雾化加湿除尘系统在涂装车间的设计及应用

摘要：基于雾化加湿除尘系统在涂装车间的设计和应用，对涂装雾化加湿喷淋系统工艺策划及设备选择进行了分析和阐述，该系统实施后涂装车身品质及一次通过合格率得到了极大的提升。

关键词：雾化加湿除尘；加湿量；工艺规划；颗粒；品质提升

0 引言

我公司涂装车间在面漆吹擦净过程发现车身上存在目视可见的颗粒及纤维物质，经过面漆前吹擦净处理后，在面漆检查抛光线发现仍存在颗粒物，须停线打磨作业。结合现场工艺布局展开逐段分析发现：因为车型产量较少，受电泳漆老化影响，整体车身电泳打磨点较多，且电泳打磨至面漆吹擦净之间存在长度约176 m的运输存储空间，排查发现此类因素系造成该运输存储空间内的环境存在颗粒的原因，进而影响面漆喷涂质量，进一步分析造成颗粒缺陷的原因，发现电泳打磨颗粒占据总颗粒缺陷的79%。因此，为保证车身洁净度，提高车身喷涂品质，改善后期检查精修相关生产工艺，计划在现场增加吊装干雾化加湿器进行除尘，通过增加相对湿度降低静电，降低车身对粉尘的吸附能力，提高车身品质，消除颗粒缺陷，将一次通过合格率提升50%以上。

1 雾化加湿除尘原理及特点

1.1 雾化加湿除尘原理

雾化加湿喷淋是指在压力的作用下，把水和气混合并送达雾发生器，再由喷头喷出，产生水雾。这种水雾的颗粒度非常细小，≤7.5 μm 的超微雾粒子喷射到整个空间，在空气长时间漂浮达到了对周围空气加湿的效果。喷雾加湿不仅起到对周围环境空气加湿的效果，还可以起到一定的降温、防静电（增加环境湿度，降低静电）、除尘、降尘、抑尘等效果，图1为加湿系统的导入对静电产生的效果展示。通常当相对湿度＞60%时，尘粒的带电量会急剧下降，因此要求喷漆房的相对湿度为（65±5）%，温度为（23±2） ℃，此喷房环境下颜色外观、质量均最优，车身产生的颗粒缺陷数最少且人体感觉湿度也相对最为舒适。

作为沉降对象的粉尘粒径一般在0.01～100 μm之间，100 μm以上的尘粒受到重力的作用很快就可以降落而不能成为除尘对象，而3 ～ 8 μm的尘埃粒子，由于其质量小，可以在空气中随气流漂浮，分离极为困难。干雾加湿喷淋头会喷出≤7.5 μm的水雾，粒径细小的水雾极易捕捉到空气中的微粒，随着时间增加，被捕获的微粒由于质量增加而自然下落沉降；更小的微粒同样会因为附着在水气上而逐渐沉降，最终达到完全除尘的效果。下面介绍一种常见的雾化加湿喷淋系统（见图2），其主要组成为：水雾化发生器、控制单元、安装组件部分、水气管路、湿度控制单元、过滤设备。

在实际设计产品及工艺规划时，可依据成本预算、场地大小等因素适当调整。例如：如果使用环境温度整体比较稳定，不需要依据温度进行湿度调整，则可以去除温度控制装置；如果对湿度要求不是很严格（没有控制误差±3%精度的要求），则可以去掉湿度自动调整单元，更换为人员定期使用湿度仪进行测量。

1.2 涂装雾化加湿除尘系统的特点

一般情况下，车间内常用的雾化除尘降静电的方式有2种，一种为高压微细加湿，另一种是干雾化加湿。合理选择加湿器要从加湿效果、设备成本、运行费用、安全性、控制精度、动力条件（冷源、热源、水源、气源等）等方面综合考虑，这样既能满足加湿要求，又不会造成浪费，符合现代生产的基本理念。考虑到涂装车间内需防止静电，保证绝对洁净的环境，通常采用干雾化加湿系统。干雾化加湿系统具有以下特点：加湿均匀、稳定、不带水滴、不带细菌、加湿精度高、精度能够满足±3%的要求。干雾化加湿发生器则具有以下显著特点：1）体积小巧，加湿性能高，同时可避免湿地现象发生；2）拆解方便快捷、维护方便且使用寿命长；3）采用细菌不易繁殖的超小型储水罐；4）采用不易堵塞式喷头，气体动力且压力可调；5）可选配温湿度自动控制传感器，根据现场实际实现自动加湿、降温

功能。

综合干雾化加湿器的特点，可以看出干雾化加湿系统比传统的高压雾化加湿系统具有更小的粒径、更高的效率，并且由于干雾化加湿系统不依赖高压，减小了对高压泵的磨损，更具有安全性和推广性。同时相对传统高压喷雾系统对水质的高度依赖，干雾化加湿系统仅需要过滤即可运用合适的水质达到喷嘴不堵塞不滴水且雾化良好的效果。

