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钢桶涂装烘干炉中可燃气体浓度的报警及自动控制

文/索福达

被涂物表面涂层由液态或粉末状态转变成无定型的固态薄膜的过程称为涂料的成膜过程(或称为涂料的固化)。以电加热炉为例,电加热油漆固化一般是指用发射远红外线的石英加热管通电后所产生的能量以辐射、对流的方式对被涂物体进行固化。这是通过一种单体/低聚物的混合快速聚合而获得一种也可交联涂膜的一种技术。

 

一、前言

 

如采用远红外电加热烘干方式,由于没有外加热系统热风循环,故没有外热风加热工件时带来的粉尘,工作表现漆膜光亮。此外,远红外加热的加热速度较快、产品的品质较高、同时设备的占地面积也较小、在低的成本条件下保持较高的加热效率,这些都是远红外加热较于传统的加热方式,如燃汽、电阻等加热方式的优点。此外,这种加热方式还有控制温度精确,稳定性好,属于烤漆等优点。

目前若采用燃油燃气等方式加热,存在成本日渐升高和不易控制的特点,而易燃易爆物的运输管理风险较大,程序繁琐。当前我国电价较低,比较稳定,利用低谷时间用电,成本更为实惠。比较而言,电加热方式运行成本低于油、气加热方式,以200升钢桶为例,单只内外涂装后,在室温20C°环境条件下持续16分钟加热温度180C°,平均耗电1.5度。高峰时约1.65元,低谷时约0.65元,且属于环保低碳工作运行,符合国际潮流。相同条件下燃柴油加热,燃油成本3.3元,经济效益显而易见。

 

二、油漆烘干炉的安全隐患

 

烘干炉的安全问题与温度等密切相关,主要是可燃物的爆炸等情况尤其危险,所以在正常操作中要注意这个问题。

(1)可燃物的爆炸与爆炸浓度极限

可燃物质(包括可燃气体、粉尘等)与助燃物质混合后的浓度达到一定范围内时,并且混合均匀,一旦遇到火源,就有可能发生爆炸,这个浓度即为所说的爆炸极限,或称之为爆炸浓度极限。可燃物的爆炸极限也分为爆炸上限和下限,即可燃物与助燃物混合后可能发生爆炸的最高浓度和最低浓度,二者也被称爆炸上限浓度和爆炸下限浓度。当可燃物与助燃物的混合浓度高于爆炸上限时,不会发生爆炸,这是因为助燃物质不足,燃烧的火焰因为助燃物的限制而传播受限;当其混合浓度低于爆炸下限浓度时,由于可燃物质的浓度不足以引起爆炸或者是燃烧,大量的助燃物质同时也起到了一定的冷却作用,也阻止了火焰的传播。只有当可燃物的浓度与反应时的当量浓度相当时,才可能发生爆炸。

(2)烘干炉的安全隐患

烘干炉上发生的安全事故诸如爆炸、爆燃等,大都都是因为对设备的缺乏了解,对油漆安全生产工艺的不认识不了解,这也是涂装生产线上可能会产生严重影响到生产,危及人身安全的事故。因为涂料中含有有机溶剂,有机溶剂可能会在固化炉中释放,而留在了高温的炉中,导致了烘干炉可能存在爆炸的安全隐患,因为只要有机溶剂的释放浓度在高温炉中达到了极限浓度,随时就又可能产生爆炸。所以常采用的避免的方法是往炉内补充新鲜的空气,排除溶有溶剂的空气,以稀释有机溶剂,保持炉内的浓度在爆炸极限以下。

 

三、烘干炉中可燃气体超浓度时的报警及自动控制

 

(1)问题描述

虽然采用烘干炉内置远红外电加热方式相比于其它加热方式具有多种优势,但并不完美。不足之处是加热固化时炉内温度升高,气体挥发加剧,造成可燃性气体苯、二甲苯浓度升高,易达到闪点浓度,此时如遇上加热元件电极与导线接触不实而产生电火花,就会发生爆炸,造成安全事故。国内此类事件时有发生,给人身安全及财产带来损失。加大管道的气体排放量是解决这一问题的通行做法,但这种做法难以控制,又造成热能的大量浪费。因而,有必要研制出一套自动控制系统,解决上述矛盾。

(2)解决方案

得益于深圳索福达公司多年的使用经验及深入思考与研究,索福达公司成功设计并生产出了电(燃气)加热油漆固化炉中的可燃气体超浓度时的自动报警及控制系统。

整套系统的工作原理为:首先利用可燃气体检测仪检测气体浓度。普通的的可燃气体传感器(电子鼻)工作温度均不高于70℃,而油漆固化炉内工作温度一般在130-180℃范围内,特殊涂料甚至高达280℃。所以普通的传感探头不能直接进行炉内探测。目前,市场上多数厂家使用日本费加罗公司的耐高温气体传感器,然而,其耐高温极限却只有160℃以下,难以满足大多数超高温客户的需求。我公司与中科院相关院所合作研制的耐高温极限达到250℃的传感器,成功的解决了这一难题。第二步,在检测报警系统中设置微型中间继电器。微型中间继电器的常开点平时不启动,一旦烤炉中可燃气体浓度超过设定的报警点后,控制系统中微型中间继电器常开点闭合,带动执行接触器闭合,接通主电路此时排风系统风机启动,加大了排风量,降低了炉内气体浓度。此时炉内即便因线路接触不良而产生电火花,也不会引发爆炸,从而确保运行安全。

(3)应用实例

我公司的耐高温产品种类齐全。既有温度范围在160℃以下的SFD-600(BAK)T-GW系列,又有温度范围达到250℃的SFD-300Ⅱ-GW系列、SFD-600“变色龙”-GW系列产品,并成功应用于康明斯发电机(中国)有限公司,深圳比亚迪公司、中国南车机电设备有限公司、山东丛林铝业公司、中集集团有限公司等,设备投入运行多年以来,应用良好,达到了即节约能源,又安全可靠的研制目的。尤其注意的是,涂装作业场所应布置在厂区常年最小频率风向的上风侧,与厂前区、人流密集处、洁净度要求高的厂房之间留出足够的安全距离,原则上宜按独立厂房设置,同时需按GB50016-2006《建筑设计防火规范》的有关规定设消防通道,保证2个以上畅通的出入口。超大厂房内的涂装操作工位与出入口安全门的紧急撤离距离一般不超过25m。当涂装作业采用封闭喷漆工艺并使封闭喷漆空间内保持负压,同时设置可燃气体浓度报警系统或自动抑爆系统(包括合格泄爆装置),且喷漆工段防火分区占涂装车间面积不到20%时,厂房可按生产的火灾危险性分类中的丁、戊类生产厂房确定防火要求。  喷涂设备和其他移动电气设备应配防尘罩,其电源电缆要采用支架撑托;松弛敷设,防止绝缘保护层的磨损和接插端口松脱。粉末涂装作业区所使用的照明设备及开关必须满足防爆防尘要求。必须定期测试,检查动力源与供粉系统及通风机之间的电气连锁系统。位于涂装作业区的设备导体,包括传输链、喷粉舱、风管、回收装置等,必须牢固接地,以防静电喷枪附近的对地电绝缘导体上积累能产生电弧放电的电荷。

综合所述,保证固化炉的安全是保证涂装线安全的重中之重。本文所提出的电加热油漆固化炉中的可燃气体超浓度时的报警及自动控制系统,能够达到安全节能的目的。但技术的进步没有终点,希望本文对固化炉的安全高效控制,提供一些借鉴。

 

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