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电加热油漆固化炉中的可燃气体超浓度时的自动控制
文章来源: 更新时间:2015-11-29

  电加热油漆固化炉中的可燃气体超浓度时的自动控制
  承德环宇雀彩机械制造有限公司赵辉
  在生产过程中,固化炉产生的一些诸如爆炸、爆燃等安全问题可能会影响生产,甚至可能会影响到人身安全,本文设计了一种全新的自动控制方案,以保证电加热油漆固化炉内置远红外电加热方式的运行既节约能源,又安全可靠。
  关键词:电加热油漆固化炉;可燃气体;自动控制
  固化是指物质从低分子转变为高分子的过程。电加热油漆固化一般是指需要用紫外线固化的涂料(油漆)、胶粘剂(胶水)或其它灌封密封剂的固化条件或要 求,其区别于加温固化、胶联剂(固化剂)固化、自然固化等。这是是通过一种单体/低聚物的混合物的快速聚合而获得一种也可交联的涂膜的一种技术。
  一、前言
  当前先进的油漆涂装生产线,大多采用固化炉内置远红外电加热方式,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,如蒸汽、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,属于环保低碳工作运行,符合国际潮流。
  二、电加热油漆固化炉的安全隐患
  固化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)固化炉的安全隐患
  固化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,导致了固化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、固化炉中可燃气体超浓度时的自动控制
  (1)问题描述
  虽然采用固化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,汽体挥发加剧,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,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
  得益于多年的工作经验及深入思考与研究,笔者成功设计出了电加热油漆固化炉中的可燃气体超浓度时的自动控制系统。
  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,国产的可燃气体探头工作温度均不高于70℃,而油漆固化炉内温度集中在130-180℃ 范围内,特殊涂料甚至高达280℃。所以探头不能直接进行炉内探测。解决办法将高温气体管道引出,引出后系统容器中气体浓度基本不变。将引出的气体冷却至 70℃以下时,进行检测。第二步,在系统中设置微型中间继电器。考虑到节能效果,微型中间继电器平时不启动。一旦管道中检测点的气体浓度超过爆炸闪点,控 制系统中微型中间继电器闭合,带动执行继电器闭合,此时排风系统风机启动,加大排风量,可降低炉内气体浓度。此时炉内即便因线路接触不实产生放电现象,也 不会引发爆炸,从而确保运行安全。
  为使集气冷却,管道下部输入端应略高于炉内加热件接触电极的最高端5-10公分。由于可燃气体受热后的浮力的作用,上部浓度略高于下部,这就使得加热 元件最高点的浓度不大于输入端的浓度,集气管上部与系统排风管道相连接,以保证车间环境中不受影响。为了加快冷却速度,可在冷却管外安装散热片。
  (3)应用实例
  笔者基于此课题,设计研制出了一套自动控制装置,应用于中石化湖北某制桶厂,投入运行两年以来,应用良好,达到了即节约能源,又安全可靠的研制目的。 其中尤其注意了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自动控制方案,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。