摘要：超大直徑鋼管熔結環氧粉末噴工藝過程中，逸散到空氣中的環氧粉末顆粒更嚴重，造成環境污染以及涂層表面的二次污染。為此，針對逸散的環氧粉末污染問題，制備了中頻感應加熱粉末回收系統，由吸塵裝置、除塵回收裝置、電控系統等組成，采用過濾分離方式，粉末被截在濾塵室內，空氣則透過濾芯排至室外。試驗和工程應用表明，安裝熔結環氧粉末噴涂設備回收系統后，被逸散到到空氣中的環氧粉末大部分被熔結環氧粉末噴涂設備回收系統所回收（約占總粉末量的16.39%），粉末回收效果明顯涂料在線coatingol.com。該系統有效解決噴涂車間空間粉末逸散的問題，對控制粉末噴涂涂層厚度也有一定的輔助作用，避免了大量的浪費，節約了大直徑鋼管內壁環氧粉末噴涂的成本，又能減少工作人員職業傷害，通過實現自動化控制并采用易裝、拆結構，提高了后期維護和檢修的便利性。

0 概述

近年來，熔結環氧粉末噴涂工藝應用在1m左右石油管道上較多，鋼管加熱到指定溫度后，應對粉末進行靜電噴涂，但粉末噴涂過程中普遍忽視了逸散到空氣中的環氧粉末顆粒，若應用在超大直徑鋼管上，粉末逸散現象會更嚴重，涂層質量得不到控制，對環境和工作人員都會造成污染和傷害，同時無形之中增加了生產成本。為了解決粉末逸散不能得到充分利用，業界研發了多旋風粉末回收系統，將其飄浮在空氣中的粉末微塵或未被利用的粉末吸入到分離系統中使之分離，起到了粉末回再使用的作用。

依托于珠江三角洲水資源配置工程項目，在隧洞內安裝大直徑壓力鋼管，要求鋼管做內外防腐，內防腐采用一種中頻感應加熱熔融結合環氧粉末噴涂工藝，除解決粉末回收問題還需保證粉末的上粉率以及涂層厚度的控制，傳統的旋風粉末回收，粉末吸收風口太接近工件，由于抽風的緣故，往往導致工件上粉率不高，粉末消耗過大，反之風口開得過小，則不易使噴涂時內逸散粉末及時抽出，為解決這些問題，開發了一套針對大直徑鋼管內防腐的環氧粉末回收系統，并在珠江三角洲水資源配置工程試驗段項目得到了初步應用，該系統能夠將鋼管內逸散在空氣中的塑粉截留回收，提高了工作環境的潔凈度，保障工作人員的身心健康。與業界同類回收系統相比，具有精準的風速自動調整功能，粉末的上粉率和涂層厚度控制更好；抽風裝置設計更合理，具有裝置易于拆卸，后期維護檢修更方便等優勢。

1 回收系統介紹

1.1 粉末回收原理介紹

以珠江三角洲水資源配置工程試驗段項目為例，內襯鋼管設計每節鋼管為12m，其中鋼管的厚度為22～26mm，鋼管的內防腐要求為熔融結合環氧粉末噴涂，厚度不小400um。環氧粉末的密度范圍為1.3-1.5g/cm3，每根管的理論用量約為30～35kg。大直徑鋼管內防腐粉末回收系統，對場地及環境有著極其重大的經濟意義以及環保意義。

中頻感應加熱噴涂設備（見圖1）由中頻加熱系統、補溫系統、噴涂及回收系統、中控系統等組成，粉末回收系統作為中頻感應加熱噴涂設備的輔助系統，是不可缺少的重要組成部分。

傳統環保設備中的除塵裝置，其基本原理一般分為慣性分離和過濾分離。而中頻感應加熱粉末回收系統的目標為實現氣、固混合流體的二相分離。但是與除塵有所不同，一般除塵后的固相為廢棄物，而在環氧粉末回收后的固相為利用物。因此，設備的結構不能完全照搬套用原有除塵裝置的工作模式，需重新設計收集裝置，以便適應環氧粉末的回收流程。

