油漆车间过喷漆雾处理及VOC的控制

油漆车间过喷漆雾处理及VOC的控制

作者:网络    来源:网络    发布时间:2018-12-10 10:10    浏览量:

摘要: 在对油漆车间过喷漆雾处理方法进行简要论述的基础上,提出了 VOC 计算统计模式方法,并对降低 VOC 排放进行实践探讨。

关键词: 油漆车间; 过喷漆雾处理; VOC 控制

0 引言

轿车涂装工艺涉及有机化学、高分子化学、物理化学、材料科学等诸多基础科目,工艺过程由前处理、电泳涂装、PVC 防腐、中涂底漆、色漆、清漆涂装、空腔注蜡组成,而其中油漆材料中使用品种最多、用量最大的一类是芳香烃溶剂,代表性的有二甲苯、高沸点芳烃溶剂,另外使用较多的是酯类溶剂(乳酸丁酯)、醇类(异丙醇)、酮类溶剂(环己酮、三甲基环己酮)等挥发性有机溶剂,它们都对环境造成了不同程度的污染。我们经常所说的 VOC 就是挥发性有机物,是指在涂料的使用过程中,挥发到大气中的溶剂和一些化学物质,它们是有机物质(碳氢化合物、乙二醇、酒精等)的混合物,比如涂料、PVC、清洗用稀释剂中都包含 VOC。 大多数国家和组织对 VOC 的定义是指沸点低于或等于 250 ℃的任何有机化合物,如德国对 VOC 的定义是有机挥发物。 它们在 293.15 K 温标下具有 0.01 kPa 或更高的蒸气压力,或者在相应的使用条件下产生相应的湿气(德国联邦环境保护条例第 31 款)。

 

现代化轿车涂装车间油漆喷涂目前使用往复机和机械手静电喷涂,往复机静电喷涂的油漆上漆率一般为60%~70%,机械手静电喷涂的油漆上漆率一般为80%~90%,剩余的过喷量往往在喷漆过程中挥发散落在喷漆室内。对于过喷漆雾的处理目前主要有3种处理方式:1)文丘里水吸附;2)石灰石干式吸附;3)E-scrub水处理。以下就这3种不同的处理方式作简单介绍。

 

1油漆车间过喷漆雾处理方法

1.1文丘里水吸附处理法

文丘里水吸附处理法目前大都用于溶剂型传统工艺的喷涂车间。过喷的漆雾随着从上而下的沉降风飘落在循环水中,雾状漆滴进入循环水后被漆雾凝聚剂分散成小颗粒状,在电荷作用下或者吸附作用下,漆雾凝聚剂利用二极不同的亲和性将漆滴完全包裹,通过化学作用,漆雾凝聚剂渗透至油漆内部将油漆颗粒中的功能基团破坏,使其黏性彻底消除,部分溶剂也被吸收包裹,油漆颗粒的黏性消失,漆渣呈无黏性的疏松基团,在被破坏的漆渣上浮或下沉之前,漆雾凝聚剂中的高分子絮凝剂,将被破坏的漆滴聚集成较大的渣团,同时将被破坏的油漆颗粒和其他杂质凝聚在一起,并使其坚固和黏合,增强机械脱水的效率并且中和系统电荷,保持系统中的离子平衡。上浮水槽的渣团,通过刮渣机将其清除,这些化学凝聚剂结成的漆渣VOC含量一般在1.5%左右。

 

在部分循环量比较大或循环速度比较快的系统中,有时可能产生较多的泡沫,需要使用消泡剂抑制过多的泡沫产生。文丘里水吸附处理还会用到杀菌剂,循环水系统在无溢流的情况下是“死循环”,在中国南方的气候条件下一般夏季使用1个月(冬季为2个月)后,循环水中会产生细菌(主要是厌氧菌),细菌会使循环水产生臭味和过量泡沫。细菌在水中会产生硫化氢气体和氨盐,其会加速循环水的电导率上升。

