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环保节能技术在电梯涂装线改造中的应用
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 摘要:介绍了日立电梯公司将溶剂型涂料静电喷涂改造为水溶性涂料静电喷涂的过程、环保原材料的应用及对喷涂产生的废水、废气的处理方法。

    关键词:涂装线改造;电梯涂装;环保节能;废水废气零排放

    1 引言

    涂装应用非常普遍,可以说涂装产品无处不在。在人们享受涂装带来的美感的同时,涂装产生的废气、废水和废渣也给我们赖以生存的地球环境带来污染。而电梯产品需要涂装的部件较多,且涂装部件的面积较大,因此使用的涂料较多,相应地涂装产生的副产物废气、废水和废渣也较多。减少废弃排放物,保护环境,实现环保涂装,世界各国都在努力探寻着,日立电梯(中国)有限公司本着对社会高度负责任的态度花巨资投入环保工作,取得了明显成效。日立电梯在中国广州、上海和天津都有制造基地,其中上海和天津制造基地在涂装线建设之初,把环保节能作为指导思想并付诸实施,底漆采用电泳涂装,面漆采用水性漆静电喷涂的施工方法,而广州工厂涂装线建成于2003年,喷涂工艺为:

    底漆正面喷漆→过渡→底漆反面喷漆、底漆反面

    跟踪补漆→流平→面漆正面喷涂→流平→罩光喷涂→流平→固化干燥

    使用的涂料是溶剂型的,溶剂型涂料是以有机溶剂为载体,其本身含有较多的有机溶剂,涂装时涂料调配和喷涂清洗还要用有机溶剂,因此在喷涂施工和涂膜干燥过程中会有大量的VOC排放。为减少喷漆对环境造成的污染,实现环保涂装,改造初期提出了不同的改造方案,方案一参照日立公司天津、上海工厂的工艺,此方案因改造周期长、投资大,原有涂装线设备基本不能利用,影响生产予以否定。如何在原有涂装线的基础上进行有效改造,根据公司喷漆线改造的目的和指导思想:以环保为中心,减少喷漆废弃物的排放,特别是减少VOC的排放。从工艺、设备和原材料等方面经多次分析论证,首先从源头上减少污染物的产生和排放,前处理采用环保原料,把使用溶剂型涂料喷涂改为水性涂料喷涂,对现有喷涂线设备进行了有效改造以满足水性喷涂条件,并且改进和增加了相应的环保设施,以最少的投入、最短的改造时间顺利完成了改造,详细说明见图1。

图1 环保涂装线采用的措施

图1 环保涂装线采用的措施

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    2 采用环保型原材料

    2.1前处理工序

    前处理是涂装作业必须经过的处理工序,处理方法和所使用的化学药剂的种类较多,其主要作用是增加涂层的附着力及防护性。脱脂剂的主要作用是除去部件表面的油污,一般常用的是碱性脱脂剂,脱脂机理是脱脂剂与部件表面的油污发生皂化、乳化反应及利用表面活性剂亲水亲油的原理除掉表面的油污,常用的有磷酸盐、硅酸盐、碱以及表面活性剂等构成的混合物;表面调整剂的作用是形成磷化处理晶核,使磷化膜更致密,一直以来采用胶体钛盐;磷化剂主要是磷酸盐处理技术,为增加其防锈性,采用含有Zn-Ni-Mn金属阳离子型的磷化处理液。因生产的电梯产品的梯种、型号较多,需要涂装的部件外形尺寸较大,在前处理工序会产生废水、废渣等废弃物,其中废水中含有的磷容易造成水体富营养化,锌、镍等重金属元素用一般的废水处理工艺较难除掉,废渣中含有磷酸铁、磷酸锌等磷酸盐,这些废水、废渣处理费用高,若处理效果不好容易造成二次污染。为容易做到对排放的废水、废渣达标处理,减少废水、废渣的排放量和减少废水中重金属离子和盐类含量采取了以下措施:前处理从设备上采用连续输送自动喷淋方式提高生产效率,缩短处理工艺时间;部件采用竖直悬挂方式增加单位时间的处理量;喷淋水洗采用逆流方式,在保证冲洗质量的前提下减少水的用量;脱脂剂采用低温无磷脱脂剂以减少燃气用量和磷的含量;表面调整剂采用长效调整剂以减少更换次数;磷化采用无磷磷化,不同于以往常用的锌系磷化处理,可在各类金属上形成纳米级的金属氧化皮膜,该膜呈金黄-蓝紫色,皮膜颜色因膜厚、材质及处理条件的不同而变化,不含磷、镍、锰重金属元素,常温处理,减轻污水处理负荷,是一种新型环保材料,该氧化皮膜的防锈性能和漆膜附着力可与传统的锌系磷化膜相媲美。涂装线前处理工序产生的废弃物主要是水洗1和水洗3这2个工位产生的溢流水和少量的磷化渣固废物,溢流水排放到废水处理站进行处理,磷化渣采用日本三进的压榨机经压榨处理后由危废公司回收,前处理节能减排措施见图2。

