降低涂装车间挥发性有机溶剂VOC排放

0前言

    据中国涂料工业协会产业发展部相关资料，2011年，国内重点行业排放VOCs在人为源中上比情况是：溶剂使用（印刷和包装印刷、皮、毛加工制造、木材加工和金属治炼等）约23%，排首位；移动源（机动车等）占比约21%,居第二；生活源（建筑装饰、生物质焚烧、服装干洗等）占比约20%，排第三；涂料涂装行业占比约12%,排第四，毫无疑问是减排的重点行业之一。2012年10月，环境保护部拟写《重点区域大气污染防治“十二五”规划》经国务院批复并下发组织实施，其中关于挥发性有机物综合整治提出了开展VOC排放摸底调查、完善重点行业排放控制要求、加强表面涂装工艺挥发性有机物排放控制和推进溶剂使用工艺挥发性有机物治理等项措施。

    1VOC相关概念

    1.1VOC的定义

    VOC是VolatileOrganicCompound（挥发性有机化合物）的缩写。目前国际上通用的对涂料产品中VOC的定义，实质在于涂料产品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(VOC)，一般的研究和生产中经常提到的VOC仅仅是指沸点温度范围在50～250℃之间，室温下饱和蒸汽压超过133.0Pa的挥发性有机化合物。

    1.2汽车涂装VOC的相关表述

    在汽车涂装中，一部分挥发性有机化合物在湿涂膜形成阶段中挥发，一部分在涂膜烘烤固化过程中挥发，还有一部分被二次燃烧形成主要成分为二氧化碳和水的混合气体，故该部分不记入VOC排放。

    VOC排放总量：是指涂装过程中使用的各种涂料及溶剂所含VOC总量减去经回收或二次燃烧等处理的VOC量，即直接排放到大气中的VOC总量，以kg计算。

    VOC排放：是衡量汽车涂装清洁生产标准的指标，是指单位汽车车身所装所产生的VOC含量，以g/m2为计量单位。

    2.汽车涂装生产线单位涂装面积VOC排放量的核算方法

    1）单位涂装面积的VOC排放量限制的计算是以每月表面涂装工艺所有排放的VOC总量（含逸散性排放总量）除以底涂总面积为依据。底涂总面积以每月产量计，每辆车的底涂面积计算如下：

    底涂面积（m2）=2×钢板净重（kg）/(钢板原始厚度（m）×钢板密度（kg/m3）)

    计算机辅助设计系统设计的钣金钢板面积，也可作为底涂面积确定的依据。`

    2）每月VOC排放总量以物料衡算法下式计算

    VOC排放总量=A-B-C

    A：为各涂装单元每月使用涂料、稀释剂、密封胶及清洗剂中VOC的量，kg

    即：A=每月涂料、稀释剂、密封胶及清洗剂使用量×(1-固体份)

    固体份（%）=涂料（稀释剂、密封胶、清洗剂）完全干燥后重量/涂料（稀释剂、密封胶、清洗剂）用量×100

    B：为每月回收VOC的量（可再利用或进行废物处置），kg

    C：为每月污染控制设备削减的VOC的量，kg

    3）单位涂装面积的VOC排放量（g/㎡）=每月VOC排放总量/每月底涂总面积

    3．汽车涂装VOC界限值

    3.1国外的汽车涂装排放VOC界限值

    德国、英国等早在20年前就制定了大气净化法、环境保护法、排出防止法，规定了限制VOC排放标准和VOC消减目标值，但在VOC的定义、对象设施内容等方面有差异。各国汽车制造的VOC限制法规比较结果见表1。

表1各国汽车涂装排放VOC的界限值

    3.2国内的环保法规

    我国原有“大气污染综合排放标准”（GB16297-1996）,仅对笨和甲笨、二甲笨等的限制，2006年8月15日国家环保总局颁布了HJ/T293-2006《清洁生产标准-汽车制造业（涂装）》，12月1日实施，它是国内对工业涂装的VOC的排放量第一次做出了具体规定.

