行業(yè)新聞
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0 前言
據(jù)中國涂料工業(yè)協(xié)會(huì)產(chǎn)業(yè)發(fā)展部相關(guān)資料,2011年,國內(nèi)重點(diǎn)行業(yè)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(dòng)源(機(jī)動(dòng)車等)占比約21%,居第二;生活源(建筑裝飾、生物質(zhì)焚燒、服裝干洗等)占比約20%,排第三;涂料涂裝行業(yè)占比約12%,排第四,毫無疑問是減排的重點(diǎn)行業(yè)之一。2012年10月,環(huán)境保護(hù)部擬寫《重點(diǎn)區(qū)域大氣污染防治“十二五”規(guī)劃》經(jīng)國務(wù)院批復(fù)并下發(fā)組織實(shí)施,其中關(guān)于揮發(fā)性有機(jī)物綜合整治提出了開展VOC排放摸底調(diào)查、完善重點(diǎn)行業(yè)排放控制要求、加強(qiáng)表面涂裝工藝揮發(fā)性有機(jī)物排放控制和推進(jìn)溶劑使用工藝揮發(fā)性有機(jī)物治理等項(xiàng)措施。
我公司作為汽車制造企業(yè),有責(zé)任對涂裝車間揮發(fā)性有機(jī)溶劑的現(xiàn)狀進(jìn)行摸底調(diào)查,分析產(chǎn)生VOC排放的原因,在現(xiàn)有涂裝生產(chǎn)現(xiàn)上提出可以采取的有效措施,在新建的涂裝生產(chǎn)線上,要求考慮哪些方面,其它降低涂裝車間揮發(fā)性有機(jī)溶劑VOC排放,使其達(dá)到國家環(huán)保限制標(biāo)準(zhǔn)。
1 VOC相關(guān)概念
1.1 VOC的定義
VOC是Volatile Organic Compound(揮發(fā)性有機(jī)化合物)的縮寫。目前國際上通用的對涂料產(chǎn)品中VOC的定義,實(shí)質(zhì)在于涂料產(chǎn)品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(VOC),一般的研究和生產(chǎn)中經(jīng)常提到的VOC僅僅是指沸點(diǎn)溫度范圍在50~250℃之間,室溫下飽和蒸汽壓超過133.0Pa的揮發(fā)性有機(jī)化合物。
1.2 汽車涂裝VOC的相關(guān)表述
在汽車涂裝中,一部分揮發(fā)性有機(jī)化合物在濕涂膜形成階段中揮發(fā),一部分在涂膜烘烤固化過程中揮發(fā),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(jīng)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(jì)算。
VOC排放:是衡量汽車涂裝清潔生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)的指標(biāo),是指單位汽車車身所裝所產(chǎn)生的VOC含量,以g/m2為計(jì)量單位。
2. 汽車涂裝生產(chǎn)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(jì)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(jù)。底涂總面積以每月產(chǎn)量計(jì),每輛車的底涂面積計(jì)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(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的鈑金鋼板面積,也可作為底涂面積確定的依據(jù)。 `
2)每月VOC排放總量以物料衡算法下式計(jì)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(jìn)行廢物處置),kg
C:為每月污染控制設(shè)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(huán)境保護(hù)法、排出防止法,規(guī)定了限制VOC排放標(biāo)準(zhǔn)和VOC消減目標(biāo)值,但在VOC的定義、對象設(shè)施內(nèi)容等方面有差異。
3.2 國內(nèi)的環(huán)保法規(guī)
我國原有“大氣污染綜合排放標(biāo)準(zhǔn)”(GB16297-1996),僅對笨和甲笨、二甲笨等的限制,2006年8月15日國家環(huán)??偩诸C布了HJ/T293-2006《清潔生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)-汽車制造業(yè)(涂裝)》,12月1日實(shí)施,它是國內(nèi)對工業(yè)涂裝的VOC的排放量第一次做出了具體規(guī)定.