中頻感應加熱粉末回收系統由吸塵裝置、除塵回收裝置、電控系統等組成，回收系統采用過濾分離方式，粉末被截在濾塵室內，空氣則透過濾芯排至室外（見圖2）。

1.2 吸塵裝置

吸塵裝置包括噴槍處防止粉末擴散的集塵罩和中空方鋼懸臂。首先如圖3、圖4所示，集塵罩布設在粉末噴嘴處，集塵罩與管壁的組合對逸散的粉末形成相對封閉，在進行環氧粉末噴涂時，利用大功率空壓機將逸散在集塵罩內的含塵氣體充分吹送到中空方鋼內。其次，利用大直徑鋼管噴涂設備中空方鋼懸臂裝置，中空方鋼做為通道將集塵罩內的含塵氣體源源不斷的送往除塵裝置。集塵罩對廢氣和粉塵的收集率不低于95%，結構設成易拆結構，便于拆卸，增強了噴粉槍檢修的便利性。利用裝置整體支撐的中空方鋼懸臂，既可將大量的含塵氣體輸送到除塵裝置；又能避免另外鋪設專門的輸送管道，節省空間以及重量。

1.3 除塵回收裝置

回收系統采用二級過濾方式，一級渦流離心除塵；二級濾芯除塵。從集塵罩回收的含塵空氣由中空方鋼作為通道輸送到除塵裝置。除塵裝置為渦流離心式除塵，除塵裝置結構如圖5、圖6所示。

除塵裝置風量為4500m3（變頻器工作頻率為25Hz），排放標準為20mg/m3?；厥诊L機轉速為590r/min，以保證在噴粉作業中無逸粉狀態，不逸散，不倒流。含塵氣體進入除塵裝置后，利用氣流導流板產生渦流。由于在渦流中，靠近除塵裝置外壁的地方渦流轉速越大，利用灰燼和粉末顆粒的比重不同進行篩分，比重較大灰燼顆粒停留在除塵裝置中央，并下沉至灰斗；粒度細、比重小的環氧粉末被渦流吹至除塵裝置內部外圍，最終被吸往濾塵室。

進入濾塵室（結構原理見圖7和圖8）后，在氣流的吹拂作用下使粉塵沉積在濾芯的濾料表面上，凈化后的氣體由排風管排出，當過濾芯上積累了足夠多的粉末時，用壓縮空氣反吹濾芯，濾芯表面粉末落入室底集料盒，即可作為環氧粉末回收再利用。為了保證過濾效果，濾芯還需定期更換，空氣濾芯工作壽命為1000h，更換時間約為3-5個月。

濾筒除塵器的氣流分布很重要，必須考慮如何避免設備進口處由于風速較高造成對濾料的高磨損區域。氣流分布板用于濾筒式除塵器有獨特要求，氣流分布必須十分穩定和均勻，有利于氣流的上升和粉塵的下降，氣流分布板開孔率為35%。根據計算，阻力系數＜2，由此可見：氣流速度為0.8m/s的情況下，多孔氣流分布板可以滿足濾筒式除塵器的要求。

濾筒用濾料有兩類：一類是合成纖維濾料，一類是紙質濾料。合成纖維非織造濾料。按加工工藝可分為連續纖維紡粘聚酯熱壓及短纖維紡粘聚酯熱壓兩類。濾料表面防水處理工況時，防水處理后的濾料其浸潤角應大于90°，沾水等級不低于Ⅳ級。濾料防油處理工況時，濾料做防油處理。聚酯非織造濾料可承受工作溫度不低于120℃。對高溫高濕等其他特殊工況，濾筒材質結構的選用應滿足應用要求。

空氣濾清部分使用CTA三級過濾器保證排出空氣干燥無油水。該裝置配套1臺30m3/H空壓機，5m3儲氣罐穩定氣壓在0.7～0.8MPa。為保證空氣干燥、無油水液滴污染，油水分離器濾芯工作600h需更換1次。

1.4 電控系統

傳統的熔結環氧粉末噴涂直接通過電柜等設備上的按鈕進行作業，不僅操作繁瑣，而且作業人員暴露在粉末噴涂環境中，深受噪音、粉塵的危害，針對傳統施工存在問題，在本裝置研制過程中，結合電子信息通訊技術、傳感器技術，將設備的電控系統集成到中央控制系統中。該系統備有完善的檢測機構，可以實時監測風向、風速、溫度、噴吹泵壓力等關鍵參數，亦可對過程數據進行記錄，增強了作業過程的可追溯性；并且在實時監控、記錄的基礎上實現了自動化調控，能夠按照預定參數進行調整：