 

1.2石灰石干式吸附处理法

石灰石干式吸附是近几年新引入国内的一种漆雾处理方式,主要应用于德国Duerr公司制造的喷涂设备系统中,目前全球大众“2010工艺”、“2010+工艺”的漆雾处理主要为石灰石处理和E-scrub水处理。石灰石处理漆雾的流程见图1。

对于“2010 水性色漆新工艺”中使用的石灰石收集漆雾装置(见图 2),可以通过喷漆室各个收集模块石灰石的更换设置 (对色漆内腔喷涂区域过滤模块以及清漆内腔喷涂区域的过滤模块设置的过车台数进行优化)、增加过车台数、降低石灰石消耗来降低石灰石的投入使用量, 更换频次对石灰石用量的控制起直接作用,需要定期认证过车设定值的合理性,从而提高石灰石收集漆雾的效率。

 

1.3 E-Scrub 处理法

E-Scrub 静电漆雾分离系统处于喷漆室格子形栅板平面以下, 面漆线 BC1+2 线和 CC1+2 线的喷漆室具有独自的 E-Scrub 系统。 通过喷漆工艺流程时,喷漆室中的空气负载多余的油漆微颗粒。 过喷漆雾和空气一起被循环空气排气扇通过分离系统吸入。 空气中的超范围喷涂漆在分离模块进行分离。 排气扇将净化空气吸入旁边布置的排气道。 大部分净化空气作为循环空气被重新输送到喷漆室, 小部分净化空气通过废气处理导入废弃排放管并被供应的新鲜空气替换。

图 3 所示是 E-Scrub 静电分离捕捉漆雾的装置。喷漆室沉降风从上自下穿过导流板, 裹挟着沉降漆雾进入分离模块进行静电分离,静电由高压发生器提供。沉降漆雾被分离模块吸附后,流淌到收集盘。沉降风随后被循环风机再次送入喷漆室。 图示为 E-Scrub 外部结构,是 E-Scrub 油漆处理的系统终端,通过分离模块油漆被吸附于分离剂, 油漆与分离剂的混合物流入主槽;进入沉淀槽后离心分离,使油漆固体块与分离剂分离,再把分离剂泵送至主槽.

静电分离是E-Scrub工作的主要特点,其分离流程如下:1)对沉降漆雾进行上电;2)带电漆雾向阴极方向运动;3)通过分离剂将漆雾带离阴极板;4)在循环系统的分离系统中进行离心分离;5)离心后的分离剂回用,泵送到主槽。

 

E-Scrub与传统湿式文丘里的区别主要有以下几点:1)分离剂分离取代了湿式文丘里水幕,节水更明显;2)分离模块是漆雾吸附分离的核心模块;3)新增废气旁路焚烧,在CC段约有15%的沉降风被焚烧处理;4)循环为主的沉降风,再由风机供入循环供风室;5)从喷漆室人工区进来的新风将作为E-Scrub气封空气。

E-Scrub供风系统流程如图4所示。

 

分离剂的运行模式如下: 1)分离剂通过系统槽泵送;2)分离剂在分离槽中通过两级溢流的方式,保证分离剂的液面均衡; 3)压缩空气膨胀管用于分离剂的滴定流淌,流淌在阴极板表面;4)分离剂溢流至主槽内。

 

导流板是沉降风经过的区域,带有油漆,长期不清洁,导流板漆皮褶起,掉落入分离模块,造成高压报警。分离剂滴定槽是容易积漆的地方, 积漆过多将导致沉降风不能透过分离模块,不能起到静电分离。收集盘积漆过厚过多,带入主槽的积漆也多,会造成主槽出口的絮凝泵、储槽泵的堵塞、损坏阳极板锯齿释电极容易积漆,这是不可避免的,如果不能清洁到位,则影响电场效应。阴极板上附着油漆过厚,将导致阳极与阴极之间极距过小,引起漏电流,系统要求关闭。