廣東省環(huán)保法規(guī)DB44/816-2010《表面涂裝(汽車制造業(yè))揮發(fā)性有機(jī)化合物排放標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定,現(xiàn)有源和新源分時(shí)段執(zhí)行不同的排放限值。現(xiàn)有源自本標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施之日起至2012年12月31日止執(zhí)行第I時(shí)段限值,自2013年1月1日起執(zhí)行第II時(shí)段限值;新源自本標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施之日起執(zhí)行第II時(shí)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(nèi)清潔生產(chǎn)先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)(2C2B涂層2級)指標(biāo)≤50 g/㎡、廣東省環(huán)保法規(guī)貨車駕駛倉II時(shí)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(chǎn)量的增長,對VOC排放量控制將提出嚴(yán)峻的考驗(yàn)。
4. 2013年涂裝車間揮發(fā)性有機(jī)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(tǒng)計(jì)分析。涂裝面積一般應(yīng)是實(shí)測的面積,即底涂按車身總面積、面涂按面漆噴涂涂區(qū)域,而在德國限制汽車涂裝VOC排放量的規(guī)范中是以汽車車身的總面積計(jì)算的,基于車身結(jié)構(gòu)和形狀復(fù)雜,實(shí)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(dāng)按汽車車身總面積作為涂裝面積計(jì)算VOC限值時(shí),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(nèi)的指標(biāo),其一方面原因就是少了中涂噴涂區(qū)域的面積,我公司涂裝車間生產(chǎn)線當(dāng)時(shí)就是按五十鈴的涂層標(biāo)準(zhǔn)體系進(jìn)行設(shè)計(jì)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(guān)系較大,如果底涂按車身總面積、面涂按面漆噴涂區(qū)域來計(jì)算,則達(dá)不到國家標(biāo)準(zhǔn)中2C2B涂層VOC排放量≤70 g/m2(國內(nèi)清潔生產(chǎn)基本標(biāo)準(zhǔn))。
5. 降低揮發(fā)性有機(jī)含量VOC排放的措施
汽車涂裝中實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn),必須降低VOC排放量,達(dá)到清潔生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的VOC限值以下。具體措施如下:
5.1 采用低VOC或無VOC的環(huán)保型涂料
關(guān)于VOC的產(chǎn)生,由涂裝涂料(中涂/面漆/清漆)產(chǎn)生的量約占總量的80%。湖南關(guān)西涂料有限公司在乘用車的涂裝生產(chǎn)中研究表明,中涂漆、面漆、清漆產(chǎn)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(chǎn)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(jī)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(shè)備上不需作大的改動(dòng)就可采用,但涉及調(diào)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(diào)整。采用水性涂料和粉末涂料,涂裝工藝和設(shè)備要作大的改動(dòng),一般適宜在新建涂裝線時(shí)采用?!冻擞密嚿a(chǎn)企業(yè)及產(chǎn)品準(zhǔn)入管理規(guī)則》明確要求中涂漆、面漆使用水性涂料,我公司明年擬設(shè)計(jì)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(zhì)量,確保漆膜的機(jī)械物理、化學(xué)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(chǎn)線使用,一部份裝配小件由電泳底漆涂裝調(diào)整為鋅鋁涂層涂裝,鋅鋁涂層一方面為水性涂層,同時(shí)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(shè)備,提高涂料利用率
手工空氣噴涂實(shí)現(xiàn)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(zé)任心和身體狀況等的不同造成噴涂質(zhì)量和涂料利用有心人差異),可采用自動(dòng)靜電噴涂替代手工噴涂;機(jī)器人自動(dòng)杯式靜電噴涂替代往復(fù)式自動(dòng)杯式靜電噴涂等等,均可提高涂料利用率。
