電加熱油漆固化爐中的可燃氣體超濃度時的自動控制

2020/12/10

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　　電加熱油漆固化爐中的可燃氣體超濃度時的自動控制
　　承德環宇輸送機械制造有限公司趙輝
　　在生產過程中，固化爐產生的一些諸如爆炸、爆燃等安全問題可能會影響生產，甚至可能會影響到人身安全，本文設計了一種全新的自動控制方案，以保證電加熱油漆固化爐內置遠紅外電加熱方式的運行既節約能源，又安全可靠。
　　關鍵詞：電加熱油漆固化爐；可燃氣體；自動控制
　　固化是指物質從低分子轉變為高分子的過程。電加熱油漆固化一般是指需要用紫外線固化的涂料（油漆）、膠粘劑（膠水）或其它灌封密封劑的固化條件或要求，其區別于加溫固化、膠聯劑（固化劑）固化、自然固化等。這是是通過一種單體/低聚物的混合物的快速聚合而獲得一種也可交聯的涂膜的一種技術。
　　一、前言
　　當前先進的油漆涂裝生產線，大多采用固化爐內置遠紅外電加熱方式，由于沒有外加熱系統熱風循環，故沒有外熱風加熱工件時帶來的粉塵，工作表現漆膜光亮。此外，遠紅外加熱的加熱速度較快、產品的品質較高、同時設備的占地面積也較小、在低的成本條件下保持較高的加熱效率，這些都是遠紅外加熱較于傳統的加熱方式，如蒸汽、電阻等加熱方式的優點。此外，這種加熱方式還有控制溫度精確，穩定性好，屬于烤漆等優點。
　　目前若采用燃油燃氣等方式加熱，存在成本日漸升高和不易控制的特點，而易燃易爆物的運輸管理風險較大，程序繁瑣。當前我國電價較低，比較穩定，利用低谷時間用電，成本更為實惠。比較而言，電加熱方式運行成本低于油、氣加熱方式，屬于環保低碳工作運行，符合國際潮流。
　　二、電加熱油漆固化爐的安全隱患
　　固化爐的安全問題與溫度等密切相關，主要是可燃物的爆炸等情況尤其危險，所以在正常操作中要注意這個問題。
　?。?）可燃物的爆炸與爆炸濃度極限
　　可燃物質（包括可燃氣體、粉塵等）與助燃物質混合后的濃度達到一定范圍內時，并且混合均勻，一旦遇到火源，就有可能發生爆炸，這個濃度即為所說的爆炸極限，或稱之為爆炸濃度極限。可燃物的爆炸極限也分為爆炸上限和下限，即可燃物與助燃物混合后可能發生爆炸的最高濃度和最低濃度，二者也被稱爆炸上限濃度和爆炸下限濃度。當可燃物與助燃物的混合濃度高于爆炸上限時，不會發生爆炸，這是因為助燃物質不足，燃燒的火焰因為助燃物的限制而傳播受限；當其混合濃度低于爆炸下限濃度時，由于可燃物質的濃度不足以引起爆炸或者是燃燒，大量的助燃物質同時也起到了一定的冷卻作用，也阻止了火焰的傳播。只有當可燃物的濃度與反應時的當量濃度相當時，才可能發生爆炸。
　　（2）固化爐的安全隱患
　　固化爐上發生的安全事故諸如爆炸、爆燃等，大都都是因為對設備的缺乏了解，對油漆安全生產工藝的不認識不了解，這也是涂裝生產線上可能會產生嚴重影響到生產，危及人身安全的事故。因為涂料中含有有機溶劑，有機溶劑可能會在固化爐中釋放，而留在了高溫的爐中，導致了固化爐可能存在爆炸的安全隱患，因為只要有機溶劑的釋放濃度在高溫爐中達到了極限濃度，隨時就又可能產生爆炸。所以常采用的避免的方法是往爐內補充新鮮的空氣，排除溶有溶劑的空氣，以稀釋有機溶劑，保持爐內的濃度在爆炸極限以下。
　　三、固化爐中可燃氣體超濃度時的自動控制
