放標準的要求。因此，噴漆設備的主要組成部分有:能夠有效達到合理的氣流組織方式的室體、送排風凈化系統(tǒng)、烘干加熱系統(tǒng)、漆霧凈化系統(tǒng)、有機廢氣凈化系統(tǒng)和控制系統(tǒng)等。

2.1 噴漆工藝基本流程

工藝基本流程:待噴涂車體(部件)→移車臺(懸掛線)牽引車體→噴漆庫→啟動電控設備(噴漆程序)→噴漆→噴涂結束→啟動烘干程序→人員撤出→烘干結束→啟動強冷程序→強冷程序結束→移車牽引車體出庫。

車輛及部件的噴漆工藝基本流程，通常按照工藝、生產節(jié)拍、作業(yè)場地的要求，自行設計刪減、增加部分環(huán)節(jié)。

2.2 噴漆設施基本功能

2.2.1 室體(房體)

鐵路車輛及部件的噴漆工藝，按工藝流程及生產節(jié)拍的要求，設計不同功能的流水線，同時配備不同形式和規(guī)模的環(huán)保凈化設施。多數選用的是封閉式噴漆室的形式進行漆霧及有機廢氣的治理，只有少部分噴漆作業(yè)點選用半封閉式室體的形式進行廢氣的治理。

封閉式噴漆室室體采用拼裝方式組成，主體材料為復合保溫板，中間填充不燃的巖棉材料，具有良好的密閉性、保溫性和抗沖擊性。室體主要由靜壓箱、導流板、過濾棉、安全門、照明裝置、下部的排風溝、地板格柵等組成。室體將內部結構全部密閉，實現室外空氣的初效過濾、均勻送風、照明等功能，能夠有效達到合理的氣流組織，防止漆霧及廢氣外泄而影響環(huán)境。主要適用于整體車輛、底架、轉向架等大部件的噴涂和烘干作業(yè)。

半封閉噴漆室室體通常由固定結構或固定結構與伸縮前室相結合，利用自然補風的氣流組織方式形成風洞效應，有效控制漆霧和廢氣的散逸。主要適用于如桿件、彈簧、基礎制動裝置、排石器、撒砂裝置、輪緣潤滑檢修線、裙板、構架等小部件的噴涂和烘干作業(yè)，使用行車吊掛件靈活方便，減輕操作人員搬運負荷。

2.2.2 送風凈化系統(tǒng)

送風凈化系統(tǒng)主要設備有循環(huán)送風機、初效過濾棉、頂棚過濾棉、加熱器(燃氣燃燒器、電加熱器、蒸汽加熱)、高效換熱器、送風管道等。其功能是將進入噴漆房的空氣經過預處理，除去飄塵，使新風均勻的向下流動，室內殘留漆霧、溶劑全部經地板格柵流向下層過濾棉或集水槽、吸附裝置后排出。

送風凈化系統(tǒng)的新風空氣過濾為II級過濾，初效過濾(進風口過濾)及頂部中效過濾。初效過濾應能有效地捕捉直徑大于10 μm的塵粒，風壓在18～250 Pa之間;頂部過濾棉應能有效地捕捉直徑大于5 μm的塵粒，風壓在27～400 Pa之間;整個過濾系統(tǒng)過濾效率可達98%以上。

2.2.3 烘干加熱系統(tǒng)

烘干加熱系統(tǒng)是結合噴漆工藝要求進行設計的。加熱方式有燃氣(油)加熱、電加熱、蒸汽加熱、電加熱+蒸汽加熱混合等方式。主要設備有加熱器、熱交換器、自動或手動控制閥類。主要功能是將加熱的空氣在風機的推動下，送至室體頂部靜壓室，進行風量分配以層流方式自上而下流動，流經車體(部件)表面，對噴漆后的車體(部件)進行烘干加熱。為節(jié)省能耗，大部分熱空氣在風機的牽引作用下，又被送入循環(huán)加熱系統(tǒng)內繼續(xù)加熱利用，使房內溫度逐步升高，當室內溫度升到指定值時，加熱裝置自動停止，室內處于保溫狀態(tài);當室內溫度低于設定溫度加熱裝置自動開啟繼續(xù)加熱，達到節(jié)能目的。

