涂裝車間VOCs排放與減少措施研究

摘要：對(duì)汽車涂裝車間中的VOCs貢獻(xiàn)量進(jìn)行逐工位分析，同時(shí)將溶劑型和水性涂料的VOCs排放量進(jìn)行對(duì)比,闡明使用水性噴涂工藝能夠大大減少VOCs的排放.同時(shí),對(duì)涂裝線體VOCs排放減少提出建議措施，說(shuō)明整改方向。

關(guān)鍵詞：涂裝;VOCs;換色

0前言

我國(guó)工業(yè)經(jīng)濟(jì)進(jìn)入了快速發(fā)展的階段，伴隨而來(lái)的環(huán)境污染特別是大氣污染問(wèn)題受到廣泛關(guān)注，減少大氣污染成已經(jīng)為一個(gè)社會(huì)問(wèn)題。汽車涂裝在汽車制造的四大工藝中，屬于高能耗高污染的工藝過(guò)程。汽車整車廠的大氣污染減排主要集中在涂裝車間，是VOCs的排放大戶。因此，我們需要對(duì)涂裝車間的排放進(jìn)行分析，通過(guò)工藝改善和新技術(shù)的應(yīng)用來(lái)減少VOCs的排放，以此來(lái)保護(hù)環(huán)境，是一項(xiàng)利國(guó)利民的工作。

1、VOCs定義與現(xiàn)狀

VOCs是空氣中普遍存在且組成復(fù)雜的一類有機(jī)污染物的統(tǒng)稱，主要包括烷烴、烯烴和芳香烴以及各種含氧烴、鹵代烴、氮烴、硫烴、低沸點(diǎn)多環(huán)芳烴等物質(zhì)，簡(jiǎn)稱VOCs(volatileorganiccompounds揮發(fā)性有機(jī)化合物)。這是國(guó)際上通用的對(duì)涂料產(chǎn)品中VOCs的定義，其實(shí)質(zhì)是在于涂料產(chǎn)品在接觸大氣的正常溫度和壓力下，能自行蒸發(fā)的任何有機(jī)液體或固體。通常將涂料產(chǎn)品中在常壓下沸點(diǎn)不大于250℃的任何有機(jī)化合物都定義為揮發(fā)性有機(jī)化合物(VOCs)。

VOCs對(duì)大氣造成的危害主要有如下3個(gè)方面：1)部分具有毒性和致癌性，危害人體健康;2)VOCs中的碳?xì)浠锱c氮氧化合物在紫外線的作用下反應(yīng)生成臭氧，可導(dǎo)致大氣光化學(xué)煙霧事件發(fā)生，危害人類健康和植物生長(zhǎng);3)參與大氣中二次氣溶膠的形式，形成的二次期溶膠多在細(xì)顆粒，不易沉降，能較長(zhǎng)時(shí)間滯留于大氣中，對(duì)光線的散射力較強(qiáng)，從而顯著降低大氣能見(jiàn)度。近年來(lái)大氣環(huán)境出現(xiàn)的霾污染，臭氧及酸雨等，與VOCs排放有直接的關(guān)系。

隨著汽車工業(yè)的快速發(fā)展，涂裝車間的VOCs排放也受到廣泛關(guān)注，也得到越來(lái)越多關(guān)注和研究。對(duì)于涂裝車間的VOCs排放總量，是指在涂裝過(guò)程中使用的各種涂料及溶劑所含VOCs總量減去經(jīng)回收或二次燃燒等處理的VOCs量，也就是直接排放到大氣中的VOCs總量，以kg計(jì)算。而VOCs排放是衡量汽車涂裝清潔生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)的指標(biāo)，與汽車表面面積有關(guān)系，是指單位汽車車身涂裝所產(chǎn)生的VOCs含量，以g/m2為計(jì)量單位。2006年后，我國(guó)頒布了HJ/T293—2006《清潔生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)汽車制造業(yè)(涂裝)》，其中將汽車制造業(yè)(涂裝)生產(chǎn)過(guò)程清潔生產(chǎn)水平劃分為三級(jí)技術(shù)指標(biāo)。

2、典型3C2B涂裝工藝流程和VOCs排放組成

2.1典型3C2B涂裝工藝流程及VOCs排放組成

典型的涂裝工藝流程為電泳、中涂和面涂以及烘烤工藝，其中在各工位幾乎都有VOCs排放。

在當(dāng)今工藝水平下，對(duì)不同工位的VOCs的處理和回收有不同的方法，對(duì)于噴漆室和流平室中因排氣量大，VOCs濃度低，處理很困難，所以一般采取高空(50米以上)排放;而烘干室中VOCs濃度高，一般都采用直接燃燒法，并回收熱量綜合利用。通過(guò)對(duì)材料以及利用率計(jì)算發(fā)現(xiàn)：電泳過(guò)程中的VOCs排放非常少，絕大部分VOCs排放產(chǎn)生在噴漆系統(tǒng)中(約占整個(gè)涂裝車間VOCs排放量的85%);噴涂系統(tǒng)中70-80%的VOCs產(chǎn)生于噴涂過(guò)程和流平過(guò)程，10-20%的VOCs產(chǎn)生于烘烤過(guò)程中，由于烘干室中燃燒分解，因此排放量相對(duì)也不多。下面對(duì)各工位的VOCs排放量進(jìn)行計(jì)算。

