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        降低涂裝車間揮發性有機溶劑VOC排放
        2019-10-28
        來源:未知
        點擊數:  1659        作者:未知


        • 前言

          據中國涂料工業協會產業發展部相關資料,2011年,國內重點行業排放VOCs在人為源中上比情況是:溶劑使用(印刷和包裝印刷、皮、毛加工制造、木材加工和金屬治煉等)約23%,排首位;移動源(機動車等)占比約21%,居第二;生活源(建筑裝飾、生物質焚燒、服裝干洗等)占比約20%,排第三;涂料涂裝行業占比約12%,排第四,毫無疑問是減排的重點行業之一。2012年10月,環境保護部擬寫《重點區域大氣污染防治“十二五”規劃》經國務院批復并下發組織實施,其中關于揮發性有機物綜合整治提出了開展VOC排放摸底調查、完善重點行業排放控制要求、加強表面涂裝工藝揮發性有機物排放控制和推進溶劑使用工藝揮發性有機物治理等項措施。

          我公司作為汽車制造企業,有責任對涂裝車間揮發性有機溶劑的現狀進行摸底調查,分析產生VOC排放的原因,在現有涂裝生產現上提出可以采取的有效措施,在新建的涂裝生產線上,要求考慮哪些方面,其它降低涂裝車間揮發性有機溶劑VOC排放,使其達到國家環保限制標準。

          1 VOC相關概念

          1.1 VOC的定義

          VOC是Volatile Organic Compound(揮發性有機化合物)的縮寫。目前國際上通用的對涂料產品中VOC的定義,實質在于涂料產品接觸大氣的正常溫度和壓力下,能自行蒸發的任何有機液體或固體。通常將涂料產品中在常壓下沸點不大于250℃的任何有機化合物都定義為揮發性有機化合物(VOC),一般的研究和生產中經常提到的VOC僅僅是指沸點溫度范圍在50~250℃之間,室溫下飽和蒸汽壓超過133.0Pa的揮發性有機化合物。

          1.2 汽車涂裝VOC的相關表述

          在汽車涂裝中,一部分揮發性有機化合物在濕涂膜形成階段中揮發,一部分在涂膜烘烤固化過程中揮發,還有一部分被二次燃燒形成主要成分為二氧化碳和水的混合氣體,故該部分不記入VOC排放。

          VOC排放總量:是指涂裝過程 中使用的各種涂料及溶劑所含VOC總量減去經回收或二次燃燒等處理的VOC量,即直接排放到大氣中的VOC總量,以kg計算。

          VOC排放:是衡量汽車涂裝清潔生產標準的指標,是指單位汽車車身所裝所產生的VOC含量,以g/m2為計量單位。

          2. 汽車涂裝生產線單位涂裝面積VOC排放量的核算方法

          1)單位涂裝面積的VOC排放量限制的計算是以每月表面涂裝工藝所有排放的VOC總量(含逸散性排放總量)除以底涂總面積為依據。底涂總面積以每月產量計,每輛車的底涂面積計算如下:

          底涂面積(m2)=2×鋼板凈重(kg)/(鋼板原始厚度(m)×鋼板密度(kg/m3))

          計算機輔助設計系統設計的鈑金鋼板面積,也可作為底涂面積確定的依據。 `

          2)每月VOC排放總量以物料衡算法下式計算

          VOC排放總量=A-B-C

          A:為各涂裝單元每月使用涂料、稀釋劑、密封膠及清洗劑中VOC的量,kg

          即:A=每月涂料、稀釋劑、密封膠及清洗劑使用量×(1-固體份)

          固體份(%)=涂料(稀釋劑、密封膠、清洗劑)完全干燥后重量/涂料(稀釋劑、密封膠、清洗劑)用量×100

          B:為每月回收VOC的量(可再利用或進行廢物處置),kg

          C:為每月污染控制設備削減的VOC的量,kg

          3)單位涂裝面積的VOC排放量(g/㎡)=每月VOC排放總量/每月底涂總面積

          3.汽車涂裝VOC界限值

          3.1 國外的汽車涂裝排放VOC界限值

          德國、英國等早在20年前就制定了大氣凈化法、環境保護法、排出防止法,規定了限制VOC排放標準和VOC消減目標值,但在VOC的定義、對象設施內容等方面有差異。

          3.2 國內的環保法規

          我國原有“大氣污染綜合排放標準”(GB16297-1996),僅對笨和甲笨、二甲笨等的限制,2006年8月15日國家環??偩诸C布了HJ/T293-2006《清潔生產標準-汽車制造業(涂裝)》,12月1日實施,它是國內對工業涂裝的VOC的排放量******次做出了具體規定.

