基于對(duì)節(jié)能減耗及環(huán)保要求的考慮，目前新建涂裝車間噴漆室送風(fēng)大部分都采用循環(huán)風(fēng)送風(fēng)方案，如果采用提高循環(huán)風(fēng)比例來(lái)實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步節(jié)能，那么就需要我們對(duì)噴漆室VOCs的濃度進(jìn)行理論計(jì)算，通過(guò)計(jì)算結(jié)果判斷循環(huán)風(fēng)方案的可行性及生產(chǎn)的**性；另外通過(guò)計(jì)算噴漆室排出的廢氣中VOCs的濃度大小并結(jié)合工廠當(dāng)?shù)丨h(huán)保標(biāo)準(zhǔn)要求及其他相關(guān)因素來(lái)判斷廢氣是直接排放還是先處理后排放。

0引言

隨著“綠色涂裝”理念越來(lái)越深入，涂裝行業(yè)中各界人士無(wú)時(shí)無(wú)刻不在為此理念而努力。其中，節(jié)能減耗作為“綠色涂裝”理念中的一個(gè)重要組成部分，當(dāng)然也是大家高度關(guān)注且努力奮斗的一個(gè)重要方向。在能耗方面，涂裝車間占據(jù)四大工藝車間整個(gè)耗能的60%左右，而噴漆室又占據(jù)整個(gè)涂裝車間的50%左右。尤其是近幾年來(lái),水性漆的廣泛運(yùn)用對(duì)噴漆室空調(diào)送風(fēng)的溫濕度又有了更嚴(yán)格的要求，因此噴漆室的空調(diào)送風(fēng)系統(tǒng)成為噴漆室中的一個(gè)耗能大項(xiàng)。為了降低空調(diào)機(jī)組的耗能，越來(lái)越多的涂裝車間都采用循環(huán)風(fēng)送風(fēng)方案，在一定的范圍內(nèi)，循環(huán)風(fēng)比例越高也就越節(jié)能。當(dāng)然，并不是我們想當(dāng)然的任意提高比例，因?yàn)檠h(huán)風(fēng)比例的提高會(huì)導(dǎo)致噴漆室內(nèi)部及排出的廢氣中VOCs濃度的提高。從**角度考慮，噴漆室內(nèi)部VOCs濃度一般要控制在可燃?xì)怏w爆炸極限濃度的四分之一以下。另外，排出的廢氣濃度也要符合當(dāng)?shù)丨h(huán)保部門及相關(guān)法規(guī)要求。所以，我們就要對(duì)噴漆室的VOCs濃度進(jìn)行前期核算，通過(guò)計(jì)算結(jié)果再結(jié)合其他相關(guān)因素來(lái)確定循環(huán)風(fēng)比例。另外通過(guò)計(jì)算廢氣VOCs濃度來(lái)判斷廢氣是直接排放至大氣還是需要先處理后排放。因此，各主機(jī)廠家、噴漆設(shè)備廠家及環(huán)保單位都會(huì)對(duì)噴漆廢氣VOCs濃度進(jìn)行計(jì)算。此篇論文就在采用循環(huán)風(fēng)方案的情況下對(duì)噴漆室VOCs濃度的計(jì)算闡述一下我個(gè)人的計(jì)算方法。

1噴漆室單位時(shí)間內(nèi)VOCs揮發(fā)量的計(jì)算

VOCs是揮發(fā)性有機(jī)化合物(volatileorganiccompounds)的英文縮寫，我們?cè)谌奶岬降腣OC指的是油漆中含有的有機(jī)揮發(fā)物。目前汽車涂裝常用的油漆主要有兩種：即水性漆(一般用于中涂漆和面漆)和溶劑型漆(一般用于罩光清漆)。調(diào)制好的油漆主要包含固體份、有機(jī)溶劑、稀釋劑(水性漆主要為水，溶劑型漆主要為揮發(fā)性有機(jī)化合物)等，其中固體份主要通過(guò)烘干后固化而隨車身附著，有機(jī)溶劑(主要含二甲苯和非甲烷總烴)則相繼在噴漆室、流平室及烘干室中揮發(fā)。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，在噴漆室中會(huì)有約50%的有機(jī)溶劑揮發(fā)產(chǎn)生，流平室中約20%的有機(jī)溶劑揮發(fā)產(chǎn)生，烘干室中約30%的有機(jī)溶劑揮發(fā)產(chǎn)生。另外，需要提醒一下，不同廠家的油漆有機(jī)溶劑含量、固體份含量等參數(shù)會(huì)有所不同，我們下面的計(jì)算當(dāng)中取的各個(gè)數(shù)值僅僅是參考某一油漆廠家的參數(shù)來(lái)舉例說(shuō)明計(jì)算方法。