图2 前处理节能减排措施

图2 前处理节能减排措施

 2.2喷涂工序采用水性涂料

    水性涂料是以水为载体的,主要是由水性树脂颜填料、溶剂及助剂组成,经过调色、搅拌、研磨等工序形成的混合物,在欧洲等发达国家因环保法规的要求而应用较多,在我国水性涂料的应用才刚刚起步,主要是少数汽车厂的底涂和中涂采用水性涂料(罩光仍是油性涂料)。日立电梯(中国)有限公司喷涂使用的底漆、面漆和罩光漆全部是国产的水性涂料,主要由性能优异的水性丙烯酸树脂、氨基树脂、颜料、助溶剂、去离子水和助剂组成,原漆经检测VOC含量小于50g/kg,涂料调配和换色清洗全部使用纯水。喷涂设备采用高压静电涂装,施工条件范围广范,环境温度不低于-5℃、相对湿度不大于95%的环境条件都可喷涂施工,国内大部分地区环境条件都能满足其使用要求。使用水性涂料后固化温度降低,改造前使用溶剂型涂料固化温度为(165±5)℃,使用水性涂料固化温度为(145±5)℃。根据统计数据,固化温度越高,消耗的燃气量越大,固化温度从160℃降至140℃,每小时可节约燃气20m3。需特别说明的是水性罩光涂料目前在电梯行业还没有静电喷涂实际应用的先例,因为罩光漆的作用是提高涂膜表面的光泽,增加其装饰性和抗划伤性,在水性罩光漆应用初期,存在的问题是因水性罩光漆树脂本身固含量较低,喷涂后湿膜的润湿性和流动性较差,涂膜饱满度偏低,可施工性变得较差,特别是喷涂后湿膜厚度较难判定,涂膜干燥后边角部容易产生起泡和针孔现象,给水性罩光漆的推广应用带来了难度。为了解决水性罩光漆的上述问题,从喷涂工艺上通过调整静电旋杯喷枪的旋转速度、喷涂压力、水性涂料黏度和涂料吐出量,从涂料配方上通过改进流平剂、助溶剂、消泡剂及树脂成分等方面,经过反复调整试验,最终达到了使用要求,为水性罩光漆的成功应用奠定了基础。

    3 采用三喷一烤的湿碰湿工艺

    具体工艺是底漆静电喷涂经过自然条件流平后直接喷涂面漆,面漆经过流平后再喷涂罩光漆。湿碰湿喷涂工艺最大的优点是节省能源,比正常的一喷一烤工艺节约能源约50%以上。水性涂料采用湿碰湿工艺相对于油性涂料湿碰湿喷涂工艺难度增大,因为底漆的主要作用是防护性,面漆的主要作用是装饰性,采用湿碰湿工艺底漆的表干速率和喷涂工艺参数必须控制在一定范围内,否则会造成底漆反渗到面漆、漆膜流挂及漆膜厚度不够等缺陷;因改造前溶剂型涂料可根据环境条件的变化调整稀释剂成分来调整挥发速率从而控制漆膜的表干速率,而水性涂料的稀释剂是水,不能像油性涂料那样通过调整稀释剂的成分来调整其表干速率。为满足水性涂料湿碰湿喷涂工艺的要求,通过调整水性涂料的成分和喷涂工艺参数满足了此喷涂工艺要求。

