油漆车间分为两类：a) 成批生产条件下，半成品连续进行喷漆。这通常是在带有通风除尘设备的喷漆室内进行的，然后烘干，如，汽车、拖拉机和自行车的油漆车间；b) 单件小批量生产。半成品是在车间的固定点喷漆，然后烘干，如， 重型机器厂、矿山设备厂、通用机器厂的油漆车间等。 笔者介绍的是某大型汽车厂，其油漆车间主要承担汽车车身表面高级装饰性及防腐性涂装，油漆工艺一流，生产设备先进, 配套设施齐全。厂房为三层全封闭式现浇钢筋混凝土排框架结构，车间宽度为50m，长度为350m，建筑面积约为5×10
油漆车间分为两类：a) 成批生产条件下，半成品连续进行喷漆。这通常是在带有通风除尘设备的喷漆室内进行的，然后烘干，如，汽车、拖拉机和自行车的油漆车间；b) 单件小批量生产。半成品是在车间的固定点喷漆，然后烘干，如， 重型机器厂、矿山设备厂、通用机器厂的油漆车间等。
笔者介绍的是某大型汽车厂，其油漆车间主要承担汽车车身表面高级装饰性及防腐性涂装，油漆工艺一流，生产设备先进, 配套设施齐全。厂房为三层全封闭式现浇钢筋混凝土排框架结构，车间宽度为50m，长度为350m，建筑面积约为5×104m2。设计要求除考虑室外排放达环保外，对室内的工作环境同样要考虑产品生产质量和劳动卫生标准。因此，其通风除尘设计在环境温度、洁净度和废气治理等方面要求较高。
1 油漆车间通风除尘系统设计思想
有效合理的通风除尘系统设计是消除和控制车间内的污染物，保证工作环境的根本要求。根据该油漆车间的特点，其通风除尘系统设计宜采用集中的水平风管均匀送风和局部排风方式，且基本前提是废气的有效排除和治理，否则将直接影响系统的效果。所以，在该项目中，将废气处理与空调通风系统结合起来进行设计，应用分区理念，保持车间呈密闭微正压状态，
并有效地将高洁净区与污染源、热源隔离分开，为正常生产创造条件。根据国家环境保护法，通风除尘系统中送风和排风部分均需装置消音设备，且所有风管均需装置软管接头，以达到减小振动，减少噪声，改善劳动条件的目的。另外，由通风机排出的有毒气体和粉尘物质要经过废气净化处理后，再按有关规定排放至高空。
2 设计中的主要问题
油漆车间产生的主要污染物为含有二甲苯等的有机溶剂废气，源于喷漆室、烘干室等。
2.1 喷漆室有机溶剂废气的处理
喷漆室有机溶剂废气的特征是大风量，其排风风量约为100×104m3/h；其次是低浓度，一般小于70mg/m3。对于这种典型的大风量低浓度废气，比较有效而又合理的措施是进行室外高空排放。由外推法计算可知，在70m 高度排放是符合5大气污染物综合排放标准6要求的，所以，设计时采用经文丘里洗涤器除去漆雾后，径直由室外高达70 m 的方形混凝土排气筒直接排放至高空。对于废气中夹带的漆雾，则在喷漆室下部设置的水旋式漆雾净化装置去除。其理论净化效率可达到98%，处理后的废水需要定期排放到废水处理站。
2.2 烘干室有机溶剂废气的处理
烘干室产生的有机溶剂废气中，二甲苯的浓度一般在1000mg/m3~3000mg/m3。此类废气可由焚烧炉处理，其净化效率可达到99%，然后向25m高空排放，环保排放标准要求，排放浓度小于70mg/m3，排放速度小于1.0kg/h。
2.3 车间污染物排放的控制
油漆的质量直接关系到轿车的外观和寿命，车间气流组织的主要作用是控制车间内的污染物，降低灰尘对油漆质量的影响。根据工艺要求，油漆车间需采取全室换气通风，除改善工作环境之外，还必须满足车间内洁净要求。由于车间面积大，同时考虑油漆工艺区划布置及对空气品质的要求，应针对性地划分多个通风区域，着力协调岗位送风风量与油漆工艺设备送排风、车间全室通风风量平衡，使整个车间保持微正压状态，气流组织从洁净区域流向次洁净区域。在车间通向外界的主要通道处安装风幕机，将外界灰尘隔绝，保证室内洁净和产品的油漆质量。作为油漆车间关键工艺之一的喷漆室，为确保其内部空气质量不受外界干扰，除对送风采取初效和中效二级过滤外，送风量要大于排风量，使喷漆室始终处于微正压状态。根据工艺布置，喷漆室外侧为洁净区，工人进入该区须通过风淋通道。基于喷漆室正压气体流向洁净区将影响工人身体健康的考虑，该区气流组织采取上送下排的方式，风量排入喷漆室下一层的造渣区。基于造渣区对空气品质的要求相对较低，通常无人操作，因此，在该区采取全室换气通风，高空排放的方式。设计保证喷漆室相对于洁净区为正压，洁净区相对于造渣区为正压，造渣区相对于室外环境为正压。
2.4 三个烘房的通风设计
处于车间三层的是中涂烘房、面漆烘房、电泳烘房。相对于喷漆室，它们对环境空气品的质要求不高，虽有污染物产生，但无人操作，故将此工段置于气流组织的末段。3个烘房中，中涂烘房和面漆烘房有二甲苯等有机溶剂废气产生，按烘房开口面积及烘房内二甲苯爆炸浓度下限要求计算, 每个烘房的排风量为9 000m3/h，二甲苯的浓度约为2000mg/m3( 含流平室产生的二甲苯废气)，排气温度大于150℃。此类废气的特点是小风量、高浓度、高温, 故可采用直接燃烧法进行处理，以轻柴油作为燃料，将废气与燃油在焚烧炉里混合后焚烧，使有机溶剂最终氧化分解为CO2 和H2O。其优点是净化效率高，稳定性好；缺点是排放热污染、耗能较大。在该设计中，采取直接燃烧与烘房的循环炉连接在一起，将燃烧余热经热交换进入烘房的热循环系统，可节能90%，既克服了直接燃烧法的不足，又获得稳定高效的净化效率。