1.1油漆體積固體含量

油漆的體積固體含量即為油漆中非揮發(fā)性成分與液態(tài)漆料的體積比。液態(tài)油漆中的溶劑揮發(fā)后，真正留在車身表面成為漆膜的就是油漆中的非揮發(fā)成份，即固體含量。計(jì)算公式如下：

體積固體含量=(干膜厚度/濕膜厚度)*100%

1.2濕膜厚度計(jì)算

通過(guò)干膜厚度、固體含量來(lái)計(jì)算濕膜厚度(根據(jù)1.1中公式），其中固體含量可以從油漆廠家提供的產(chǎn)品資料中得到。

已知規(guī)定的干膜厚度，查閱相關(guān)油漆的體積固體含量，計(jì)算相應(yīng)的濕膜厚度，可以按以下公式計(jì)算:

濕膜厚度=干膜厚度/固體含量

1.3油漆實(shí)際用量計(jì)算

油漆的實(shí)際用量可以按以下公式計(jì)算：

油漆實(shí)際用量=(單位時(shí)間內(nèi)噴涂面積*濕膜厚度)/涂布效率

1.4有機(jī)溶劑（VOCs）揮發(fā)量計(jì)算

由以上公式可計(jì)算出單位時(shí)間內(nèi)油漆實(shí)際用量、油漆有效利用量、過(guò)噴油漆量。三者之間關(guān)系為：

油漆實(shí)際用量=油漆有效利用量/涂布效率

那么,有機(jī)溶劑揮發(fā)量可通過(guò)以下公式計(jì)算可得：

噴漆室中有機(jī)溶劑揮發(fā)量=車身油漆溶劑揮發(fā)量+過(guò)噴油漆中有機(jī)溶劑量=油漆有效利用量*有機(jī)溶劑百分含量*50%+油漆損耗量*有機(jī)溶劑百分含量

那么，也可以順便算出來(lái)流平室有機(jī)溶劑揮發(fā)量：

流平室有機(jī)溶劑揮發(fā)量=車身油漆溶劑在流平室中揮發(fā)量=油漆有效利用量(包括內(nèi)板、外板)*有機(jī)溶劑百分含量*20%

備注：

(1)設(shè)定有機(jī)溶劑在噴漆室中揮發(fā)的比例為50%。

(2)假設(shè)損耗的油漆中的有機(jī)溶劑全部揮發(fā)至噴漆室中。

(3)設(shè)定有機(jī)溶劑在流平室中揮發(fā)的比例為20%。

1.5舉例計(jì)算

例：某一新能源汽車廠噴涂生產(chǎn)線生產(chǎn)能力為26JPH，其中車身外板噴涂面積為12m2，內(nèi)板噴涂面積為5m2。具體噴漆參數(shù)詳看表1，現(xiàn)計(jì)算每噴漆工序單位時(shí)間內(nèi)VOCs排放量。

