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案例頻道概述
工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)減少對(duì)環(huán)境的影響，這種需求促使汽車業(yè)在車身上采用水性瓷漆，而這種漆的工藝需要嚴(yán)格控制周圍的溫度和濕度。
實(shí)際上，過低的相對(duì)濕度會(huì)導(dǎo)致噴漆顆粒中所含的水分較早蒸發(fā)，降低漆的流動(dòng)性，減少覆蓋面積。反過來，相對(duì)濕度過高也會(huì)造成缺陷，過稀的油漆層覆蓋在車體表面會(huì)形成極小的水泡，水泡中的水在烤漆房蒸發(fā)后就會(huì)在油漆表面形成小凹坑。
面臨的問題
傳統(tǒng)上，大部分汽車涂噴車間的加濕手法是用噴淋盤管或在向烤漆房空氣室放置濕膜。而該著名汽車制造商作為汽車業(yè)的龍頭，一直在不斷改善所用油漆的質(zhì)量和噴漆工藝，為了滿足了應(yīng)用需要，近來在控制溫度和濕度方面有了更高的精度要求。
該汽車制造商要求其噴涂車間溫度穩(wěn)定在70至75 °F（21.1至23,9 °C）之間，相對(duì)濕度在65至75%之間。該公司已與美國(guó)密歇根州底特律的Gallagher-Kaiser公司簽定合約，改造其老化的噴涂車間，使進(jìn)入噴涂車間的空氣質(zhì)量達(dá)到更高的水平。整個(gè)改造只保留送風(fēng)機(jī)，空氣室的其它部分都會(huì)用不銹鋼材料重建，安裝新的預(yù)熱燃燒器、盤管、過濾器、墻壁和地板。除此之外，還需要性能比濕膜更優(yōu)越的加濕器－必需的。
空氣室規(guī)格
制造商： Gallagher-Kaiser (客戶定制)
充氣量： 9000立方英尺/分鐘（153000立方米/小時(shí)）
新風(fēng)： 100%
供水： 低級(jí)去離子水，2兆歐姆
設(shè)定值控制： 來自General Electric Fanuc控制器
預(yù)熱： 2級(jí)調(diào)節(jié)天燃?xì)馊紵?BR>
冷卻： 2排冷水盤管－連續(xù)調(diào)節(jié)
再加熱： 2排熱水盤管－連續(xù)調(diào)節(jié)
過濾： 90%初級(jí)袋式濾器，95%后袋式濾器
控制： General Electric Fanuc/變頻控制
新的humiFog加濕系統(tǒng)將安裝在冷卻盤管之后，再加熱盤管之前。
CAREL加濕方案
Gallagher-Kaiser公司考察了幾種加濕系統(tǒng)之后，決定使用CAREL humiFog高壓微霧系統(tǒng)，因?yàn)镃AREL humiFog具有以下特點(diǎn)：
● 全不銹鋼結(jié)構(gòu)（泵、噴嘴、分支水管、控制室等）；
● 多級(jí)連續(xù)瀉流系統(tǒng)Cascading Sequential Staging (CSS)營(yíng)造出極佳的負(fù)荷調(diào)節(jié)和重疊效果；
● 全方位診斷功能，保護(hù)泵、電機(jī)、變頻器（VFD），監(jiān)控泄漏和阻塞情況；
● 廣泛的連通性：適用于BacNET、ModBus、Lonworks、TCP/IP通信協(xié)議；
● CAREL公司在霧化裝置方面取得成功的深厚技術(shù)背景；
● 100%無硅樹脂結(jié)構(gòu)，可處理18兆歐姆去離子水。
這樣看起來humiFog系統(tǒng)可能是滿足高標(biāo)準(zhǔn)的加濕要求（相對(duì)濕度精度為± 5% rH）的最佳選擇。
CAREL SPA位于美國(guó)的子公司CAREL USA接手此項(xiàng)目并立即根據(jù)士麥那（Smyrna）地區(qū)氣象資料全面分析加濕系統(tǒng)所需的條件。因?yàn)樗幚淼目諝?00%來自室外，所以室外條件將成為濕量和為達(dá)到必要精度而采取的加濕工藝的決定性因素。
在士麥那，一天之內(nèi)溫度的變化范圍為25 °F至60 °F（-3.9至15.6 °C）。加濕系統(tǒng)必須適應(yīng)這些波動(dòng)，使車間溫度始終保持在75 °F（23.9 °C），相對(duì)濕度保持在65%。