涂裝設(shè)備提高涂料利用率的發(fā)展趨勢:手工空氣噴涂(30%)→手工靜電空氣噴涂(40%)→往復(fù)機(jī)旋杯噴涂(50%)→機(jī)器人旋杯噴涂(65%)
在公司現(xiàn)有的涂裝生產(chǎn)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(fā)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(zhì)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(jìn)行認(rèn)真細(xì)致的調(diào)查,操作條件具備時(shí)方可投入使用。
5.4 優(yōu)化或簡化中涂、面漆噴涂工藝
調(diào)整和控制各涂層厚度,減少涂料的用量。如采用適當(dāng)減薄中涂層厚度和取消內(nèi)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(jìn)行過生產(chǎn)。
5.5 加強(qiáng)溶劑管理,提高清洗溶劑的回收效率
公司生產(chǎn)的霧淞白色和紅塔藍(lán)色輕卡車,是主導(dǎo)顏色產(chǎn)品,采用的是集中供漆系統(tǒng),換洗槍產(chǎn)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(diào)漆生產(chǎn),換洗噴槍和管路時(shí)產(chǎn)生的廢溶劑統(tǒng)一收集,利用A60 EX-dIIBT3防爆溶劑回收機(jī)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(dāng)特殊顏色和金屬漆車輛產(chǎn)量增加時(shí),需均衡、合理組織生產(chǎn),減少換色次數(shù)和洗槍的溶劑損失量;涂料、溶劑容器加蓋減少揮發(fā)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(jī)化合物,可以采用直接燃燒法、觸媒燃燒法或吸附法進(jìn)行廢氣處理。傳統(tǒng)的涂裝生產(chǎn)線的噴漆室由上部送風(fēng)系統(tǒng)、文丘里漆霧捕捉系統(tǒng)或水旋式漆霧捕捉系統(tǒng)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(chǎn)生的VOC通常通過環(huán)保設(shè)備及焚燒燃燒系統(tǒng)(TNV、TAR)進(jìn)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(jīng)有機(jī)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(dá)到VOC排放指標(biāo)時(shí),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(zhuǎn)輪系統(tǒng)+TNV焚燒”吸附法與燃燒法綜合處理新技術(shù),相對于傳統(tǒng)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(dá)到99%,凈化后的廢氣直接排入大氣。
6. 2014年涂裝車間揮發(fā)性有機(jī)溶劑VOC排放的控制情況
通過統(tǒng)一單位涂裝面積的VOC排放量的計(jì)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(qiáng)溶劑管理、回收利用溶劑、特殊顏色工件集中生產(chǎn)減少換洗槍次數(shù)、控制漆膜厚度過量噴涂等措施,
除5、6月VOC排放指標(biāo)超出目標(biāo)值40g/m2以外,其余各月排放指標(biāo)均在目標(biāo)值以下。造成此兩個(gè)月指標(biāo)超出目標(biāo)值的原因是生產(chǎn)量偏低,為了預(yù)防槽液老化、影響槽液穩(wěn)定性,補(bǔ)給溶劑的添加量超出輔料定額,另外L230系列車的產(chǎn)量所占比重較大,從而導(dǎo)致VOC排放量增加。
7. 結(jié)束語
綜上所述,我公司的VOC排放量控制指標(biāo)目前確定為≤40 g/㎡,低于國家汽車涂裝清潔生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)2C2B涂層2級限值≤50 g/㎡。隨著3C3B涂層體系L230系列車輛產(chǎn)量比重的增加,VOC排放量會(huì)一定幅度的增加,需調(diào)整VOC排放量目標(biāo)限值。另外,公司車型品種多,駕駛室、車箱總成數(shù)量繁多,各工件沒有精確的表面積數(shù)值,相近車型均采用相近的表面積來統(tǒng)計(jì)計(jì)算,因此VOC計(jì)算上會(huì)有一定量的出入。當(dāng)涂裝車間的VOC排放量超出標(biāo)準(zhǔn)值時(shí),除已經(jīng)采取措施外,需采取手工靜電與手工空氣噴涂相結(jié)合的方式噴涂中涂漆和面漆、取消中涂漆涂裝、開發(fā)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(dá)到國家環(huán)保對揮發(fā)性有機(jī)溶劑VOC排放要求。而新建涂裝生產(chǎn)線,則中涂、面涂漆必須使用水性漆,這是涂裝生產(chǎn)線的發(fā)展方向。
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