根據(jù)上文公式計(jì)算可得：

(1)總噴涂面積計(jì)算

每小時(shí)內(nèi)板噴涂總面積=車型產(chǎn)量*車型涂覆面積=26*5=130m2/H

每小時(shí)外板噴涂總面積=車型產(chǎn)量*車型涂覆面積=26*12=312m2/H

(2)濕膜厚度計(jì)算

中涂?jī)?nèi)板噴涂濕膜厚度=25/50%=50μm

中涂外板噴涂濕膜厚度=35/50%=70μm

面漆內(nèi)板噴涂濕膜厚度=20/50%=40μm

面漆外板噴涂濕膜厚度=25/50%=50μm

清漆內(nèi)板噴涂濕膜厚度=25/50%=50μm

清漆外板噴涂濕膜厚度=50/50%=100μm

(3)油漆有效使用量計(jì)算

中涂?jī)?nèi)板油漆有效使用量=(130*50)/1000=6.5kg/H

中涂外板油漆有效使用量=(312*70)/1000=21.84kg/H

面漆內(nèi)板油漆有效使用量=(130*40)/1000=5.2kg/H

面漆外板油漆有效使用量=(312*50)/1000=15.6kg/H

清漆內(nèi)板油漆有效使用量=(130*50)/1000=6.5kg/H

清漆外板油漆有效使用量=(312*100)/1000=31.2kg/H

(4)油漆實(shí)際用量計(jì)算中涂?jī)?nèi)板油漆實(shí)際用量=6.5/60%=10.8kg/H

中涂外板油漆實(shí)際用量=21.84/60%=36.4kg/H

面漆內(nèi)板油漆實(shí)際用量=5.2/60%=8.7kg/H

面漆外板油漆實(shí)際用量=15.6/60%=26kg/H

清漆內(nèi)板油漆實(shí)際用量=6.5/60%=10.8kg/H

清漆外板油漆實(shí)際用量=31.2/60%=52kg/H

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(5)有機(jī)溶劑（VOC）揮發(fā)量計(jì)算

中涂?jī)?nèi)板噴涂段=6.5*12%*50%+(10.8-6.5)*12%=0.906kg/H

中涂外板噴涂段=21.84*12%*50%+(36.4-21.84)*12%=3.06kg/H

中涂流平段=(21.84+6.5)*12%*20%=0.68kg/H

面漆內(nèi)板噴涂段=5.2*12%*50%+(8.7-5.2)*12%=0.732kg/H

面漆外板噴涂段=15.6*12%*50%+(26-15.6)*12%=2.184kg/H

清漆內(nèi)板噴涂段=6.5*50%*50%+(10.8-6.5)*50%=3.775kg/H

清漆外板噴涂段=31.2*50%*50%+(52-31.2)*50%=18.2kg/H

清漆流平段=(31.2+6.5)*50%*20%=3.77kg/H

2兩種常見循環(huán)風(fēng)方案的VOCs濃度計(jì)算

目前循環(huán)風(fēng)較常見的循環(huán)方式主要有兩種：一是循環(huán)風(fēng)全部來(lái)自新風(fēng)噴涂段的排風(fēng)(詳看送排風(fēng)原理圖1)，二是循環(huán)風(fēng)由兩部分組成：新風(fēng)噴涂段的排風(fēng)及部分循環(huán)過(guò)的循環(huán)風(fēng)(詳看送排風(fēng)原理圖2)。以下我們將對(duì)這兩種情況分別進(jìn)行計(jì)算。由于上文我們對(duì)某新能源汽車廠已經(jīng)進(jìn)行了VOCs揮發(fā)的舉例計(jì)算，為了方便起見，我們還以此新能源汽車廠為例進(jìn)行VOCs濃度的計(jì)算。**種情況以中涂噴漆室(水性漆)為例，**種以清漆噴漆室(溶劑型漆)為例。

2.1循環(huán)風(fēng)全部由新風(fēng)噴涂段排風(fēng)組成

圖1送排風(fēng)原理

2.1.1根據(jù)上文計(jì)算結(jié)果可得知中涂各噴涂段VOCs每小時(shí)揮發(fā)量：

中涂?jī)?nèi)板噴涂段=6.5*12%*50%+(10.8-6.5)*12%=0.906kg/H

中涂外板噴涂段=21.84*12%*50%+(36.4-21.84)*12%=3.06kg/H

中涂流平段=(21.84+6.5)*12%*20%=0.68kg/H

2.1.2根據(jù)每噴涂段風(fēng)量可計(jì)算出每段VOC濃度：

中涂?jī)?nèi)板噴涂段=906000/(89100+4950)=9.6mg/m3

中涂外板噴涂段=(9.6*45680+3060000)/45680=76.6mg/m3

中涂流平段=(9.6*6720+680000)/6720=110.8mg/m3

2.1.3排廢氣VOC濃度計(jì)算：

(41650*9.6mg/m3+45680*76.6mg/m3+6720*110.8mg/m3)/157410=29.5mg/m3

備注：在正常噴涂工況下，由于人工補(bǔ)噴段噴漆量很少甚至不噴，所以在此計(jì)算過(guò)程中以不噴漆來(lái)計(jì)算，以下計(jì)算同樣如此，后文不再單獨(dú)說(shuō)明。