氣象資料顯示士麥那地區(qū)一年內(nèi)溫度變化范圍為10 °F至94 °F（-12.2至34.4 °C），相對(duì)濕度為50%。
該汽車制造商要求其噴涂車間溫度穩(wěn)定在70至75 °F（21.1至23.9 °C）之間，相對(duì)濕度在65%至75%之間。在惡劣的條件下，即當(dāng)室外空氣溫度為10 °F（-12.2 °C），相對(duì)濕度為50%時(shí)，噴涂室溫度為75 °F（23.9 °C），相對(duì)濕度為75%，此時(shí)，加濕系統(tǒng)要提高向噴涂車間排放的空氣的水分含量，由每立方英尺0.24grains/cf（gv/kgdryair）增加至7.17grains/cf（gv/kgdryair）。
如果每個(gè)空氣充氣室充氣量為90,000 CFM（153,000 m3/h（lbs/hr）），計(jì)算所得的加濕量為5,348磅/小時(shí)(lbs/hr)（2426kg/h）：
5348磅/小時(shí)＝90000立方英尺/分鐘x60分鐘/小時(shí)x6.93格令/立方英尺
÷
7000格令/磅
根據(jù)士麥那的氣象資料得出的加濕系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間為每年2597小時(shí)。
可以采用的加濕工藝有直接利用蒸汽、電動(dòng)蒸汽、空氣/水霧化或者蒸發(fā)媒介。用蒸汽加濕，在負(fù)荷高峰時(shí)需要超過六百萬BTU（英國(guó)熱量單位）的能量。用電時(shí)這個(gè)數(shù)字為1,760 kW。霧化空氣/水則需要一臺(tái)200馬力的壓縮機(jī)。而采用蒸發(fā)媒介達(dá)不到所需的精度要求而且用于開始和結(jié)束操作的時(shí)間較長(zhǎng)。因此，使用humiFo看來是最佳選擇。
CAREL專門設(shè)計(jì)了一套humiFog壓力霧化系統(tǒng)，使用23根相互連接的霧化噴桿，分18個(gè)加濕段，加濕量為5,500 磅/小時(shí)(lbs/hr)(2500 kg/h) ）， 濕度調(diào)節(jié)范圍為2-100%。
humiFog系統(tǒng)配置：
系統(tǒng)容量： 5500磅/小時(shí)（2500千克/小時(shí)）
霧化支管數(shù)量： 23根，不銹鋼材料
霧化噴嘴數(shù)量： 667個(gè)，每個(gè)8至10磅/小時(shí)（4千克/小時(shí)）
水滴分離器： CAREL公司專業(yè)生產(chǎn)，不吸濕，開放網(wǎng)絲，低壓滴落，抗菌處理介質(zhì)，每500英尺/分鐘 壓降0.1” w.c.
泵電機(jī)： 東芝高效電機(jī)，7.5馬力，TEFC，基座座213T
泵： CAT1051，帶預(yù)濾器
電力特點(diǎn)： 電壓：交流460/3/60伏，電流：全負(fù)荷11安
變頻驅(qū)動(dòng)器： 通用富士AF－300P11型
系統(tǒng)調(diào)節(jié)： 多級(jí)連續(xù)復(fù)疊系統(tǒng)(CSS)，調(diào)節(jié)范圍為2-100%
控制器： CAREL pCO2 + pCOe 擴(kuò)展+ pCOUMID
控制輸入： 設(shè)定值來自General Electric Fanuc系統(tǒng)，控制供氣，CAREL ASDC1傳感器。所有溫度、壓力傳感器均為卡樂提供。
CAREL humiFog系統(tǒng)的操作原理是將水壓增至1,000 磅/平方英尺（70 bar，7 MPa）并將其輸送至特制的霧化噴嘴，噴嘴將水分解成10微米的水滴，釋放至周圍的空氣中進(jìn)行蒸發(fā)。同其它同類用途的霧化系統(tǒng)相比，humiFog的優(yōu)勢(shì)在于它能以極少的能量消耗產(chǎn)生極小的水滴（1磅水每小時(shí)能耗為1 W，2,2 W/kg/h）。這樣，此系統(tǒng)輸出5500 lbs/hr霧化水僅需7.5馬力，而空氣/水霧化系統(tǒng)則至少需要一臺(tái)200馬力的空氣壓縮機(jī)。假設(shè)每年2597小時(shí)運(yùn)行時(shí)間內(nèi)均半負(fù)荷運(yùn)行，每千瓦?時(shí)電價(jià)0.08美元，那么使用CAREL humiFog系統(tǒng)比空氣/水霧化系統(tǒng)每年可節(jié)約14,900美元。