2.2.4 排風凈化系統(tǒng)

噴漆室排風凈化系統(tǒng)包括排風裝置、溢風裝置、漆霧治理系統(tǒng)和廢氣凈化系統(tǒng)。主要設備有排風機、排風管道及支架、避雷裝置、控制閥門、防爆軸流風機、漆霧凈化裝置和廢氣凈化裝置等。

2.2.4.1 排風系統(tǒng)

排風系統(tǒng)的排風機組通常選用低噪音空調風機和防爆電機，箱體具有隔聲降噪措施，降低噪聲的二次污染。排風管道及煙囪采用鍍鋅鋼板制作，角鋼法蘭聯接，煙囪標高按高出地面15 m設計，滿足《大氣污染物綜合排放標準》標準的要求。

2.2.4.2 漆霧凈化系統(tǒng)

漆霧凈化方式有干式和濕式兩種，結合生產節(jié)拍、工藝特點等因素進行設計選型?，F有鐵路車輛及部件噴漆工藝的漆霧凈化系統(tǒng)多數采用干式凈化;小部件、噴漆量少或補漆工位有少部分選用濕式凈化方式。

干式漆霧凈化法也稱為吸附阻檔法，主要由漆霧過濾棉、均風板兩大部分組成，采用單元模塊組合形式，布置在地溝格柵底部，與排風機組構成一個系統(tǒng)。在排風地溝的格柵板下面鋪設過濾棉，以增加過濾面積。過濾棉固定在鋼絲網上，鋼絲網固定在骨架上，安全牢固，漆霧經過濾棉被阻擋吸附，過濾棉更換快速簡便。噴漆時，過噴漆霧經排風地溝格柵下面鋪設的過濾棉，漆霧被吸附阻檔，廢氣通過過濾棉進入廢氣吸附箱，吸附處理后經過排放管道排入高空，達到環(huán)保要求。漆霧過濾棉風壓在12～250 Pa之間，具有耐高溫的特性。

濕式漆霧凈化方式包括:噴淋式、有泵水簾式、無泵水簾式、文氏管式及水旋式等多種形式，其結構雖不相同，但原理都是利用液體與污染空氣的接觸，將漆霧微粒清洗到水中。其中后三種為目前較為流行的、凈化效率較高的過濾方式。

無泵水簾式漆霧凈化裝置在鐵路噴漆工藝使用較為普遍，它主要由泛水板、氣水通道、汽水分離器和溢水槽等組成，含有漆霧的空氣與含有漆霧凝聚劑的水充分反應使漆霧凝聚，收集未附著于工件上的霧狀油漆，防止漆霧擴散，以改善作業(yè)環(huán)境。氣水通道用于漆霧的二次洗滌凈化和循環(huán)水的汲取。而氣水分離器將夾雜在空氣中的水分擋回溢水槽內而不被抽走，有效實現氣水分離，使排風的水攜帶量減少到最低，從而有效保障設備和節(jié)約用水。溢水槽置于泛水板上方，為泛水板提供足夠的水量，保證噴漆室淌水板上形成一層均勻的水膜，提高凈化效率。風壓在800～1 000 Pa之間。

2.2.4.3 廢氣凈化系統(tǒng)

廢氣凈化系統(tǒng)主要由廢氣吸附材料、廢氣吸附箱等組成，廢氣吸附裝置設置在漆霧凈化裝置和排風機之間。通常設計在風機封閉箱內低部設置抽屜式多組活性炭吸附裝置，減少串動摩擦，廢氣接觸反應均勻，更換方便。

噴漆室的廢氣是在換氣過程中產生的。噴漆室需要在一定的風速范圍內進行換氣，因此，噴漆室排出廢氣的特點是風量大，廢氣濃度極低(大約在10～20 mg/m3范圍內)。除含有低濃度的溶劑蒸氣外，還含有一部分由于過噴而形成的涂料煙霧，這些涂料煙霧的顆粒直徑大約在20～200 μm 左右。