2.2循環(huán)風(fēng)由新風(fēng)噴涂段排風(fēng)及部分循環(huán)風(fēng)再次參與循環(huán)兩者組成

圖2送排風(fēng)原理

2.2.1根據(jù)上文計(jì)算結(jié)果可得知清漆各噴涂段VOCs每小時(shí)揮發(fā)量計(jì)算：

清漆內(nèi)板噴涂段=6.5*50%*50%+(10.8-6.5)*50%=3.775kg/H

清漆外板噴涂段=31.2*50%*50%+(52-31.2)*50%=18.2kg/H

清漆流平段=(31.2+6.5)*50%*20%=3.77kg/H

2.2.2各噴涂段內(nèi)部每次循環(huán)階段VOCs含量計(jì)算：

為了便于計(jì)算和理解，我們以每小時(shí)循環(huán)一次進(jìn)行計(jì)算，以清漆外板自動(dòng)噴涂區(qū)為例，假設(shè)在一個(gè)容積為53460m3的密閉空間內(nèi)，每噴漆1個(gè)小時(shí)后，我們都對(duì)其內(nèi)部的VOCs含量及濃度進(jìn)行計(jì)算，下面我們按照這個(gè)思路對(duì)各噴涂段的計(jì)算如下：

2.2.2.1噴涂第1個(gè)小時(shí)后各噴涂段VOCs含量計(jì)算：

清漆內(nèi)板噴涂段=6.5*50%*50%+(10.8-6.5)*50%=3.775kg

清漆外板噴涂段=31.2*50%*50%+(52-31.2)*50%=18.2kg

清漆流平段=(31.2+6.5)*50%*20%=3.77kg

2.2.2.2噴涂第2個(gè)小時(shí)后各噴涂段VOCs含量計(jì)算：

清漆內(nèi)板噴涂段=(3.775+11.207)kg

清漆外板噴涂段=(18.2+7.182)kg

清漆流平段=(3.77+1.057)kg

2.2.2.3噴涂第3個(gè)小時(shí)后各噴涂段VOCs含量計(jì)算：

清漆內(nèi)板噴涂段=(3.775+11.207+11.207*0.56)=[3.775+11.207*（1+0.56)]kg

清漆外板噴涂段=(18.2+7.182+7.182*0.56)=[18.2+7.182*（1+0.56)]kg

清漆流平段=(3.77+1.057+1.057*0.56)=[3.77+1.057*（1+0.56)]kg

2.2.2.4噴涂第4個(gè)小時(shí)后各噴涂段VOCs含量計(jì)算：

清漆內(nèi)板噴涂段=[3.775+11.207*（1+0.56+0.562)]kg

清漆外板噴涂段=[18.2+7.182*（1+0.56+0.562)]kg

清漆流平段=[3.77+1.057*（1+0.56+0.562)]kg

2.2.2.5根據(jù)數(shù)學(xué)歸納法可推斷出第n個(gè)小時(shí)后各噴涂段VOCs含量計(jì)算：

清漆內(nèi)板噴涂段=[3.775+11.207*（1+0.56+0.562+…+0.56(n-2))]kg

清漆外板噴涂段=[18.2+7.182*（1+0.56+0.562+…+0.56(n-2))]kg

清漆流平段=[3.77+1.057*（1+0.56+0.562+…+0.56(n-2))]kg

2.2.2.6分別對(duì)第n個(gè)小時(shí)后各噴涂段VOCs含量求極限值如下：

清漆內(nèi)板噴涂段：lim[3.775+11.207*（1+0.56+0.562+…+0.56(n-2))]=29.245kg

清漆外板噴涂段：lim[18.2+7.182*（1+0.56+0.562+…+0.56(n-2))]=34.523kg

清漆流平段：lim[3.77+1.057*（1+0.56+0.562+…+0.56(n-2))]=6.172kg

2.2.2.7根據(jù)每段風(fēng)量可計(jì)算出每段VOC濃度：

清漆內(nèi)板噴涂段：29.245kg/(71280+2910)=394mg/m3

清漆外板噴涂段：34.523kg/45680=755.8mg/m3

清漆流平段：6.172kg/6720=918.5mg/m3

2.2.3排放的廢氣VOCs濃度計(jì)算：

根據(jù)圖2送排風(fēng)原理圖可知，排放的廢氣由內(nèi)板噴涂排出的部分氣體和流平室排出的全部氣體兩部分組成，根據(jù)上文計(jì)算結(jié)果可計(jì)算排放的廢氣VOCs濃度如下：[6.172+29.245*49650/(49650+24540)]/(49650+6720)=457mg/m3