說明：CAREL公司也生產(chǎn)空氣/水霧化系統(tǒng)（MC），所以決定使用humiFog系統(tǒng)完全是出于經(jīng)濟(jì)原因和所需要的結(jié)果。
水霧增加了空氣的相對(duì)濕度
在為該汽車制造商的這個(gè)項(xiàng)目設(shè)計(jì)humiFog系統(tǒng)時(shí)，CAREL考慮到所有系統(tǒng)必須聯(lián)合工作，因?yàn)閔umiFog是絕熱型加濕系統(tǒng)，它在加濕空氣的同時(shí)也冷卻空氣。因此實(shí)際上，不管采用何種工藝，每小時(shí)內(nèi)要蒸發(fā)1千克水都需要700 W的能量。
絕熱型加濕器（微霧系統(tǒng)）運(yùn)行時(shí)其“焓值恒定”，因此與干濕表上的等焓線一致。所以干球溫度下降而焓值（濕球）保持不變。在下面的表中，humiFog霧化系統(tǒng)沿由“Room 1”至“Preheat 1”的紅線達(dá)到設(shè)定的70 °F（21,1 °C）和70%的相對(duì)濕度；沿由“Room 2”至“Preheat 2”的紅線達(dá)到設(shè)定的78 °F（25,6 °C）和70%的相對(duì)濕度。
底部的棕色線由外部空氣的最低限度（溫度：10 °F，即-12.2 °C，相對(duì)濕度：50%）延伸至各種預(yù)熱條件。相應(yīng)地，在最冷日期要達(dá)到70 °F（21,1 °C）和70%的相對(duì)濕度需要預(yù)熱至115°F（46.1°C），要達(dá)到78°F（25.6°C）和70%的相對(duì)濕度需要預(yù)熱至138°F（58.9°C）。
例2表示外部空氣條件溫度為50 °F（10 °C）、相對(duì)濕度為50%。這種條件下，溫度要達(dá)到70 °F（21.1 °C）濕度達(dá)到70 °F，所需預(yù)熱溫度約為101 °F（38.3 °C）；要達(dá)到78 °F（25.6 °C）、相對(duì)濕度70%，所需預(yù)熱溫度為125 °F（51.7°C）。只要沿著水平穿過頁(yè)面的紫色線就行。
例3表示外部空氣條件溫度為78 °F（25.6 °C）、相對(duì)濕度為70%。這種情況下，需要同時(shí)加濕和冷卻空氣才能使溫度達(dá)到70 °F（21.1 °C）、相對(duì)濕度達(dá)到70%；要達(dá)到78 °F（25.6 °C）、相對(duì)濕度70%，需要先將空氣預(yù)熱至約96 °F（35.6 °C）然后再加濕。例4 表示外部空氣條件溫度為90 °F（32.2 °C）、相對(duì)濕度為60%。這種情況需要先冷卻再加濕。圖中的綠線分別表示兩設(shè)定點(diǎn)的露點(diǎn)溫度，即59.7 °F代表溫度為70 °F、相對(duì)濕度為70%時(shí)，67.4 °F代表溫度為78 °F、相對(duì)濕度為70%時(shí)（15.4 °C代表溫度為21.1 °C、相對(duì)濕度為70%，19.7 °C代表溫度為25.6 °C、相對(duì)濕度為70%）的露點(diǎn)溫度。
在使用霧化加濕時(shí)，對(duì)周圍采暖、通風(fēng)與空調(diào)系統(tǒng)（預(yù)熱、冷卻、重新加熱）的控制對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的成功和精確性至關(guān)重要，因?yàn)檎舭l(fā)的能量必須由空氣流提供。
CAREL控制方案
CAREL使用自己的pCO2系列可編程控制器（目前已升級(jí)為pCO3），這樣能將泵站和霧化支管完全合為一體，統(tǒng)一監(jiān)控。
pCO2是一種高速度、高精度、適用范圍廣的控制器（適用于Modbus,BacNET, LonWorks, TCP/IP等通信協(xié)議）軟件也由CAREL編寫，完全兼容現(xiàn)有的GE Fanuc控制系統(tǒng)。
控制序列