    广东省环保法规DB44/816-2010《表面涂装（汽车制造业）挥发性有机化合物排放标准》规定，现有源和新源分时段执行不同的排放限值。现有源自本标准实施之日起至2012年12月31日止执行第I时段限值，自2013年1月1日起执行第II时段限值；新源自本标准实施之日起执行第II时段限值,

    公司除L230系列车采用3C3B涂层体系外，其余车型均采用2C2B涂层体系。参照国内清洁生产先进标准（2C2B涂层2级）指标≤50g/㎡、广东省环保法规货车驾驶仓II时段限值55g/㎡，2014年公司确定的VOC排放值≤40g/㎡要求值较低，随着L230系列车产量的增长，对VOC排放量控制将提出严峻的考验。

    4.2013年涂装车间挥发性有机溶剂VOC排放的状况

    自2013年开始，公司对涂装车间的VOC排放予以重视，并开始对其研究、统计分析。涂装面积一般应是实测的面积，即底涂按车身总面积、面涂按面漆喷涂涂区域，而在德国限制汽车涂装VOC排放量的规范中是以汽车车身的总面积计算的，基于车身结构和形状复杂，实测表面积较难，再加上多层涂装体系，各涂层涂装面积不同（如三涂层体系，中涂、面涂的喷涂面积占车身总面积的20%～25%）。因此当按汽车车身总面积作为涂装面积计算VOC限值时，可不考虑3～5层的多涂层，仅视作为二涂层即可。从而可以推理出，货车驾驶仓的VOC排放量限制值国外的高于国内的指标，其一方面原因就是少了中涂喷涂区域的面积，我公司涂装车间生产线当时就是按五十铃的涂层标准体系进行设计的，其中的中涂线仅作为喷涂中涂漆使用。

    VOC排放量与涂装面积关系较大，如果底涂按车身总面积、面涂按面漆喷涂区域来计算，则达不到国家标准中2C2B涂层VOC排放量≤70g/m2（国内清洁生产基本标准）。

    5．降低挥发性有机含量VOC排放的措施

    汽车涂装中实现清洁生产，必须降低VOC排放量，达到清洁生产标准规定的VOC限值以下。具体措施如下：

    5.1采用低VOC或无VOC的环保型涂料

    关于VOC的产生，由涂装涂料（中涂/面漆/清漆）产生的量约占总量的80%。湖南关西涂料有限公司在乘用车的涂装生产中研究表明，中涂漆、面漆、清漆产生的VOC占总量的81.3%（51.3%+15.9%+13.1%），公司2013年面漆及配稀释剂产生的VOC占总量的78.1%（36.2%+41.9%）.

    由此可见，采用高固体份涂料、水性涂料、粉末涂料等替代有机溶剂型涂料，是降低VOC排放的最有力措施。高固体份涂料在原有涂装工艺及设备上不需作大的改动就可采用，但涉及调整配方、施工性能和涂料成本等方面因素，目前雾淞白面漆固体份含量为60%以上，属于高固体份面漆，其它素色面漆还需往这方面调整。采用水性涂料和粉末涂料，涂装工艺和设备要作大的改动，一般适宜在新建涂装线时采用。《乘用车生产企业及产品准入管理规则》明确要求中涂漆、面漆使用水性涂料，我公司明年拟设计建造一条底盘零件涂装用的粉末涂装线，符合降低VOC排放的要求。

    5.2涂装材料改良，采用薄膜化

    改良面漆的施工性能、提高的外观质量，确保漆膜的机械物理、化学性能，可以提高电泳漆膜的厚度20μm至25μm，则面漆厚度就可降低5μm，面漆消耗降低约15%，VOC排放减少10%～12%。新建锌铝涂层生产线使用，一部份装配小件由电泳底漆涂装调整为锌铝涂层涂装，锌铝涂层一方面为水性涂层，同时涂层厚度要求为8μm～10μm，较电泳底漆的厚度20μm～25μm低。

    5.3改善涂装设备，提高涂料利用率

    手工空气喷涂实现低压化、静电化，即用空气静电喷枪替代一般而论的空气喷枪；克服人的因素（操作熟练程度、责任心和身体状况等的不同造成喷涂质量和涂料利用有心人差异），可采用自动静电喷涂替代手工喷涂；机器人自动杯式静电喷涂替代往复式自动杯式静电喷涂等等，均可提高涂料利用率。

    涂装设备提高涂料利用率的发展趋势：手工空气喷涂（30%）→手工静电空气喷涂（40%）→往复机旋杯喷涂（50%）→机器人旋杯喷涂（65%）

    在公司现有的涂装生产线，只能尝试采用手工静电喷枪喷涂轻卡驾驶室总成和车箱总成。原来公司采用曾选用过外置静电发生器的喷枪和GRACO公司的PRO3500静电喷枪，由于操作方便性、空气质量等操作条件不具备而没有很好使用。因此，再度采用手工静电喷枪，必须进行认真细致的调查，操作条件具备时方可投入使用。