    4 喷涂设备改造

    4.1改造中央供漆系统

    改造前喷涂线采用中央供漆系统,其中底漆喷漆房共用一套供漆装置,面漆喷漆房共用一套供漆装置,采用中央供漆系统的好处是调配涂料方便,涂料施工黏度稳定,节省人力,但存在换色和清洗困难,从中央供漆室到喷漆房的管道较长,增加维护成本等缺点。采用水性涂料静电喷涂,必须对现有的供漆系统进行改造,以满足水性涂料静电喷涂的需要。

    ⑴溶剂型涂料供漆系统

    改造前采用的是中央供漆系统,底漆、面漆和罩光漆的供漆桶全部放置在一个供漆间内,且供漆间与喷漆室的距离较远。

    中央供漆系统从供漆桶到喷漆室的管道采用不锈钢管道,因距离较远采用高压力柱塞泵供漆,且有回流管道,因改造前采用的是溶剂型涂料,涂料本身的电阻较大,为40~100MΩ,所以涂料本身不会导电,采用水性涂料,因其本身会导电,喷枪高压电会沿着管路而放电,因此必须对原有的供漆系统进行改造。

    ⑵水性涂料供漆系统

    水性涂料本身会导电,喷枪高压电会沿着管路而放电,因此必须对供漆系统进行有效绝缘。为满足绝缘要求,每个喷漆室增加单独的供漆间,缩短供漆管道至喷枪的距离,原则上水性涂料供漆管道越短越好,但考虑到操作的方便性,在场地和设备布局许可的情况下,尽量缩短为好。

    4.2底漆增加跟踪喷涂机

    为保证产品质量,提高部件反面弯折位的上漆率和涂料的利用率,减少废渣和废气排放量,增加了自动跟踪机补喷部件反面弯折位代替人工补喷,节省了人力,保护了人身健康。自动补漆跟踪机,可以对喷涂部件的位置进行检测并实施自动跟踪喷涂,专门喷涂边角位,弥补静电喷涂边角位上漆率不高的现象,工作原理是空气喷枪检测到部件到达后,升降机与输送链同步运行,同时喷枪开始往复喷涂。水性静电自动喷涂机设内置式高压发生器,雾化气压不大于0.1MPa,上漆率大于75%,可对喷涂部件的宽度和长度实施检测并自动喷涂,从而节约了涂料。

    4.3采用水幕水涡式喷漆房

    水幕水涡式喷漆房见图3。

图3 水幕水涡式喷漆房

图3 水幕水涡式喷漆房

水幕水涡式喷漆房由喷漆室体、送排风系统、水幕水循环系统、涡旋除渣系统及喷涂机构成。喷漆室体外形尺寸为:5500mm×4800mm×5100mm,正面安装有大面积玻璃观察窗,其它三面墙由不锈钢做骨架,镶嵌不锈钢板。送风系统是把经过初级和一级过滤后的空气送到喷漆室顶部的均压室,再经过均压室二级过滤后均匀地送到喷漆室,排风系统的作用是排除喷漆产生的过喷漆雾,具体为喷涂机产生的过喷漆雾,经过排风机的强劲抽力与水幕涡旋板的涡旋水充分混合后,漆渣和溶于水的VOC溶入到喷漆室的循环水中,不溶于水的VOC被排出,进入到活性炭处理装置,送风量的大小根据以下公式确定:Q=3600FV(F为操作区地坪面积,m2;V为风速,m/s),一般要求喷漆室内保持微正压,以保证干净的喷漆室环境。喷漆室除渣系统由水帘板、气水分离室及涡旋板组成,应注意水帘板与涡板旋之间的间隙及水帘板最低位与循环水池水面的间隙,否则除去漆雾的效果会变差。经过涡旋处理后的废气进入汽水分离室,水汽和未被除净的漆雾再次被分离,排放的是含有VOC的废气。汽水分离室挡水板的宽度和角度与带漆雾水粒的撞击效果、排气扩散速度及流向有关,直接影响漆雾捕集率和汽水分离率,亦须注意。喷漆房漆雾分离是否彻底直接影响后续废气处理效果。