　　（1）問題描述
　　雖然采用固化爐內置遠紅外電加熱方式相比于其它加熱方式具有多種優勢，但并不完美。不足之處是加熱固化時爐內溫度升高，汽體揮發加劇，造成可燃性氣體苯、二甲苯濃度升高，易達到閃點濃度，此時如遇上加熱元件電極與導線接觸不實而產生電火，就會發生爆炸，造成安全事故。國內此類事件時有發生，給人身安全及財產帶來損失。加大管道的氣體排放量是解決這一問題的通行做法，但這種做法難以控制，又造成熱能的大量浪費。因而，有必要研制出一套自動控制系統，解決上述矛盾。
　?。?）解決方案
　　得益于多年的工作經驗及深入思考與研究，筆者成功設計出了電加熱油漆固化爐中的可燃氣體超濃度時的自動控制系統。
　　整套系統的工作原理為：首先利用可燃氣體檢測儀檢測氣體濃度，國產的可燃氣體探頭工作溫度均不高于70℃，而油漆固化爐內溫度集中在130-180℃范圍內，特殊涂料甚至高達280℃。所以探頭不能直接進行爐內探測。解決辦法將高溫氣體管道引出，引出后系統容器中氣體濃度基本不變。將引出的氣體冷卻至70℃以下時，進行檢測。第二步，在系統中設置微型中間繼電器?？紤]到節能效果，微型中間繼電器平時不啟動。一旦管道中檢測點的氣體濃度超過爆炸閃點，控制系統中微型中間繼電器閉合，帶動執行繼電器閉合，此時排風系統風機啟動，加大排風量，可降低爐內氣體濃度。此時爐內即便因線路接觸不實產生放電現象，也不會引發爆炸，從而確保運行安全。
　　為使集氣冷卻，管道下部輸入端應略高于爐內加熱件接觸電極的最高端5-10公分。由于可燃氣體受熱后的浮力的作用，上部濃度略高于下部，這就使得加熱元件最高點的濃度不大于輸入端的濃度，集氣管上部與系統排風管道相連接，以保證車間環境中不受影響。為了加快冷卻速度，可在冷卻管外安裝散熱片。
　?。?）應用實例
　　筆者基于此課題，設計研制出了一套自動控制裝置，應用于中石化湖北某制桶廠，投入運行兩年以來，應用良好，達到了即節約能源，又安全可靠的研制目的。其中尤其注意了涂裝作業場所應布置在廠區常年最小頻率風向的上風側，與廠前區、人流密集處、潔凈度要求高的廠房之間留出足夠的安全距離，原則上宜按獨立廠房設置，同時需按GB50016-2006《建筑設計防火規范》的有關規定設消防通道，保證2個以上暢通的出入口。超大廠房內的涂裝操作工位與出入口安全門的緊急撤離距離一般不超過25m。當涂裝作業采用封閉噴漆工藝并使封閉噴漆空間內保持負壓，同時設置可燃氣體濃度報警系統或自動抑爆系統(包括合格泄爆裝置)，且噴漆工段防火分區占涂裝車間面積不到20%時，廠房可按生產的火災危險性分類中的丁、戊類生產廠房確定防火要求。噴涂設備和其他移動電氣設備應配防塵罩，其電源電纜要采用支架撐托；松弛敷設，防止絕緣保護層的磨損和接插端口松脫。粉末涂裝作業區所使用的照明設備及開關必須滿足防爆防塵要求。必須定期測試，檢查動力源與供粉系統及通風機之間的電氣連鎖系統。位于涂裝作業區的設備導體，包括傳輸鏈、噴粉艙、風管、回收裝置等，必須牢固接地，以防靜電噴槍附近的對地電絕緣導體上積累能產生電弧放電的電荷。
　　綜合所述，保證固化爐的安全是保證涂裝線安全的重中之重。本文所提出的電加熱油漆固化爐中的可燃氣體超濃度時的自動控制方案，能夠達到安全節能的目的。但技術的進步沒有終點，希望本文對固化爐的安全高效控制，提供一些借鑒。