工程机械是我国机械工业的重要组成部分,经过近年来的快速发展,我国工程机械产品技术创新、研发制造等核心竞争能力不断提升,工程机械规模总量已跃居世界第一,但由于工程机械行业在产品能耗、工艺水平等方面仍与国际先进水平存在较大差距,所以我国单位GDP的能耗仍是世界平均水平的2倍以上.能源是发展国民经济的基础,合理利用能源,坚持贯彻国家对能源开发和节约并重的方针,降低能源消耗,对提高经济效益,保证国民经济持续发展,具有非常重大的意义.
涂装车间是工程机械制造企业的能耗大户,能源种类涉及电、水、压缩空气、燃气、蒸汽等.不同地区、不同类别和生产性质的工厂,涂装车间能耗大约占全厂能耗的30~50%之间,因此,涂装车间的节能对于整个企业节能减排具有重要意义.本文针对工程机械行业特点,结合近年来国内工程机械涂装生产线的建设情况,从涂装车间工艺、设备、产品设计和管理等方面对节能措施进行了分析与讨论.
1 涂装工艺节能措施
工艺规划与设计是一个涂装车间的首要任务,合理、先进的工艺布置对车间节能起到决定性作用,新工艺近年来在工程机械涂装行业也有所应用,如常温转化膜工艺、结构件喷粉工艺等.根据工程机械行业产品类别多、工件重、品种杂等特点,在满足产品涂层质量指标的前提下,可以考虑的节能措施有:
1.1前处理工艺节能
(1)大型结构件尽可能采用抛丸工艺代替喷丸工艺.抛丸设备一次性投资比喷丸大,但生产效率高,折合到单位生产成本和动力消耗均比喷丸低.
(2)驾驶室、机罩、油箱等薄板件,采用逆流补水、低温磷化或常温无磷转化膜工艺,节省用水量和热源成本.
(3)尽可能减少刮腻子和打磨工作量,减少腻子烘干和打磨设备的能耗.工程机械产品本身装饰要求相对不高,尤其是对于大型构件.同时可以考虑从工艺方面采取替代腻子的工艺方式,如某些部件采用锤纹漆遮盖表面的部分缺陷.
1.2喷涂工艺及方式节能
(1)"湿碰湿"喷涂.针对采用三涂层工艺的工程机械产品,采用中涂漆和面漆"湿碰湿"喷涂,减少烘干工序,节省电能及热能.
(2)底面漆合一.针对采用两涂层工艺的工程机械产品,底面漆合一,即一道涂层即可满足底漆和面漆功能,可以减少喷漆室数量,减少能源消耗.
(3)合理选用喷涂工具.喷涂工具的选择与涂装质量、生产效率、节能及原材料利用等有密切联系.工程机械行业目前较为先进的喷涂方式是混气静电喷涂,该方式结合了无气喷涂、静电喷涂等优点,涂料利用率高,节省涂料,减少废水和废气的排放.
2 设备节能措施
2.1前处理设备节能
(1)工程机械前处理设备分为两类:机械前处理方式和化学前处理方式.机械前处理方式用于结构件喷抛丸处理,其主要节能方式一是提高生产效率,降低空载能耗,喷丸室采用多人同时操作,缩短设备运行时间,节省能耗;抛丸室抛头按最大工件采用仿形布置,工件按节拍行走,如果设计不合理,空载运行时间将加长,能耗增加.二是合理选用除尘器,目前通常采用旋风和滤筒二级除尘方式,在满足处理要求下尽量选能耗小的除尘风机,节省能耗.化学式前处理方式,用于薄板件前处理,其主要节能方式是节水设计,如配备油水分离器、除渣装置等,对水进行回用.
2.2喷漆设备节能
喷漆设备主要用能设备为送风空调和排风机.其节能主要考虑两点:一是送风风速的选取,根据《涂装作业安全规程喷漆室安全技术规定》(GB14444-2006)的规定,手动喷漆大型喷漆室设计控制风速0.5m/s,风速范围在0.38~0.67m/s,其目的主要是抑制过喷漆雾的扩散,对于工程机械行业,一般采用混气喷涂,漆雾过喷量相对空气喷漆要小,因此可以将设计风速适当降低到0.45m/s,从而降低送风、排风及空调加热的能耗.
送风空调在北方地区冬季需配加热功能,由于喷漆室温度要求一般为15℃左右,故加热热源可用蒸汽、热水、天然气,此三种能源按照折标煤计算,采用天然气较为节省能耗,该方式目前在国内汽车涂装车间应用较广泛.另天然气燃烧方式亦对节能效果影响显著.
