如今动力电池的市场越来越大,对于制作电芯核心工艺的涂布机的效率要求也随之越来越高,而涂布机提速的最大瓶颈还是在烘箱干燥,理论上烘箱的长度已经决定涂布机所能生产的最高速度,而由于厂房空间和能耗的限制,烘箱的长度不能无限加长,烘箱加热源(导热油、蒸汽、电加热)等热交换效率低,加上阴极烘箱属于防爆环境等多种因素影响,这个问题一直没有得到很好的解决。
1防爆分区及电气硬件设计要求
装置整体结构图如图1所示。
1.1危险区域的划分
1一烘箱主体:2一防爆板:3一真空系:4一冷风过滤器:
5一新风过滤器:6一排风风机:7一三代PTCsV-西伏CP-220V-400A:
8一循环风过滤器:9一双向隔爆阀:10一循环风机:
11一负压腔自动门帘气缸:12一主传动棍组件:13一红外灯管。
图1装置整体结构图
1区:在正常运行时,可能出现爆炸性气体环境的场所。
根据以上防爆标准,结合我司实际情况,防爆红外烘箱内部和抽风管道定义为1区,装置外部环境1m范围内定义为2区。
1.21区、2区用电气设备的选型要求
参照国标《爆炸性气体环境用电气设备第15部分:危险场所电气安装(煤矿除外)》(GB3836.15—2000)[1],危险场所用电气设备应满足:
(1)如电气设备符合用于0区要求或下列防爆型式的一种或多种要求,该电气设备可用于1区:隔爆外壳、正压型、冲沙型、油浸型、增安型。
(2)0区或1区用电气设备或符合IEC60079-15的"n"型电气设备可以用在2区。
1.3布线要求
爆炸1区:(1)电力:铜芯2.5mm2及以上:(2)照明:铜芯2.5mm2及以上:(3)控制:铜芯1.0mm2及以上。
爆炸2区:(1)电力:铜芯1.5mm2及以上,铝芯16mm2及以上:(2)照明:铜芯1.5mm2及以上:(3)控制:铜芯1.0mm2及以上。
2防爆红外烘箱设备(元器件)选型
参照危险区域的划分标准与电气设备的选型及布线要求,我司防爆红外烘箱区域设备(元器件)情况如下:风机电机、主传动电机、热电偶、风速仪、数显压差表、浓度传感器、接线箱均为隔爆型,极片红外检测探头、主传动检测开关为本安型。
3烘箱区域布线及设备安装示意图
参照国标《爆炸性气体环境用电气设备第15部分:危险场所电气安装(煤矿除外)》(GB3836.15—2000)要求进行烘箱区域布线及设备安装,如图2所示,整体说明如下:烘箱区域内电缆都是通过线槽、电缆管、波纹管(极少数设备于电缆管交接处使用)进行敷设。线槽、金属电缆管、波纹管只是对电缆起保护作用,防爆隔离是经过进入设备的防爆密封接头来完成的,强电电缆都是整根进入设备内部,烘箱区域没有电缆接头。部分信号电缆会进入防爆接线盒内,通过接线端子进行信号分配,防爆接线盒电缆进线、出线都是根据电缆线径选择合适的防爆密封接头进行密封。
4防爆红外烘箱的电气功能及联锁设计
4.1防爆分区计算
4.2防爆安全监控措施
4.2.1烘箱温度双通道监控
控制逻辑:采用两组温度探头对烘箱的实际温度进行监控,在各自对应的温度控制器内设置最高、最低温度范围,当任意一组温度探头或两组同时监测到烘箱温度异常,温度控制器立即输出信号到安全PLC,安全PLC输出一路信号切断红外加热,停止烘箱加热:另外输出一路信号给排风变频器,使排风变频器按最大设定频率运行,加大通风量:第三路输出给烘箱传动,使烘箱传动紧急停止,切断可燃物质的输入。
4.2.2烘箱NMP浓度单通道监控
控制逻辑:NMP传感器实时对烘箱NMP浓度进行监控,当检测到NMP浓度超过设定值时,传感器立即输出信号到安全PLC,安全PLC输出一路信号切断红外加热:另外输出一路信号给排风变频器,使排风变频器按最大设定频率运行,加大通风量:第三路输出给烘箱传动,使烘箱传动紧急停止,切断可燃物质的输入。
4.2.3烘箱通风量双通道监控
控制逻辑:采用两组风量探头对烘箱的实时风量进行监控,在各自对应的风量控制器内设置最低风量值,当任意一组风量探头或两组同时监测到烘箱风量低,风量控制器立即输出信号给安全PLC,安全PLC输出一路信号切断红外加热,停止烘箱加热:另外输出一路信号给排风变频器,使排风变频器按最大设定频率运行,加大通风量:第三路输出给烘箱传动,使烘箱传动紧急停止,切断可燃物质的输入。
4.3常规功能联锁
4.3.1循环风机控制联锁
(1)循环风机轴转速监控信号异常,红外加热停止。(2)风机变频器异常,加热停止,加热接触器切断。(3)热膨胀保护开关动作,高温保护,接触器切断。(4)出风口热电偶温度监控,高温报警,加热电源切断。(5)排风机出口处风速监控,风速过低,红外加热停止。
4.3.2消防系统联锁
(1)隔爆阀信号触发,消防系统自动启动。(2)防爆板信号触发,消防系统自动启动。(3)手动控制启动。当发生意外时,手动开启消防箱的灭火装置。
4.3.3红外灯管控制联锁
(1)烘箱门打开,红外加热停止,接触器断开,待关闭后可重新手动启动。(2)灯管表面温度监控,超温报警(低温<100℃,高温>580℃),加热停止,加热接触器断开。(3)极片表面温度对比(红外极片温度检测),超高报警,并关闭红外灯管,接触器断开。(4)与烘箱风机启停联动,烘箱风机启动后允许红外灯管开启,红外灯管未关闭则风机无法停止。(5)每节烘箱红外灯管供电设立独立断路器、接触器、功率调节器。(6)红外管增加冷却风量监测,冷却风流量低,红外加热停止,接触器断开。(7)每节烘箱灯管回路增加独立数显电流感应器,达到设定值时输出PLC报警停机,红外加热空开脱扣。
4.3.4停机控制
4.3.5安全门联锁
(1)烘箱门打开,红外加热立即断电。(2)烘箱内温度小于等于60℃,允许开门。
5结语
以上就是防爆红外烘箱装置的电气设计重点,第一台带该装置的高速涂布机在C公司已经成功试产,并通过了南德TUV的防爆认证。烘箱在长度不变的情况下,加热速度提高20%以上,并且极片质量有一定提升。
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