１）在噴粉部位有影像監控，在出現噴槍故障時20min內可以切換至備用噴槍，其中6把工作噴槍，6把備用噴槍，共12把。避免因為噴槍故障而導致粉末逸散泄露或者噴槍封堵等問題。

２）實時檢測靜電發生器工作電壓、供氣壓力、供粉壓力、回收系統風機轉速，保證噴粉厚度一致；出現故障時即時顯示出錯誤的類型標號，并且切換備用設備。

３）系統提供定時（班報表、日報表等）報表打印，報警打印，歷史數據記錄報表打印等功能。

2 應用效果

圖9為使用熔結環氧粉末噴涂設備回收系統前后對比，圖9鋼管內壁噴涂時無任務回收措施，粉末在噴涂完成后散落在整個車間地面，對環境的污染較為嚴重；圖10中可以看出噴涂時無明顯粉末逸散現象。

通過對比回收前后的環氧粉末消耗情況（見圖11）可以看出：在安裝熔結環氧粉末噴涂設備回收系統前，被逸散到空氣中的環氧粉末（約占總粉末量的16.4%）較多；在安裝熔結環氧粉末噴涂設備回收系統后，被逸散到到空氣中的環氧粉末大部分被熔結環氧粉末噴涂設備回收系統所回收（約占總粉末量的16.39%）。從前期試驗可見：粉末回收效果是比較成功。

目前研制成果主要應用于珠江三角洲水資源配置工程試驗段、A2、A3標段中，內襯鋼管壁厚為22～26mm，直徑為4800mm，鋼管長度常見的為9m或12m，試驗段厚度要求在400um以上，A2、A3標段在450um以上，噴粉噴涂厚度一般控制在450～550um，太厚浪費粉末對涂層抗彎曲性也會造成影響。經過試驗段90節鋼管的試驗，效果記錄如下。

試驗段噴涂完12m的1條鋼管內壁，厚度控制在450～500um，粉末用量計算：

單根噴涂面積：D＝２πR×12＝4.8×3.14×12＝180.864 m2  （１）

單根粉末用量：n＝面積D×厚度h×密度ρ＝180.864×0.00045×1400＝113.95kg （２）

試驗段粉末用量：N＝n×90＝113.95×90＝10255.5kg （３）

查找試驗段90節鋼管的粉末噴涂用量記錄以及回收粉末記錄（見表2）可見：每條鋼管使用6.1箱環氧粉末（以25kg/箱計算），通過該裝置即可回收1箱環氧粉末，經計算分析可知目前粉末回收率約為16.39％。

試驗段粉末回收量＝N×16.39%＝10255.5×16.39％＝1680.88kg（４）

試驗段回收粉末節省費用：1680.88×44.8＝7.53萬元（５）

經過以上的推算和分析，若以目前珠江三角洲水資源配置工程A2/A3標段預計生產2019節鋼管。根據計算統計，粉末回收系統的回收率在16.39%左右。熔結環氧粉末按密度1400kg/m3計算。

A2/A3標段粉末消耗量：180.864×0.00045×1400×2019＝262.92t （６）

A2/A3標段粉末回收量：262.92×16.39% ＝43.092t （７）

A2/A3標段回收粉末節省費用：43.092×1000×44.8＝193.05萬元（８）

預計可以在珠江三角洲水資源配置工程A2/A3標段回收材料約44t，節省費用193.05萬元，粉末回收效果顯著，具有良好經濟效益。

3 結語

１）本文研發熔結環氧粉末噴涂設備回收系統，由吸塵裝置、除塵回收裝置、電控系統等組成，采用過濾分離方式，粉末被截在濾塵室內，空氣則透過濾芯排至室外，可由電控系統實現自動化控制。

２）安裝熔結環氧粉末噴涂設備回收系統后，被逸散到到空氣中的環氧粉末大部分被熔結環氧粉末噴涂設備回收系統所回收（約占總粉末量的16.39%），粉末回收效果明顯。

該系統有效解決噴涂車間空間粉末逸散的問題，對控制粉末噴涂涂層厚度也有一定的輔助作用，通過回收系統回收風量、風速大小的控制，可輔助控制鋼管內表面的落粉量，從而更加精確涂層的厚度均勻度及厚度要求。避免了大量的浪費，節約了大直徑鋼管內壁環氧粉末噴涂的成本，可避免工作人員職業傷害，通過實現自動化控制并采用易裝、拆結構，提高了后期維護和檢修的便利性。