2.2典型3C2B溶劑型涂裝VOCs排放研究

某汽車涂裝車間建于2000年，采用溶劑型3C2B工藝生產(chǎn)，結(jié)合單臺(tái)材料消耗量以及噴涂工藝，對(duì)該涂裝線體的VOCs排放進(jìn)行研究。

2.2.1關(guān)于噴漆室中VOCs的研究

由于噴漆過(guò)程中利用率不同,導(dǎo)致所噴漆不是100%沉積成漆膜,綜合機(jī)器人噴涂和手工噴涂,取利用率為50%,假設(shè)單臺(tái)消耗漆量為M，那么噴涂過(guò)程中，沉積成漆膜的量為0.5M,揮發(fā)在噴漆室中的量也為0.5M。而對(duì)于沉積成漆膜的部分在流平室中又有部分溶劑的揮發(fā)。對(duì)此部分的揮發(fā)量可以結(jié)合烘干室的揮發(fā)量一起來(lái)研究。

2.2.2關(guān)于流平后進(jìn)入烘干室時(shí)的VOCs含量實(shí)際測(cè)量的研究

對(duì)于溶劑型涂料,研究濕膜進(jìn)入烘干室中的VOCs含量,實(shí)際上我們要研究的就是濕膜固體份。為此，我們對(duì)此溶劑型線體的中涂、金屬漆1、和清漆在進(jìn)入烘干室前和烘干室后的排放比例進(jìn)行檢測(cè)。

試驗(yàn)方法如下：

1)取紙板為托板，將事先稱重的鋁箔W1置于紙板上

2)將鋁箔與紙板貼于試驗(yàn)用的車上，進(jìn)行噴漆處理

3)按生產(chǎn)線生產(chǎn)節(jié)拍進(jìn)行流平，在進(jìn)入烘干室之前取下，將鋁箔取下對(duì)折，對(duì)折時(shí)，漆膜在里對(duì)折一下，為防止溶劑揮發(fā)，把對(duì)折后的鋁箔進(jìn)行折邊，然后稱重記W2

4)將稱重后的鋁箔的折邊全部打開(kāi)，在化驗(yàn)室用烘箱烘烤140℃×20min。烘烤后進(jìn)行稱重W3

5)計(jì)算烘烤排放比例=W2-W3/W2-W1

利用上述方法，對(duì)中涂、色漆和清漆分別進(jìn)行測(cè)量?？梢缘贸鲋型亢颓迤崃髌绞覔]發(fā)物取60%，色漆取70%計(jì)算。

所以：烘干室中VOCs揮發(fā)量為：中涂、清漆：0.5M×40%÷M=20%;色漆為0.5M×30%÷M=15%

噴漆室和流平室合計(jì)揮發(fā)量為：中涂、清漆：80%;色漆為75%

依據(jù)上述數(shù)字，對(duì)溶劑型3C2B工藝VOCs排放情況進(jìn)行研究和計(jì)算。

說(shuō)明：以上計(jì)算中，結(jié)合該車間的各層漆膜進(jìn)入烘干室前的濕膜固體份，計(jì)算噴涂時(shí)VOCs排放的比例分別是，電泳為70%;PVC膠為1%;中涂和清漆為80%;色漆為75%;其余清洗溶劑以及防腐蠟等均為100%。烘干室使用TNV廢氣燃燒處理系統(tǒng)，通過(guò)將有害氣體中的可燃組份燃燒氧化分解成CO2和H2O，VOCs除去率按95%計(jì)算。

該車間生產(chǎn)產(chǎn)品的電泳面積為90m2;則VOCs排放7.13/臺(tái)，最終單臺(tái)VOCs排放量為79.22g/m2。達(dá)到國(guó)內(nèi)清潔生產(chǎn)基本水平標(biāo)準(zhǔn)。

從以上數(shù)據(jù)分析來(lái)看，VOCs貢獻(xiàn)量最大的是色漆噴涂以及清洗溶劑環(huán)節(jié)。因此同時(shí)對(duì)另外一個(gè)典型3C2B水性涂裝車間的VOCs排放進(jìn)行研究。

2.3典型3C2B水性型涂裝VOCs排放研究

該車間采用水性涂料工藝，中涂和清漆、色漆噴涂時(shí)VOCs排放取80%;該車間生產(chǎn)產(chǎn)品的電泳面積為100m2,則VOCs排放2.33kg/臺(tái)，最終單臺(tái)VOCs排放量為23.3g/m2。明顯低于溶劑型涂裝工藝。能達(dá)到國(guó)內(nèi)清潔生產(chǎn)先進(jìn)水平標(biāo)準(zhǔn)。