2 雾化加湿除尘工艺方案设计及分析

2.1 增加雾化区域的选择

我公司涂装车间采用水性色漆、2K清漆免中涂B1B2工艺，其电泳后工艺流程为：人工涂胶→UBS→PVC→胶烤房→ED打磨→吹擦净→B0→B1B2→闪干→清漆→面漆烤房→检查抛光→小修→交车。

虽然面漆喷涂前有吹擦净岗位，但是车身还是存在颗粒缺陷，针对此问题，经现场实际各工位段一一排除，发现在电泳打磨完成至进入吹擦净岗位过程存在问题。虽然该区域已经采用防尘壁及地面铺薄膜并在防尘壁上涂凡士林的方式进行除尘，但是该区域空气中仍存在粉尘和纤维，超过标准要求（＞5 μm颗粒或纤维数量要求＜5个），详细汇总信息见表1。

2.2 雾化加湿区域加湿量的计算

深圳观澜片区冬季干球温度为5 ℃，相对湿度为70%，车间内温度设定为24 ℃，相对湿度为65%。问题区域1和问题区域2需改造区域理论换气次数为1.5次/h（实际在1.0 ～ 2.0次/h之间），运用空气曲线计算出每m3空气需要增加0.008 3 g/kg（干空气），车间的相对湿度才可以达到65%。

以1号问题区域右侧部位为例，计算该区域所需要的雾化加湿量为：Q1=右侧部位待加湿区域体积（V1）×空气密度（ρ）×单位小时内换气数（n）×单位量（V0）×空气密度（ρ）+最大湿度富余量（安全系数通常取50%即可满足）。通过湿焓湿图计算出此时空气密度ρ=1.180 kg/m3，最大湿度富余量=50%×Q1。将数据带入上述公式得出：Q1=41.94 kg/h，同理依次计算出其他3块区域雾化加湿量分别为Q2=29.05 kg/h，Q3=26.21 kg/h， Q4=32.76 kg/h，则1号区域与2号区域需要总的加湿量为：Q总= Q1+Q2+Q3+Q4=129.96 kg/h。

2.3 雾化加湿喷头数量计算与选择

涂装车间通常压缩空气与纯水均充足，因此首先想到的应该是采用二流体加湿器。相比于超声波雾化加湿器，二流体加湿器更安全更节能。二流体加湿器是采用真空虹吸的原理工作，生成两级雾化系统的超细薄雾。实际是将纯水和压缩空气送至控制箱调压处理后供给特制喷头一起喷出，使水雾化达到加湿目的。表2为我公司车间选择的二流体雾化加湿器信息汇总（表中雾化喷涂数据为压缩空气压力为0.3 MPa，水压为0.1 MPa情况下测得，与实际使用工艺条件一致）。

根据AE-4（03C）材料信息及增加雾化加湿区域的信息计算需要的雾化加湿喷头数。

需要雾化喷头数（N）=区域需求总加湿量（Q总）/单个喷头雾化量能力（Q），将数据带入得出：N= Q总/Q=129.96/7.2=18个。

3 雾化加湿设备材料要求及后期维护

3.1 雾化加湿喷淋设备及材料要求

由于涂装作业的特殊性，因此在所有使用的设备及相关配套材料中均需要严禁含有硅酮类物质。此外，由于二流体雾化喷淋需要连接纯水和压缩空气，为严格控制质量，防止出现车身缩孔等质量缺陷，建议在纯水管路上增加过滤器，在压缩空气管路上添加油水分离器及过滤器。

针对雾化加湿系统的材料选择主要从防止出现车身漆面质量缺陷和湿度控制精度等方面展开，具体可参考表3。

3.2 故障排查及维护方法

此类设备在使用过程中需要注意维护和保养，通常情况下需要定期检查、清洗空气过滤器、水过滤器等过滤材料,避免其堵塞以免影响水、气的供应，建议对过滤器1个月清洗1次或者在更短的时间周期内清洗，其余如压缩空气管路或者纯水输送管路，建议1周至少点检1次，查看是否存在泄露问题，若发现泄露则应该立即停止使用。在实际使用过程中，可能会存在雾化喷头不出料、喷涂范围小、滴液等问题。运用FMEA的思想，对可能的消失模式及失效原因展开分析并罗列出建议措施，详见表4。

4 结语

本文从雾化区域选择、设备、材料的选择与注意事项方面介绍了涂装车间雾化加湿喷淋系统，同时展示了与此相关的工艺及设备规划事宜，包括雾化加湿量、雾化喷头数量、施工注意事项及后期设备维护保养等，对涂装雾化加湿喷淋系统整个工艺策划及设备选择进行了相对完整的分析和阐述。

雾化加湿喷淋除尘系统预计能有效降低涂装车间内自电泳打磨至面漆吹擦净过程中的颗粒数，目前该雾化除尘喷淋系统已正式投入使用，因该雾化加湿项目的实施与应用，涂装车间由于车身颗粒造成下线的FTT（一次通过性）提升了50%左右，完全符合预期的质量目标。

作者，王能，单位长安标致雪铁龙汽车有限公司。