烘干室的廢氣，是在涂層固化過程中產生的。其中，除含有殘存的涂層中未揮發(fā)的溶劑外，還有在成膜過程中，涂料各單體成分熱分解及反應生成物。

噴漆和烘干室廢氣的處理有直接燃燒法、催化燃燒法、吸收法和活性炭吸附法等。結合鐵路車輛及部件的噴漆節(jié)拍慢、產生的有機廢氣濃度低等特點，通常選用活性炭吸附法凈化有機廢氣。

活性炭吸附法是利用活性炭作為吸附劑，把氣體中的有害物質成分在活性炭龐大的固相表面進行吸附濃縮，從而達到凈化廢氣的目的。在工業(yè)上，利用活性炭作為吸附劑進行吸附的方法有固定層法、流動層法和接觸過濾法。在用活性炭進行廢氣處理時，由于活性炭摩耗和粉化程度小，用固定層吸附方法是最適宜的。當被排放氣體的出口端濃度與入口端的濃度達到一定比值時，就需要對活性炭進行再生處理或更換。

用活性炭吸附法處理噴漆和烘干室廢氣，效率高，運轉費用底，處理程度可以控制，目前被廣泛使用。

3 設計選型及技術參數指標的分析

3.1 有機廢氣(稀釋劑)揮發(fā)量

目前，我國鐵路行業(yè)使用的噴漆涂料主要為溶劑型涂料。如:過氯乙烯漆、醇酸漆、氨基漆、硝基漆等，這些涂料中的溶劑在施工過程中約有45%在噴涂時釋放出來，約有40%在流平及烘干過程中釋出。表1是幾種常用涂料的溶劑種類、含量及不同工藝階段的溶劑揮發(fā)量。

表1 常用涂料中的溶劑種類、含量及揮發(fā)量［1］

結合表1所示，在設計廢氣凈化裝置時，不僅要考慮噴漆涂料的種類，還要計算有機廢氣的排放量，結合現場情況，設計選用過濾風速低、體積小、更換頻次少、凈化效率高的凈化裝置。

3.2 送、排風系統(tǒng)形式的確定

3.2.1 分段送排風方式的特點

鐵路車輛及部件噴漆室的特點是被噴工件大、工藝流程要求復雜、送排風量很大，若采用集中送排風的方式，則機組功率會很大，能源浪費較多，得不到充分的利用。因此在設計整體車輛或大部件噴漆烘干房的時候，盡量將整個噴漆烘干房分成若干個工作段，實現分段送排風(也可以同時運行)。分段送排風與集中供風相比，具有以下優(yōu)越性:

1)單臺送排風機組電機功率小，減少啟動時對電網電壓的沖擊。

2)單臺機組占地空間小，利于安裝調試。3)運行費用低，節(jié)省能源。

4)單臺風機風量降低，利于噪聲控制。

3.2.2 送排風系統(tǒng)風量及風壓的計算［2］

對于密閉性房體的噴漆房，送排風系統(tǒng)的風量與風壓可分別由式(1)和(2)計算得出。

式中:Q——通風量(m3/h);

V——噴漆房內的控制風速(m/s);

F——噴漆房內面積(m2)。

式中:R——噴漆房系統(tǒng)阻力(Pa);

R1－Rn——分別為引(送)風管道、過濾層、漆霧凈化器、溶劑凈化器等的阻力。

噴漆房內空氣的控制風速一般在0.35～0.68 m/s范圍內，對于鐵路車體及大部件的噴漆房，可按有載和無載的狀態(tài)下適當降低斷面的風速。

3.2.3 盡量減少通風管網的長度、氣流折彎變向的角度及次數、降低系統(tǒng)阻力，節(jié)省能耗。

3.2.4 設計選用初效過濾棉、頂棚中效過濾棉和漆霧過濾棉時，重點考慮過濾材料的初始阻力、最終阻力、單位面積的容塵量和吸附量等指標，同時還要降低通過過濾裝置的風速來提高捕集效率。