2.2.4排放的廢氣VOC濃度另一種方法的計(jì)算：

有關(guān)排廢氣VOC濃度計(jì)算我們還可以用另外一種思路：由于每個(gè)噴涂段廢氣濃度*終會(huì)達(dá)到一個(gè)*大極限值，并且以這個(gè)*大值持續(xù)下去；另外，單位時(shí)間內(nèi)每個(gè)噴涂段新產(chǎn)生的廢氣量也是個(gè)恒定值。那么，會(huì)產(chǎn)生這樣一個(gè)平衡狀態(tài)，即單位時(shí)間內(nèi)新產(chǎn)生的VOCs量等于此單位時(shí)間內(nèi)排走的VOCs量，那么排廢氣VOCs濃度可進(jìn)行如下計(jì)算：

由上文可知清漆各噴涂段每小時(shí)揮發(fā)產(chǎn)生的VOCs量如下：

清漆內(nèi)板噴涂段=6.5*50%*50%+(10.8-6.5)*50%=3.775kg/H

清漆外板噴涂段=31.2*50%*50%+(52-31.2)*50%=18.2kg/H

清漆流平段=(31.2+6.5)*50%*20%=3.77kg/H

所以，排廢氣中VOCs濃度為：(3.775+18.2+3.77)/(49650+6720)=457mg/m3

經(jīng)過(guò)計(jì)算數(shù)據(jù)對(duì)比，此結(jié)果與2.2.3中我們計(jì)算的廢氣VOC濃度數(shù)據(jù)一致，在不計(jì)算每個(gè)噴漆段VOCs濃度而僅僅計(jì)算排廢氣VOCs濃度時(shí)，我們可采取此辦法來(lái)計(jì)算。

3計(jì)算分析總結(jié)

本文計(jì)算過(guò)程看似非常復(fù)雜，其實(shí)道理很簡(jiǎn)單，如果做成計(jì)算表格的話更是事半功倍。計(jì)算過(guò)程中只需把控如下思路即可：每個(gè)合理的循環(huán)風(fēng)方案在每個(gè)噴涂段中的VOCs濃度一定有一個(gè)極限上限值，如果沒有上限值，勢(shì)必會(huì)造成噴漆室內(nèi)部VOCs濃度越來(lái)越大，*終會(huì)累計(jì)到爆炸極限濃度而發(fā)生爆炸危險(xiǎn)。鑒于此理論和大量計(jì)算結(jié)果進(jìn)而推斷可知：每一個(gè)合理的循環(huán)風(fēng)方案，每次循環(huán)后的VOCs濃度都會(huì)比上一次循環(huán)以某個(gè)小于1的等比值累計(jì)增加（本文計(jì)算的等比值是0.56），循環(huán)次數(shù)越多，這個(gè)數(shù)值就越趨近于計(jì)算出來(lái)的極限值。另外，此等比值受各功能段風(fēng)量、單位時(shí)間內(nèi)VOCs揮發(fā)量等參數(shù)影響。

4結(jié)語(yǔ)

本文的計(jì)算方法可以計(jì)算出每個(gè)噴涂段的有機(jī)溶劑VOCs濃度及排廢氣中的VOCs濃度,通過(guò)計(jì)算結(jié)果判斷循環(huán)風(fēng)方案的可行性及生產(chǎn)的**性；另外通過(guò)計(jì)算噴漆室排出的廢氣中VOCs的濃度大小并結(jié)合工廠當(dāng)?shù)丨h(huán)保標(biāo)準(zhǔn)要求及其他相關(guān)因素來(lái)判斷廢氣是直接排放還是先處理后排放。通過(guò)這個(gè)計(jì)算思路同樣也可以計(jì)算出烘干室里面的VOCs濃度及烘干排廢氣VOCs濃度，本文不再一一計(jì)算。