          廣東省環保法規DB44/816-2010《表面涂裝(汽車制造業)揮發性有機化合物排放標準》規定,現有源和新源分時段執行不同的排放限值?,F有源自本標準實施之日起至2012年12月31日止執行第I時段限值,自2013年1月1日起執行第II時段限值;新源自本標準實施之日起執行第II時段限值,

          我公司除L230系列車采用3C3B涂層體系外,其余車型均采用2C2B涂層體系。參照國內清潔生產先進標準(2C2B涂層2級)指標≤50 g/㎡、廣東省環保法規貨車駕駛倉II時段限值55 g/㎡,2014年我公司確定的VOC排放值≤40 g/㎡要求值較低,隨著L230系列車產量的增長,對VOC排放量控制將提出嚴峻的考驗。

          4. 2013年涂裝車間揮發性有機溶劑VOC排放的狀況

          自2013年開始,公司對涂裝車間的VOC排放予以重視,并開始對其研究、統計分析。涂裝面積一般應是實測的面積,即底涂按車身總面積、面涂按面漆噴涂涂區域,而在德國限制汽車涂裝VOC排放量的規范中是以汽車車身的總面積計算的,基于車身結構和形狀復雜,實測表面積較難,再加上多層涂裝體系,各涂層涂裝面積不同(如三涂層體系,中涂、面涂的噴涂面積占車身總面積的20%~25%)。因此當按汽車車身總面積作為涂裝面積計算VOC限值時,可不考慮3~5層的多涂層,僅視作為二涂層即可。從而可以推理出,貨車駕駛倉的VOC排放量限制值國外的高于國內的指標,其一方面原因就是少了中涂噴涂區域的面積,我公司涂裝車間生產線當時就是按五十鈴的涂層標準體系進行設計的,其中的中涂線僅作為噴涂中涂漆使用。

          VOC排放量與涂裝面積關系較大,如果底涂按車身總面積、面涂按面漆噴涂區域來計算,則達不到國家標準中2C2B涂層VOC排放量≤70 g/m2(國內清潔生產基本標準)。

          5. 降低揮發性有機含量VOC排放的措施

          汽車涂裝中實現清潔生產,必須降低VOC排放量,達到清潔生產標準規定的VOC限值以下。具體措施如下:

          5.1 采用低VOC或無VOC的環保型涂料

          關于VOC的產生,由涂裝涂料(中涂/面漆/清漆)產生的量約占總量的80%。湖南關西涂料有限公司在乘用車的涂裝生產中研究表明,中涂漆、面漆、清漆產生的VOC占總量的81.3%(51.3%+15.9%+13.1%), 我公司2013年面漆及配稀釋劑產生的VOC占總量的78.1%(36.2%+41.9%).

          由此可見,采用高固體份涂料、水性涂料、粉末涂料等替代有機溶劑型涂料,是降低VOC排放的最有力措施。高固體份涂料在原有涂裝工藝及設備上不需作大的改動就可采用,但涉及調整配方、施工性能和涂料成本等方面因素,目前霧淞白面漆固體份含量為60%以上,屬于高固體份面漆,其它素色面漆還需往這方面調整。采用水性涂料和粉末涂料,涂裝工藝和設備要作大的改動,一般適宜在新建涂裝線時采用?!冻擞密嚿a企業及產品準入管理規則》明確要求中涂漆、面漆使用水性涂料,我公司明年擬設計建造一條底盤零件涂裝用的粉末涂裝線,符合降低VOC排放的要求。

          5.2 涂裝材料改良,采用薄膜化

          改良面漆的施工性能、提高的外觀質量,確保漆膜的機械物理、化學性能,可以提高電泳漆膜的厚度20μm至25μm ,則面漆厚度就可降低5μm ,面漆消耗降低約15%,VOC排放減少10%~12%。新建鋅鋁涂層生產線使用,一部份裝配小件由電泳底漆涂裝調整為鋅鋁涂層涂裝,鋅鋁涂層一方面為水性涂層,同時涂層厚度要求為8μm~10μm,較電泳底漆的厚度20μm~25μm低。

          5.3 改善涂裝設備,提高涂料利用率

          手工空氣噴涂實現低壓化、靜電化,即用空氣靜電噴槍替代一般而論的空氣噴槍;克服人的因素(操作熟練程度、責任心和身體狀況等的不同造成噴涂質量和涂料利用有心人差異),可采用自動靜電噴涂替代手工噴涂;機器人自動杯式靜電噴涂替代往復式自動杯式靜電噴涂等等,均可提高涂料利用率。

          涂裝設備提高涂料利用率的發展趨勢:手工空氣噴涂(30%)→手工靜電空氣噴涂(40%)→往復機旋杯噴涂(50%)→機器人旋杯噴涂(65%)

          在公司現有的涂裝生產線,只能嘗試采用手工靜電噴槍噴涂輕卡駕駛室總成和車箱總成。原來公司采用曾選用過外置靜電發生器的噴槍和GRACO公司的PRO3500靜電噴槍,由于操作方便性、空氣質量等操作條件不具備而沒有很好使用。因此,再度采用手工靜電噴槍,必須進行認真細致的調查,操作條件具備時方可投入使用。