2.3烘干设备节能
随着我国能源结构的变化,工程机械烘干室目前多数采用燃气热风对流烘干室,在设备设计时提高设备的密封性能并减少热桥,降低能源消耗.而加热方式的选择对节能效果影响亦较大,目前主要有直接燃烧加热和间接燃烧加热两种方式,直燃加热方式由于没有换热装置,循环空气直接经过燃烧装置,热能得到充分利用;而间接燃烧是循环空气与燃烧炉进行热交换,燃烧炉需要有排烟气装置,一般热效率为85%左右,明显低于直接燃烧加热方式.
近年来讨论较多的是烘干室废气的处理及热能回收利用技术,该方式在中高温烘干室,且废气量相对稳定的情况下,如汽车行业,节能效果较为明显,而对于工程机械行业,薄板件目前已普遍采用阴极电泳涂装,工艺与汽车涂装相似,可以采用此方式,但对于结构件涂装,由于工件规格杂,生产不均衡,低温烘干,因此节能效果不理想,目前应用较少.
2.4冷却设备节能
工件冷却室的作用是将烘干后的工件快速冷却,以方便后道工序作业,减少涂层损伤.一般要求工件表面温度不高于40℃即可.强冷室的风量计算通常是按夏季较高温度计算的,这样在其它季节,工件温度下降太多就造成了能源浪费.其节能方式可以在强冷后道工序设计自动测温装置,并将温度反馈给PLC,再通过变频器对风机电机进行变频,达到节能降耗的目的.
3 产品设计的节能措施
3.1色彩设计
工程机械产品整机色彩已脱离以前单一的色彩的状况,不同企业已形成了自已的企业色,为了追求美观和装饰效果,一些企业越来越重视产品的外观设计.在产品外观美学设计时,不同色彩应尽可能按不同零部件划分,或将不同颜色部件设计成拼装式结构,减少套色,从而节省套色喷漆室和烘干的能源消耗.
3.2大型构件分片制作
近几年,我国一些大型工程机械产品取得突破,工件尺寸和重量也是越来越大,对涂装室体的尺寸和承重能力要求也越来越高.但大型产品的市场总量相对较小,如果以最大规格产品设计涂装设备,能耗和运行成本较大,因此,在满足产品功能的前提下,分片制作可以降低对涂装设备的规格要求,从而降低能耗.
3.3吊装工艺孔的预留
吊装工艺孔的合理预留可以最大限度减少吊装工装对表面的遮挡,并可以减少后期转运时的磕碰,减少后期的补漆工作量.例如搅拌筒为一筒状工件,一般采有钢索从底部兜起的方式,做得较好的企业则是在法兰盘上预留吊装孔,只有几个点的补漆.
3.4装配方式设计
装配方式一般要求不能再焊接,而是要采用螺栓或其它连接方式,但有少部分产品可能由于产品不成熟,标准化程度不够,在装配过程中仍采用焊接作业,破坏了已涂装好的部件表面涂层,增加了整机产品的涂装工作量.该方式的另外一个缺点就是由于焊接应力未得到释放,存在应力腐蚀的隐患,有企业发现在整机装配时焊接部位,后补的漆膜在短时间内很容易开裂.
4 管理节能措施
4.1生产组织管理节能
工程机械产品工件较杂,一条生产线通常要承担多达几十种不同规格的零部件涂装任务,因此生产的合理组织对生产线的节能运行有较大的影响,主要管理措施有:
(1)合理进行工件分类组织,相同颜色的工件尽可能批量进行,减少面漆的换色和中间停机时间.
(2)合理组合吊挂,减少生产线和设备的空运转,减少前处理的空抛.
(3)强化开、停机管理.由于生产线较长,从前道工序到后道工序有一定的时间,每天上班时应顺序开机,如果同时开机,则后道工序的设备空运行时间将延长,能耗增加;关机时则要按相返顺序进行.
4.2设备使用维护节能
设备使用和维护保养对设备节能有着较大的影响,并影响设备的使用效果,应分类对不同设备制订维护保养计划.各类设备的主要保养措施如下:
(1)加热设备:如换热器、燃烧器,如果不及时保养,换热器垢、燃烧器烧嘴积炭,影响换热和燃烧效率,增加能耗.
(2)加热槽体和室体的维护,如前处理槽、烘干室的的保温层长期运行可能会出现缝隙,如不时维护,部分热量外泄会增加能耗.
(3)送排风系统的管路维护,如过滤装置、除尘器滤筒等堵塞需定期清理或更换.
5 结语
节能降耗是我国可持续发展的基本要求之一,节能措施的推广与应用具有良好的经济效益和社会效益.各企业应根据自身涂装工艺、产品特点等实际情况,对各种节能措施进行经济性分析,制订合理的节能方案,降低能耗的同时降低企业运行成本,增强企业市场竞争力.