2.5 防火和防爆的考虑
由于油漆车间排出的有害废气中含有大量可燃物质，当油漆车间内局部空气的有毒可燃气体浓度达到30g/L时，空气就有爆炸的危险。为了防火和防爆，在整个排风系统的吸入和排出管处，分别设置闸板阀和防火阀, 车间内的电器设备与开关全部采用防爆型，排风设备与风管均需做静电接地处理。排风量可按照式(1) 进行计算：
L=3600×F×V (m3/h) (1)
式中：F为油漆车间排风口的面积，m2；V 为排风口的吸风速度，依据油漆的挥发物性质选取(见表1)。
表1 排风口的吸风速度单位为米/秒
油漆挥发物性质 |
吸风速度 |
含有铅及其有机化合物，如苯、二甲苯、甲醇、氯化苯、醋酸戊脂的颜料。 |
1. 5 |
含有醋酸丁脂、醋酸乙脂 、丁醇以及其他卫生标准容许浓度为0.2mg/L物质的颜料。 |
1.0 |
含有白节油、松节油、乙醇、干性油以及其他卫生标准容许浓度为 0.3mg/L物质的颜料。 |
0.7 |
经计算，烘房区排风量约为3×8000m3/h。为了保证该区对外界环境的相对正压和对二层的相对负压，同时确保该区有足够的换气通风量，设计中除对该区实施机械送风外，还控制二层点补区内相对较洁净的气流流向烘房区。
这种使车间内各区域的气流依次利用、空气品质依次递减的设计不但保证了油漆质量，而且节能效果非常明显。经核算，其能耗为普通设计的2/5(包括冬季加热蒸汽) 。
2.6 车间加热送风的方案与计算
车间送风需加热是油漆车间的又一特点，因为很多工艺过程都在隧道式设备内完成，散热散湿量很大，为了防止冬季冷风吹入室内造成设备内部结露，影响产品质量，所以车间送风温度必须进行有效地控制。
本设计中，送风装置设计为按水平风管均匀送风。所谓水平风管均匀送风就是把等量的空气以相同的出口速度由风道上的侧孔送出，即每个送风口的风速与风量都相等。油漆车间送风水平风管上的送风侧孔，其间距为5m，并根据车间尺寸计算送风管的长度。水平风管上的送风侧孔与水平方向呈15b角向下倾斜。
利用静压复得原理，在一段较长的水平送风管道上开有若干个侧送风孔，实现每个侧送风孔的风量与风速达到一致，做到均匀送风。为了达到这个要求，静压复得法的计算方法，将风管纵截面的形状设计为渐变形。即通过逐渐降低管段的动压来增加管段的静压，使2个侧送风孔之间的静压复得等于2点间的摩阻，以确定送风管道的截面尺寸(见图1)，具体计算如下：
对于1，2两个断面建立伯努力方程式。
V21r/2g+Hj1=V22r/2g+Hj2+(RL+Z)1-2， (2)
式中，V21r/2g，V22r/2g 为断面1，2 处的动压；Hj1，Hj2为断面1、2处的静压；(RL+Z)1-2为断面1、2间的能量损失之和，单位均为mmH2O。
由于1，2 处的静压相等，即Hj1= Hj2，所以，V21r/2g-V22r/2g=(RL+Z)1-2，(3)
根据摩擦阻力与局部阻力的计算，式(3)可以改写成式(4)，V21
r/2g-V22r/2g=(K#l1-2/D)#V22r/2g+N1aV12r/2g+EN#V22r/2g，(4)
式中，K为摩擦阻力系数；l1- 2为断面1，2间的管长；N1a为1，a 间三通分流处直通阻力系数；EN为两分流点之间除N1a 之外其余管道构件局部阻力系数之和。为了便于计算，对K、N1a进行变换，K=1.75×10-3D-0.21V0.075，(5)
取国际上普遍采用的阻力系数实验结果值N=0.4，则有：N1a= 0.4(L3/L1)2(6)
将(5)(6) 代入(4) 整理可得：AV12= V22 +BV22.526，(7)
式中：A= [1-0.4( L3/ L1)2] /(1+ EN)；
B=2.14211-2/(1+ EN)l20.612。
应说明的是，计算时首先确定总送风量，按风道推荐风速选定油漆车间风道起始端风速，计算得风管起始端管径。另外，根据劳动保护及产品质量要求，油漆车间冬季考虑送暖风，送风温度为18℃， 夏季在工作人员较集中的区域进冷风，送风温度为26℃。车间全室通风的送风量约为42×104m3/h( 不包括岗位及设备送风)，车间送风采用组装式空调机及置换式进风口。车间排风风量59×104m3/h，车间排风采用组装式空调机、风机箱、屋顶风机和轴流风机。
按照这种设计思想，该油漆车间废气排放完全达到环保要求，室内的空气品质也达到了劳动卫生标准，同时气流组织符合工艺要求，保证了产品的质量。
3 结语
该通风除尘系统的设计满足了环保、生产工艺、质量检测以及企业管理等方面的要求，运行状况良好。
该工程的设计实践，在大空间厂房的空调通风系统的设计方面，拓展了思路，积累了经验，在技术上有所进步，可为此类其他项目的设计工作提供借鉴之用。
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知识点：某厂房油漆车间的通风除尘设计
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