          5.4 優化或簡化中涂、面漆噴涂工藝

          調整和控制各涂層厚度,減少涂料的用量。如采用適當減薄中涂層厚度和取消內表面噴涂中涂漆;在電泳漆膜表面光滑平整的情況下,取消L230系列車的中涂漆涂裝工藝,可減少VOC排放約15%~20%(在相同涂層體系下的比例,混合涂層體系下沒有這樣高的比例);

          增加金屬漆顏色相近的素色面漆的品種,可以不用噴涂清漆。L230系列車有4種金屬漆,在保留金屬漆為特殊客戶訂單的情況下,啟用與金屬漆顏色相近的素色面漆涂裝,則可以取消罩光清漆涂裝,降低VOC排放約15%左右(在相同涂層體系下的比例),與激情橘金屬漆顏色相近的素色漆已在L230系列車上進行過生產。

          5.5 加強溶劑管理,提高清洗溶劑的回收效率

          公司生產的霧淞白色和紅塔藍色輕卡車,是主導顏色產品,采用的是集中供漆系統,換洗槍產生的溶劑較少,除前述兩種顏色外的特殊顏色和金屬漆采用小罐調漆生產,換洗噴槍和管路時產生的廢溶劑統一收集,利用A60 EX-dIIBT3防爆溶劑回收機回收使用,目前回收量小,僅夠用擦洗室體玻璃、清洗噴槍外部;當特殊顏色和金屬漆車輛產量增加時,需均衡、合理組織生產,減少換色次數和洗槍的溶劑損失量;涂料、溶劑容器加蓋減少揮發等等。

          5.6 廢氣的焚燒處理,或是吸附法與燃燒法配套的處理裝置

          VOC一般都是可燃性的或易燃性的有機化合物,可以采用直接燃燒法、觸媒燃燒法或吸附法進行廢氣處理。傳統的涂裝生產線的噴漆室由上部送風系統、文丘里漆霧捕捉系統或水旋式漆霧捕捉系統組成,除去漆霧的VOC廢氣與流平室的VOC廢氣一起通過一定高度的排氣煙囪直接排放到大氣中;烘爐里產生的VOC通常通過環保設備及焚燒燃燒系統(TNV、TAR)進行焚燒,凈化后的氣體直接排放。

          我公司采用的是水旋式噴涂室,烘烤后廢氣經有機廢氣處理裝置(觸媒燃燒法)處理后排至大氣中,此裝置已沒有使用并拆除。因此,在采取前述各種措施未達到VOC排放指標時,則需投入一定量的資金改造廢氣凈化裝置。

          目前較新的VOC廢氣處理裝置是“活性碳吸附+沸石濃縮轉輪系統+TNV焚燒”吸附法與燃燒法綜合處理新技術,相對于傳統的煙囪直接高處排放VOC處理方法,該方法對廢氣的處理凈化率能夠達到99%,凈化后的廢氣直接排入大氣。

          6. 2014涂裝車間揮發性有機溶劑VOC排放的控制情況

          通過統一單位涂裝面積的VOC排放量的計算方法,降低VOC排放措施分析,采取了選用高固體份面漆、加強溶劑管理、回收利用溶劑、特殊顏色工件集中生產減少換洗槍次數、控制漆膜厚度過量噴涂等措施,

          除5、6月VOC排放指標超出目標值40g/m2以外,其余各月排放指標均在目標值以下。造成此兩個月指標超出目標值的原因是生產量偏低,為了預防槽液老化、影響槽液穩定性,補給溶劑的添加量超出輔料定額,另外L230系列車的產量所占比重較大,從而導致VOC排放量增加。

          7. 結束語

          綜上所述,我公司的VOC排放量控制指標目前確定為≤40 g/㎡,低于國家汽車涂裝清潔生產標準2C2B涂層2級限值≤50 g/㎡。隨著3C3B涂層體系L230系列車輛產量比重的增加,VOC排放量會一定幅度的增加,需調整VOC排放量目標限值。另外,公司車型品種多,駕駛室、車箱總成數量繁多,各工件沒有精確的表面積數值,相近車型均采用相近的表面積來統計計算,因此VOC計算上會有一定量的出入。當涂裝車間的VOC排放量超出標準值時,除已經采取措施外,需采取手工靜電與手工空氣噴涂相結合的方式噴涂中涂漆和面漆、取消中涂漆涂裝、開發使用與金屬漆相同顏色的素色面漆(減少清漆噴涂),甚至投入較多資金改造中涂、面涂線的廢氣凈化裝置,達到國家環保對揮發性有機溶劑VOC排放要求。而新建涂裝生產線,則中涂、面涂漆必須使用水性漆,這是涂裝生產線的發展方向。

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