涂装车间VOCs排放与减少措施研究

摘要：对汽车涂装车间中的VOCs贡献量进行逐工位分析，同时将溶剂型和水性涂料的VOCs排放量进行对比,阐明使用水性喷涂工艺能够大大减少VOCs的排放.同时,对涂装线体VOCs排放减少提出建议措施，说明整改方向。

　　关键词：涂装;VOCs;换色

　　0前言

　　我国工业经济进入了快速发展的阶段，伴随而来的环境污染特别是大气污染问题受到广泛关注，减少大气污染成已经为一个社会问题。汽车涂装在汽车制造的四大工艺中，属于高能耗高污染的工艺过程。汽车整车厂的大气污染减排主要集中在涂装车间，是VOCs的排放大户。因此，我们需要对涂装车间的排放进行分析，通过工艺改善和新技术的应用来减少VOCs的排放，以此来保护环境，是一项利国利民的工作。

　　1、VOCs定义与现状

　　VOCs是空气中普遍存在且组成复杂的一类有机污染物的统称，主要包括烷烃、烯烃和芳香烃以及各种含氧烃、卤代烃、氮烃、硫烃、低沸点多环芳烃等物质，简称VOCs(volatileorganiccompounds挥发性有机化合物)。这是国际上通用的对涂料产品中VOCs的定义，其实质是在于涂料产品在接触大气的正常温度和压力下，能自行蒸发的任何有机液体或固体。通常将涂料产品中在常压下沸点不大于250℃的任何有机化合物都定义为挥发性有机化合物(VOCs)。

　　VOCs对大气造成的危害主要有如下3个方面：1)部分具有毒性和致癌性，危害人体健康;2)VOCs中的碳氢化物与氮氧化合物在紫外线的作用下反应生成臭氧，可导致大气光化学烟雾事件发生，危害人类健康和植物生长;3)参与大气中二次气溶胶的形式，形成的二次期溶胶多在细颗粒，不易沉降，能较长时间滞留于大气中，对光线的散射力较强，从而显著降低大气能见度。近年来大气环境出现的霾污染，臭氧及酸雨等，与VOCs排放有直接的关系。

　　随着汽车工业的快速发展，涂装车间的VOCs排放也受到广泛关注，也得到越来越多关注和研究。对于涂装车间的VOCs排放总量，是指在涂装过程中使用的各种涂料及溶剂所含VOCs总量减去经回收或二次燃烧等处理的VOCs量，也就是直接排放到大气中的VOCs总量，以kg计算。而VOCs排放是衡量汽车涂装清洁生产标准的指标，与汽车表面面积有关系，是指单位汽车车身涂装所产生的VOCs含量，以g/m2为计量单位。2006年后，我国颁布了HJ/T293—2006《清洁生产标准汽车制造业(涂装)》，其中将汽车制造业(涂装)生产过程清洁生产水平划分为三级技术指标。

　　2、典型3C2B涂装工艺流程和VOCs排放组成

　　2.1典型3C2B涂装工艺流程及VOCs排放组成

　　典型的涂装工艺流程为电泳、中涂和面涂以及烘烤工艺，其中在各工位几乎都有VOCs排放。

　　在当今工艺水平下，对不同工位的VOCs的处理和回收有不同的方法，对于喷漆室和流平室中因排气量大，VOCs浓度低，处理很困难，所以一般采取高空(50米以上)排放;而烘干室中VOCs浓度高，一般都采用直接燃烧法，并回收热量综合利用。通过对材料以及利用率计算发现：电泳过程中的VOCs排放非常少，绝大部分VOCs排放产生在喷漆系统中(约占整个涂装车间VOCs排放量的85%);喷涂系统中70-80%的VOCs产生于喷涂过程和流平过程，10-20%的VOCs产生于烘烤过程中，由于烘干室中燃烧分解，因此排放量相对也不多。下面对各工位的VOCs排放量进行计算。

　　2.2典型3C2B溶剂型涂装VOCs排放研究

　　某汽车涂装车间建于2000年，采用溶剂型3C2B工艺生产，结合单台材料消耗量以及喷涂工艺，对该涂装线体的VOCs排放进行研究。

　　2.2.1关于喷漆室中VOCs的研究

　　由于喷漆过程中利用率不同,导致所喷漆不是100%沉积成漆膜,综合机器人喷涂和手工喷涂,取利用率为50%,假设单台消耗漆量为M，那么喷涂过程中，沉积成漆膜的量为0.5M,挥发在喷漆室中的量也为0.5M。而对于沉积成漆膜的部分在流平室中又有部分溶剂的挥发。对此部分的挥发量可以结合烘干室的挥发量一起来研究。

　　2.2.2关于流平后进入烘干室时的VOCs含量实际测量的研究

　　对于溶剂型涂料,研究湿膜进入烘干室中的VOCs含量,实际上我们要研究的就是湿膜固体份。为此，我们对此溶剂型线体的中涂、金属漆1、和清漆在进入烘干室前和烘干室后的排放比例进行检测。