 

漆雾处理的 3 种方式各有特点,可以视各个车间的实际情况选择,但保护环境是发展的最终方向。

表 1是 3 种处理方式费用的比较。

2 VOC 计算统计模式

VOC 的计算目前采用 1 a 计算统计 1 次, 在 1 a的时间内计算所使用的溶剂量, 即全年有机溶剂投入量减去有机溶剂量或者有机黏合剂的处理量 (由于这些溶剂化学或物理性能, 所以需要通过燃烧处理进行销毁的),再减去收集的废料中所包含的有机溶剂的量(对废气、废水的回收处理进行销毁的),然后根据油漆涂装车间生产的车型面积换算从而得出 VOC 的排放(g/m2)。 由于涂装车间的整体设计布置不同, 设备能力、功效有异,所以不同车间相同工序中产生的 VOC挥发量也有差别, 鉴于计算 VOC 涉及的材料数据较多,所以车间需要建立一个 VOC 控制小组,每月统计材料的消耗, 根据每月各个颜色的消耗来计算每月VOC 的产生量。 与此相对应的还需要收集统计每月废稀料、 废渣的回收以及废稀料、 废渣中溶剂的质量分数;每月多少 VOC 挥发通过焚烧炉燃烧排放。 至于如点修补处的环己酮、 喷蜡处的 VOC 则需要专业的仪器测量得到数据。 油漆车间的 VOC 排放主要来自于溶剂型色漆及中涂漆, 采用水性漆可大幅降低 VOC排放,VOC 排放仅为传统溶剂型油漆工艺的 1/3 左右,达到欧盟 VOC 的排放标准。 表 2 为溶剂型色漆和水性色漆的 VOC 含量对比。

 

表 2 溶剂型漆和水性漆的 VOC 含量对比

采用无中涂的“2010 水性漆工艺”的 VOC 排放将进一步降低,VOC 排放仅为 24 g/m2。

 

目前涂装车间既有传统溶剂型工艺又有“2010新工艺”。传统工艺的回收主要包括废稀料及废渣的回收,与此对应的“2010新工艺”主要回收废稀料和沾有油漆颗粒的石灰石。而在生产过程中喷蜡的飞雾以及点修补的环己酮飞扬物则无法回收统计。所以提高废弃物的回收是控制VOC的有效手段。油漆管路的清洗以及机械手喷涂时的换色清洗消耗的溶剂都需要详细记录和汇总。其中如何多次使用(减少投入)清洗溶剂也是一个可优化的课题。

 

3降低VOC排放实践探讨

VOC的产生贯穿了油漆车间整个工艺过程,从电泳涂装的电泳槽、UBS喷涂、中涂底漆喷涂、色漆、清漆喷涂、整理线的点修补、空腔注蜡、车身门板喷蜡以及各个烘房都会产生不同数量的VOC挥发排放。油漆车间有些区域的VOC挥发目前能够计算但无法实行控制,比如生产过程中脱脂槽、电泳槽、UBS喷房、喷漆后的静止室中VOC的挥发;有些区域产生的VOC可以通过管理方式来进行优化控制。

 

降低VOC排放的方式很多,以下从油漆材料、油漆工艺、涂装设备及过程控制等方面进行探讨。

 

1)对于溶剂型油漆,丙烯酸树脂大都用二甲苯作稀料调制黏度,溶剂型油漆中稀料的含量视油漆的特性和用途大都保持在55%左右,如底漆中稀料的含量一般在45%、色漆的稀料含量在50%~72%(不同颜色含量不同);而水性色漆的溶剂含量明显降低,只有14%~18%,所以采用水性色漆替代溶剂型色漆是汽车行业的不二选择。

 