3.2.5 選用濕式凈化方式時，考慮液體噴淋密度、擋水板形狀及數量、廢氣凈化器阻力等，在一定程度上可以大大降低系統(tǒng)阻力。

3.2.6 廢氣凈化裝置盡量設計在漆霧凈化裝置的上部或緊鄰其旁邊，減少連接部分的阻力;廢氣凈化裝置的結構設計要具有阻力低、效率高、維護更換簡便等功能。

3.3 漆霧凈化系統(tǒng)

3.3.1 漆霧凈化系統(tǒng)形式的確定

針對鐵路車體及部件噴漆涂料的種類、工藝流程、生產節(jié)拍、工件大小和作業(yè)環(huán)境等設計選用不同的漆霧凈化方式。因此，干式主要應用在整個車體及大部件噴漆作業(yè)(但在生產節(jié)拍較快的整車制造工位建議選用大型濕式);濕式主要應用于小部件噴漆或手工補漆工位。圖1所示。

圖1 漆霧凈化裝置示意圖

由于漆霧凈化種類很多，漆霧凈化器的凈化效率和運行能耗各不相同，設計可參考表2所示選用。

表2 幾種漆霧凈化器的效率

3.3.2 濕式漆霧凈化系統(tǒng)溶劑的特點和種類

噴漆烘干工藝產生的漆霧溶劑中，溶于水的有機廢氣有丙酮、甲醇、乙醇、丁醇、醚類等，微溶于水的有醋酸乙酯、醋酸丁酯等，不溶于水的有苯、甲苯、二甲苯等。吸附漆霧溶劑的吸收液應具有下列特點:

1)溶解度高、吸收速度快、用液量少;

2)非揮發(fā)性或低揮發(fā)性;

3)化學穩(wěn)定性好，腐蝕性小;

4)粘度低、氣液接觸面積大;

5)不燃、無臭、無毒;

6)容易分離;

7)價格低、貨源廣。

使用濕式方式來捕集漆霧，吸收部分的溶劑有許多優(yōu)點:如成本低、粘度小、不燃、安全可靠。如使用油類吸收液來捕集漆霧，不僅漆霧捕集率高，而且還能吸收部分不溶于水的有機溶劑。表3是幾種吸收液對甲苯廢氣的吸收效果。

表3 幾種吸收液對甲苯廢氣的吸收效果［3］

3.4 有機廢氣凈化系統(tǒng)

噴漆烘干工藝產生的有機廢氣，均不溶于水而存在于空氣中，即使使用油類吸收液也只能除去一小部分。如氣流分布不均勻而產生偏流，就會降低氣液傳質效率。因此，必須在漆霧凈化設備后面設計選用高效廢氣凈化設備，才能將凈化后廢氣排放。

3.4.1 廢氣凈化系統(tǒng)方式的確定

常用的廢氣凈化方法有氧化法和回收法兩類。氧化分解法有直接燃燒法、催化燃燒法、濃縮燃燒法等;回收法有冷凝法、吸收法、濃縮法、洗滌法等。表4為幾種方法的簡單比較。

表4 幾種廢氣處理方法的比較

對于鐵路車體及部件噴漆產生的廢氣來說，由于風量大、濃度低、又是間歇式操作，設計選擇活性炭吸附法為凈化系統(tǒng)方式。

3.4.2 活性炭吸附劑的選擇

活性炭作為吸附劑來處理噴漆廢氣中的溶劑已被認為是一種較好的方法，但活性炭的種類有數十種，其性能各異，可適宜用作廢水凈化、廢氣處理;即使同為氣相用碳、對有機溶劑的吸附也具有選擇性。在設計使用前，結合活性炭的吸附、脫附性能、對不同溶劑氣體的吸附容量等指標進行詳細的研究，以縮小設備體積、延長吸附周期、減少投資和便利操作等原則正確選用活性炭吸附劑。