　　试验方法如下：

　　1)取纸板为托板，将事先称重的铝箔W1置于纸板上

　　2)将铝箔与纸板贴于试验用的车上，进行喷漆处理

　　3)按生产线生产节拍进行流平，在进入烘干室之前取下，将铝箔取下对折，对折时，漆膜在里对折一下，为防止溶剂挥发，把对折后的铝箔进行折边，然后称重记W2

　　4)将称重后的铝箔的折边全部打开，在化验室用烘箱烘烤140℃×20min。烘烤后进行称重W3

　　5)计算烘烤排放比例=W2-W3/W2-W1

　　利用上述方法，对中涂、色漆和清漆分别进行测量。可以得出中涂和清漆流平室挥发物取60%，色漆取70%计算。

　　所以：烘干室中VOCs挥发量为：中涂、清漆：0.5M×40%÷M=20%;色漆为0.5M×30%÷M=15%

　　喷漆室和流平室合计挥发量为：中涂、清漆：80%;色漆为75%

　　依据上述数字，对溶剂型3C2B工艺VOCs排放情况进行研究和计算。

　　说明：以上计算中，结合该车间的各层漆膜进入烘干室前的湿膜固体份，计算喷涂时VOCs排放的比例分别是，电泳为70%;PVC胶为1%;中涂和清漆为80%;色漆为75%;其余清洗溶剂以及防腐蜡等均为100%。烘干室使用TNV废气燃烧处理系统，通过将有害气体中的可燃组份燃烧氧化分解成CO2和H2O，VOCs除去率按95%计算。

　　该车间生产产品的电泳面积为90m2;则VOCs排放7.13/台，最终单台VOCs排放量为79.22g/m2。达到国内清洁生产基本水平标准。

　　从以上数据分析来看，VOCs贡献量最大的是色漆喷涂以及清洗溶剂环节。因此同时对另外一个典型3C2B水性涂装车间的VOCs排放进行研究。

　　2.3典型3C2B水性型涂装VOCs排放研究

　　该车间采用水性涂料工艺，中涂和清漆、色漆喷涂时VOCs排放取80%;该车间生产产品的电泳面积为100m2,则VOCs排放2.33kg/台，最终单台VOCs排放量为23.3g/m2。明显低于溶剂型涂装工艺。能达到国内清洁生产先进水平标准。

　　说明：以上计算与金属色漆的颜色不同而不同，同时涉及到稀释率，在最终VOCs排放量会因不同面漆(单色漆和金属漆，以及金属漆的颜色)不同而不同。

　　3、VOCs减少措施建议

　　通过综合分析，VOCs贡献量最大的部分就是溶剂型涂料的清洗溶剂和稀释剂，因此重点从此方面进行改善：

　　采用低VOCs或无VOCs的环境友好型涂料(高固体分涂料、水性涂料、粉末涂料等)替代溶剂型涂料。但是此类措施需要进行涂装生产线改造，难度较大。适宜于新规划的生产车间。

　　合理安排生产，减少换色时溶剂的使用量。此措施是在已有生产线上适时最简单的措施，通过管理提升来达到降低VOCs的目的。其主要措施是通过在面漆前设计换色编组,进行同色集中喷涂，减少换色次数，以此达到减少换色溶剂的使用量的目的。

　　以某生产线为例，没有进行同色编组时采用的是以总装装配车型顺序进行喷涂，公司通过管理优化，在涂装车间设置适当在产车辆，在面漆前进行同色编组，同色集中喷涂。

　　鉴于在实际生产过程中机器人同一颜色连续喷涂的最大台数为30-50台，同时对实际生产过程中了解到，35台时不需要进行换色，因此每35台必须清洗一次是避免不了的，因此按照35台清洗一次对两周之内的产品进行排序，对优化前后换色进行对比。

　　提高生产管理能力，提高涂装一次成品合格率。修补漆量少换色次数多，导致清洗溶剂增多，也是VOCs排放的重要组成部分。提高全员质量意识，从保洁、前道工序进行质量控制，做到“不接收、不创造、不传递”不合格品，加强对工序质量的控制，提高技术水平和熟练程度，减少修补和返工，提高成品合格率。

　　提高涂着效率。尤其是提高喷涂作业场合的涂着效率。使用机器人喷涂代替人工喷涂，减少过喷涂量。在旧线体可以使用静电喷漆替代空气喷涂，新线体可以采用内板机器人喷涂替代人工喷涂，同时对整车的内外饰件装配情况，合理设计内板喷涂的区域以及厚度。而对于内板漆膜厚度要求一般控制为中涂15-20μm;色漆10-15μm;清漆20-30μm，低于外部漆膜厚度。

　　加强VOCs排放的末端治理。涂装车间设置废气处理装置，减少污染大气的VOCs的散发量。VOCs一般都是可燃性的或易燃的有机化合物，采用直接燃烧法，触媒燃烧或吸附法进行废气处理。在采用燃气、燃油作为烘干室热源的场合，烘干室废气一般都采用直接燃烧法，并回收热量综合利用。涂装喷漆室的废气，一般因排气量大，VOCs浓度低，处理很困难，现用吸附法与燃烧法配套的处理装置，此种情况适合于干式喷漆室。

　　4、结语

　　综上所述，汽车涂装工艺是汽车主机厂产生VOCs排放最大的车间，减少VOCs排放，对保护环境和人类的身体健康有非常重大的意义。因此，需要结合具体的涂装工艺，汽车主机厂、材料厂家和设备厂家等多方合作，结合工艺过程中的污染物产生情况，合理地设计和规划，减少污染物的排放，争取将汽车涂装工艺过程中的VOCs排放降低到最低程度以达到保护环境的目的。