說(shuō)明：以上計(jì)算與金屬色漆的顏色不同而不同，同時(shí)涉及到稀釋率，在最終VOCs排放量會(huì)因不同面漆(單色漆和金屬漆，以及金屬漆的顏色)不同而不同。

3、VOCs減少措施建議

通過(guò)綜合分析，VOCs貢獻(xiàn)量最大的部分就是溶劑型涂料的清洗溶劑和稀釋劑，因此重點(diǎn)從此方面進(jìn)行改善：

采用低VOCs或無(wú)VOCs的環(huán)境友好型涂料(高固體分涂料、水性涂料、粉末涂料等)替代溶劑型涂料。但是此類措施需要進(jìn)行涂裝生產(chǎn)線改造，難度較大。適宜于新規(guī)劃的生產(chǎn)車間。

合理安排生產(chǎn)，減少換色時(shí)溶劑的使用量。此措施是在已有生產(chǎn)線上適時(shí)最簡(jiǎn)單的措施，通過(guò)管理提升來(lái)達(dá)到降低VOCs的目的。其主要措施是通過(guò)在面漆前設(shè)計(jì)換色編組,進(jìn)行同色集中噴涂，減少換色次數(shù)，以此達(dá)到減少換色溶劑的使用量的目的。

以某生產(chǎn)線為例，沒(méi)有進(jìn)行同色編組時(shí)采用的是以總裝裝配車型順序進(jìn)行噴涂，公司通過(guò)管理優(yōu)化，在涂裝車間設(shè)置適當(dāng)在產(chǎn)車輛，在面漆前進(jìn)行同色編組，同色集中噴涂。

鑒于在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中機(jī)器人同一顏色連續(xù)噴涂的最大臺(tái)數(shù)為30-50臺(tái)，同時(shí)對(duì)實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中了解到，35臺(tái)時(shí)不需要進(jìn)行換色，因此每35臺(tái)必須清洗一次是避免不了的，因此按照35臺(tái)清洗一次對(duì)兩周之內(nèi)的產(chǎn)品進(jìn)行排序，對(duì)優(yōu)化前后換色進(jìn)行對(duì)比。

提高生產(chǎn)管理能力，提高涂裝一次成品合格率。修補(bǔ)漆量少換色次數(shù)多，導(dǎo)致清洗溶劑增多，也是VOCs排放的重要組成部分。提高全員質(zhì)量意識(shí)，從保潔、前道工序進(jìn)行質(zhì)量控制，做到“不接收、不創(chuàng)造、不傳遞”不合格品，加強(qiáng)對(duì)工序質(zhì)量的控制，提高技術(shù)水平和熟練程度，減少修補(bǔ)和返工，提高成品合格率。

提高涂著效率。尤其是提高噴涂作業(yè)場(chǎng)合的涂著效率。使用機(jī)器人噴涂代替人工噴涂，減少過(guò)噴涂量。在舊線體可以使用靜電噴漆替代空氣噴涂，新線體可以采用內(nèi)板機(jī)器人噴涂替代人工噴涂，同時(shí)對(duì)整車的內(nèi)外飾件裝配情況，合理設(shè)計(jì)內(nèi)板噴涂的區(qū)域以及厚度。而對(duì)于內(nèi)板漆膜厚度要求一般控制為中涂15-20μm;色漆10-15μm;清漆20-30μm，低于外部漆膜厚度。

加強(qiáng)VOCs排放的末端治理。涂裝車間設(shè)置廢氣處理裝置，減少污染大氣的VOCs的散發(fā)量。VOCs一般都是可燃性的或易燃的有機(jī)化合物，采用直接燃燒法，觸媒燃燒或吸附法進(jìn)行廢氣處理。在采用燃?xì)?、燃油作為烘干室熱源的?chǎng)合，烘干室廢氣一般都采用直接燃燒法，并回收熱量綜合利用。涂裝噴漆室的廢氣，一般因排氣量大，VOCs濃度低，處理很困難，現(xiàn)用吸附法與燃燒法配套的處理裝置，此種情況適合于干式噴漆室。

4、結(jié)語(yǔ)

綜上所述，汽車涂裝工藝是汽車主機(jī)廠產(chǎn)生VOCs排放最大的車間，減少VOCs排放，對(duì)保護(hù)環(huán)境和人類的身體健康有非常重大的意義。因此，需要結(jié)合具體的涂裝工藝，汽車主機(jī)廠、材料廠家和設(shè)備廠家等多方合作，結(jié)合工藝過(guò)程中的污染物產(chǎn)生情況，合理地設(shè)計(jì)和規(guī)劃，減少污染物的排放，爭(zhēng)取將汽車涂裝工藝過(guò)程中的VOCs排放降低到最低程度以達(dá)到保護(hù)環(huán)境的目的。