下面的草圖顯示的是所有傳感器的位置。由CAREL提供的傳感器注明為“humiFog”傳感器。
操作順序圖如下：
書面操作順序如下：
1. 預(yù)熱溫度設(shè)定值為55 °F（# 2傳感器）；
a. 如果預(yù)熱溫度降至低于55 °F（# 2傳感器）時(shí)，按下預(yù)熱燃燒爐的UP（增加）鍵，恢復(fù)至設(shè)定值（55 °F）；
b. 如果預(yù)熱溫度升高，超過55 °F（# 2傳感器），按下預(yù)熱燃燒爐的DOWN（降低）鍵，恢復(fù)至設(shè)定值（55 °F）；
2. 空氣排放溫度設(shè)定值為70 °F（# 5傳感器）；
a. 如果空氣排放溫度升高，超過70 °F（# 5傳感器），按下冷卻裝置的UP（增加）鍵，恢復(fù)至設(shè)定值（70 °F）；
b. 如果空氣排放溫度下降至低于70 °F（# 5傳感器）；
i. 如果humiFog系統(tǒng)處于加濕狀態(tài)（GE開關(guān)量輸入關(guān)閉），按下預(yù)熱燃燒爐的UP（增加）鍵，恢復(fù)至設(shè)定值（70 °F）；
ii. 如果humiFog系統(tǒng)未處于加濕狀態(tài)（GE數(shù)字輸入打開），按下重新加熱燃燒爐的DOWN（降低）鍵，恢復(fù)至設(shè)定值（70 °F）；
3. 空氣排放濕度設(shè)定值為相對(duì)濕度70%（# 6傳感器）；
a. 如果排放空氣濕度下降至低于相對(duì)濕度70%（# 6傳感器），humiFog系統(tǒng)開始升高檔位并關(guān)閉一項(xiàng)數(shù)字輸出以顯示GE系統(tǒng)處于運(yùn)行狀態(tài)。humiFog系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)根據(jù)需要升高檔位，達(dá)到相對(duì)濕度70%的排放條件（# 6傳感器）；
b. 如果排放空氣濕度升高至高于相對(duì)濕度70%（# 6傳感器），按下冷卻裝置的UP（增加）鍵，恢復(fù)至設(shè)定值（相對(duì)濕度70%）。
當(dāng)然還有一些專有的東西保證系統(tǒng)的高精確性，全面診斷系統(tǒng)出現(xiàn)的問題：
● 高/低供水壓力；
● 高/低支管水壓力；
● 變頻器故障和自動(dòng)重設(shè)；
● 高/低空氣排放濕度；
● 傳感器故障；
● 微處理器自我診斷；
CAREL的OEM制造商掌握的專門技術(shù)使得humiFog系統(tǒng)不只是一個(gè)高壓系統(tǒng)這么簡(jiǎn)單。
請(qǐng)記住，在噴涂車間加濕方面，真正重要的只是那些小數(shù)字：
● ±1%相對(duì)濕度；
● 每小時(shí)每磅加濕用水消耗的能量為1瓦，即2.2 W / kg/h。
超值結(jié)果
humiFog系統(tǒng)的操作精度在這一領(lǐng)域?yàn)槭讋?chuàng)，10分鐘之內(nèi)就能從冷啟動(dòng)達(dá)到設(shè)定值，相對(duì)濕度保持在±1%，各周期之間相對(duì)濕度誤差不超過±0.6%。周期間濕度控制保持在±0.5 °F。系統(tǒng)對(duì)外部空氣條件變化的反應(yīng)平滑順暢并且不會(huì)偏離特定條件。
從實(shí)際表現(xiàn)圖表中看出，系統(tǒng)在冷啟動(dòng)后10分鐘
啟動(dòng)時(shí)外部空氣條件為溫度8 °F、相對(duì)濕度50% rH (-13.3 °C，相對(duì)濕度50%)。整個(gè)系統(tǒng)為全自動(dòng)控制，只需定期維修泵即可。
結(jié)論
該汽車制造商一直在不斷改善所用油漆的質(zhì)量和噴漆工藝，在溫度和濕度控制方面達(dá)到了較高的精確程度，滿足了需要。
CAREL的humiFog系統(tǒng)是您適當(dāng)時(shí)候的正確選擇。
humiFog系統(tǒng)的操作精度在這一領(lǐng)域?yàn)槭讋?chuàng)，相對(duì)濕度控制精度可達(dá)到并保持在±1%。
老式的簡(jiǎn)易紙板加濕器將不再能提供所需的精確度和可靠性。
北京市公安局海淀分局備案號(hào)：11010802023656號(hào)