    5.4优化或简化中涂、面漆喷涂工艺

    调整和控制各涂层厚度，减少涂料的用量。如采用适当减薄中涂层厚度和取消内表面喷涂中涂漆；在电泳漆膜表面光滑平整的情况下，取消L230系列车的中涂漆涂装工艺，可减少VOC排放约15%～20%（在相同涂层体系下的比例，混合涂层体系下没有这样高的比例）；

    增加金属漆颜色相近的素色面漆的品种，可以不用喷涂清漆。L230系列车有4种金属漆，在保留金属漆为特殊客户订单的情况下，启用与金属漆颜色相近的素色面漆涂装，则可以取消罩光清漆涂装，降低VOC排放约15%左右（在相同涂层体系下的比例），与激情橘金属漆颜色相近的素色漆已在L230系列车上进行过生产。

    5.5加强溶剂管理，提高清洗溶剂的回收效率

    公司生产的雾淞白色和红塔蓝色轻卡车，是主导颜色产品，采用的是集中供漆系统，换洗枪产生的溶剂较少，除前述两种颜色外的特殊颜色和金属漆采用小罐调漆生产，换洗喷枪和管路时产生的废溶剂统一收集，利用A60EX-dIIBT3防爆溶剂回收机回收使用，目前回收量小，仅够用擦洗室体玻璃、清洗喷枪外部；当特殊颜色和金属漆车辆产量增加时，需均衡、合理组织生产，减少换色次数和洗枪的溶剂损失量；涂料、溶剂容器加盖减少挥发等等。

    5.6废气的焚烧处理，或是吸附法与燃烧法配套的处理装置

    VOC一般都是可燃性的或易燃性的有机化合物，可以采用直接燃烧法、触媒燃烧法或吸附法进行废气处理。传统的涂装生产线的喷漆室由上部送风系统、文丘里漆雾捕捉系统或水旋式漆雾捕捉系统组成，除去漆雾的VOC废气与流平室的VOC废气一起通过一定高度的排气烟囱直接排放到大气中；烘炉里产生的VOC通常通过环保设备及焚烧燃烧系统(TNV、TAR)进行焚烧，净化后的气体直接排放。

    我公司采用的是水旋式喷涂室，烘烤后废气经有机废气处理装置（触媒燃烧法）处理后排至大气中，此装置已没有使用并拆除。因此，在采取前述各种措施未达到VOC排放指标时，则需投入一定量的资金改造废气净化装置。

    目前较新的VOC废气处理装置是“活性碳吸附+沸石浓缩转轮系统+TNV焚烧”吸附法与燃烧法综合处理新技术，相对于传统的烟囱直接高处排放VOC处理方法，该方法对废气的处理净化率能够达到99%，净化后的废气直接排入大气。

    6.2014年涂装车间挥发性有机溶剂VOC排放的控制情况

    通过统一单位涂装面积的VOC排放量的计算方法，降低VOC排放措施分析，采取了选用高固体份面漆、加强溶剂管理、回收利用溶剂、特殊颜色工件集中生产减少换洗枪次数、控制漆膜厚度过量喷涂等措施，

    除5、6月VOC排放指标超出目标值40g/m2以外，其余各月排放指标均在目标值以下。造成此两个月指标超出目标值的原因是生产量偏低，为了预防槽液老化、影响槽液稳定性，补给溶剂的添加量超出辅料定额，另外L230系列车的产量所占比重较大，从而导致VOC排放量增加。

    7.结束语

    综上所述，我公司的VOC排放量控制指标目前确定为≤40g/㎡，低于国家汽车涂装清洁生产标准2C2B涂层2级限值≤50g/㎡。随着3C3B涂层体系L230系列车辆产量比重的增加，VOC排放量会一定幅度的增加，需调整VOC排放量目标限值。另外，公司车型品种多，驾驶室、车箱总成数量繁多，各工件没有精确的表面积数值，相近车型均采用相近的表面积来统计计算，因此VOC计算上会有一定量的出入。当涂装车间的VOC排放量超出标准值时，除已经采取措施外，需采取手工静电与手工空气喷涂相结合的方式喷涂中涂漆和面漆、取消中涂漆涂装、开发使用与金属漆相同颜色的素色面漆（减少清漆喷涂），甚至投入较多资金改造中涂、面涂线的废气净化装置，达到国家环保对挥发性有机溶剂VOC排放要求。而新建涂装生产线，则中涂、面涂漆必须使用水性漆，这是涂装生产线的发展方向。