2)多采用单色漆。单色漆因材料本身原因需要添加的稀料较金属漆要少。车身众多的油漆颜色对客户而言是美不胜收的目视体验,而对生产企业和社会环境却是无奈的选择。生产线每增加一个颜色就多了切换的可能,每切换一次颜色,视金属漆或单色漆不同会增加1.35~2.00kg的稀料消耗,这其中一部分色漆稀料会被回收进入调漆间,另有一部分稀料会进入水幕文丘里,将来从漆渣中回收,也有小部分会挥发至循环风中排放进入大气层,对环境造成一定的影响。所以选择单色漆或精减油漆颜色无疑可以减少VOC排放。

 

3)提高设备涂装的有效利用率。目前油漆涂装车间使用溶剂型油漆的喷涂设备主要有往复机和机器人两类。喷涂油漆工艺根据油漆材料(金属漆、单色漆)的不同而有差异。金属漆采用ESTA和Spraymate空气喷涂相结合的方式,单色漆采用100%的ESTA喷涂。一般常规换色1次,消耗油漆0.5kg,稀料在2kg左右。目前德国Duerr公司和瑞士ABB公司均有改进喷涂设备换色阀的新举措:增加Pushout功能,通过换色阀的时间控制减少油漆及稀料的损耗。

 

4)减少空气喷枪的喷涂,有效降低单耗。举例:反射银传统喷涂一般采用ESTA和Spraymate空气喷涂相结合的方式,近来PPG公司开发新产品取消空气喷枪喷涂,有效地降低了单耗。

 

5)提高同色连喷率(同色连台数)。所谓同色连台数就是喷涂设备喷车的次数/颜色改变次数之比。同色连台数越大,换色次数越小,换色损耗越小。所以油漆车间降低油漆材料消耗可从车身车间开始。首先车身车间尽量做到同种颜色排序上线,保证从车身车间进入油漆车间的车身尽可能同种颜色相连。企业对低比例颜色(俗称小颜色)集中安排生产,即生产部门将收到的订单颜色产量集中在几天内全部喷涂完成,减少油漆颜色频繁切换而带来的油漆、稀料损耗。所以油漆车间提高同色连台数,就减少了色漆及稀料的投入。

 

6)减少返工率。降低返工率是各个涂装车间每年的控制目标,但以往都是从提高JPH、降低材料成本的角度出发。如果降低1%的返工率,单台油漆材料消耗中可降低0.1kg稀料,溶剂投入的减少是降低VOC排放的最重要因素。

 

7)工艺优化。优化清洗程序,降低清洗溶剂的含量。在喷涂过程中,油漆颜色切换时需要采用清洗剂对喷杯及喷嘴进行清洗,以避免喷杯中残留的颜色造成车身油漆色差。每次换颜色清洗需用水性漆清洗剂和去离子水质量比为3∶7的混合液,清洗剂的用量取决于混合液中清洗剂的比例(最初规划设定为2∶8)。每天换色次数取决于喷涂时油漆颜色的同色连喷率的高低,同色连喷率高,换色次数少,全天清洗剂的用量就少,反之,则清洗剂的用量就多,每天清洗剂使用量取决于换色的次数以及混合液的比例。所以建议油漆车间对于短清洗应采用“清洗剂+去离子水”相结合模式:即10台车中可以安排2次采用清洗剂,8次采用去离子水清洗,这样可有效节约清洗剂的投入。

 

4结语

随着水性漆涂装工艺及大众“2010新工艺”的广泛采用,传统文丘里水吸附漆雾的方式正在被石灰石干式吸附处理及E-scrub水处理所替代。新的漆雾处理方式在节水、节电方面有较大优势,特别是在降低VOC排放方面优势明显。

 

采用水性漆是降低VOC排放的最佳手段。“2010工艺”在采用水性漆替代溶剂型漆的基础上,取消了中涂工艺,更加绿色环保,VOC排放小于25g/m2,达到国际先进水平。除使用水性漆外,还可以从油漆工艺、涂装设备及过程控制等角度着手进行优化控制来降低VOC排放。


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