3.4.3 吸附裝置的結構設計［1］

吸附裝置必須設計成具有投碳量大、碳層厚度小、通風量大、斷層通過風速適中、床層阻力小、更換方便的特點，才能實現凈化效率高、運行能耗低、維修方便的功能。如圖2所示。

圖2 活性炭吸附設備結構示意圖

活性炭吸附裝置在現場使用過程中，要根據吸附時間、吸附量、廢氣濃度等因素進行定期更換?；钚蕴康奈街芷诳捎檬?3)來估算:

式中:t——吸附周期(h);

G——吸附量(mg/g);

D——投碳重量(kg);

C——廢氣濃度(mg/m3);

Q——廢氣流量(m3/h);

η——凈化效率(%);

η'——放大系數(%)。

4 小結

4.1 噴漆室的送排風量及阻力的設計，必須結合噴漆工藝、噴漆種類和操作人員數量等因素，經過詳細的理論計算，達到既不造成涂料浪費，又能保證操作工人呼吸帶濃度不超過衛(wèi)生學標準的目的。

4.2 噴漆系統(tǒng)中的初效過濾棉、頂部中效過濾棉和漆霧過濾棉:設計選用必須滿足單位面積容塵量大、初始阻力、最終阻力、壽命長、耐酸堿、耐高溫等特性，使其表面特有的粘膜層能盡最大效能阻止氣流中微細粒子泳移。

4.3 烘干室內設有可燃氣體檢測報警裝置，當室內可燃氣體濃度超過設定極限值時，系統(tǒng)報警并自動啟動排風機，將室內有機氣體迅速排出。該排風機的風量設計一定要結合循環(huán)風量經過詳細的理論計算，盡量降低風量，以減少熱量的損失，降低能耗。

4.4 濕式凈化裝置的設計一般為一體機，結構簡單，安裝拆卸方便。當帶有大量漆霧與有機廢氣的空氣，進入地板格柵或集水槽時，設計選用高效過濾裝置將漆霧捕集并實現氣液分離，以免廢氣凈化裝置的堵塞;捕集漆霧用的循環(huán)水(或其他溶液)中除含有漆霧外，還有多種溶劑。為使循環(huán)水保持清潔不致于堵塞噴嘴等，外排前均須處理，減少對環(huán)境的污染。

4.5 噴漆烘干室內應設有濃度檢測系統(tǒng)、壓力檢測系統(tǒng)和溫度檢測系統(tǒng)。濃度檢測系統(tǒng)隨時對漆庫內可燃氣體濃度進行監(jiān)測，當庫內的可燃氣體濃度超過設定值時自動報警;壓力檢測系統(tǒng)隨時檢測靜壓室內部阻力，當壓力超過設定值時，提示用戶更換過濾棉;溫度檢測系統(tǒng)安裝在噴漆庫內，時刻監(jiān)控室體內溫度，當超溫時，溫度控制閥自動關閉。

4.6 有機廢氣的吸附方式中在鐵路行業(yè)僅限于使用活性炭的吸附方式。用活性炭吸附廢氣中的有機溶劑可以脫附、冷凝冷卻后回收，運行一段時間后可再生，運行成本低。而燃燒法是在650～800℃高溫燃燒爐內，用火焰燃燒有機廢氣中的溶劑，使其變?yōu)镠2O和CO2;催化燃燒法是催化劑在250～300℃的溫度下，氧化分解廢氣中的有機溶劑，使它變?yōu)镠2O和CO2。后兩種方式對環(huán)境污染小，但投資相對較高。今后在設計時，可根據工藝及投資要求適當選用。

［1］機械工業(yè)部《油漆作業(yè)通風與廢氣治理》編寫組．油漆作業(yè)通風與廢氣治理成果匯編．第一分冊．

［2］陸耀慶．供暖通風設計手冊［M］．北京:中國建筑工業(yè)出版社，1987．

［3］上海市勞動衛(wèi)生職業(yè)病防治院．苯中毒的防治［M］．北京:人民衛(wèi)生出版社，1974．