    5 环保设备

    环保喷涂从原材料和工艺上减少了废弃物的排放,且排放值远低于国家相关标准,但日立电梯(中国)有限公司本着对社会高度负责的态度,在采用环保喷涂的同时,把涂装生产过程中产生的废水、废气和废渣分别进行了有效处理。对水性漆喷涂后排放的少量VOC进行活性炭吸附处理,喷漆产生的废水及生活废水经过废水处理后回用(见图4)。下面就喷漆产生的废水、废气和废渣进行详细介绍,以供参考。

图4 废水、废气和废渣的处理

图4 废水、废气和废渣的处理

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    5.1废气处理设备

    5.1.1废气处理控制方式

    ⑴全线采用PLC控制,能对废气处理的情况进行监控(显示工艺流程,故障报警)。设置自动及手动2种控制模式,在自动控制模式下,按下自动启动按钮,系统将按顺序自动投入运行,在手动控制模式下,各设备可独立进行启动。若有故障发生,可进行声光报警。在废气出口安装浓度检测装置,当排出的废气超过其规定数值时,可进行自动脱附和报警。

    ⑵吸附功能。活性炭吸附装置设计为双罐双层吸附,当一个罐吸附饱和时,可进行脱附,同时启动另一个吸附罐进行吸附,这样可以做到反复循环利用,有效地吸附有机废气。吸附罐的大小和活性炭的用量是根据其排风量的多少进行设计的,其处理风速最好不大于1m/s。为了防止活性炭中毒,应配备隔水隔尘过滤装置。

    ⑶解吸。当活性炭吸附有机物达到饱和状态后,即停止吸入有机废气,通过活性炭床向上送入蒸汽进行吹脱,将有机物自活性炭中逐出,即解吸。罐中活性炭恢复其活性,即再生。脱附后的有机废气经过冷凝器后变成液体进行回收,可做到活性炭反复利用又达到吸附效果。

    5.1.2废气处理工艺流程

    废气处理工艺流程见图5。

图5 废气处理工艺流程

图5 废气处理工艺流程

5.2废水处理工艺

    ⑴废水100%循环利用要点说明

    工厂废水的主要来源是生产的废水和生活废水,其中生产废水主要是涂装生产中脱脂、磷化、喷漆和后冲洗产生的废水,生活污水主要来源于食堂、厕所及卫生清洗。工厂总体设计是厂区不设污水排放口。在生产及生活过程中产生的污水经过废水处理设备处理后但标准低于自来水的称为中水,中水一部分用于工厂的绿化、冲厕、道路清洗及养鱼,还有一部分中水经过深度处理后回用到涂装生产线,从而做到100%循环利用而不对外排放。

    ⑵废水处理工艺流程

    废水处理工艺流程见图6。

图6 废水处理工艺流程

图6 废水处理工艺流程

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    6 结语

    ⑴本项目实施难点及收获。水性底漆、面漆和罩光漆湿碰湿静电喷涂工艺及边角位自动跟踪补漆机的成功应用,在采用环保水性涂料的同时,对喷涂产生的副产物废水、废气进行处理,实现了涂装废水、废气的零排放,为环保喷涂树立了典范。⑵符合环保安全要求。喷涂生产线水性涂料项目的应用主要是基于环保考虑而进行改造的,油性涂料本身含有20%~30%的有机溶剂,在涂料使用时需使用稀释剂,调配比例为涂料∶稀释剂=1.0∶0.5,溶剂和稀释剂的主要成分是醇、醚、酯及苯类等的混合物,这些物质大多是有毒的,在涂料喷涂和干燥过程中大部分挥发到大气环境中,会对环境造成污染,对人体造成危害。而采用水性涂料后,其本身只含有5%~10%的醇类等有机溶剂,而喷涂调配时用纯水,醇类是完全溶于水的,在喷涂过程中过喷漆雾经水帘吸附后大部分溶于水中,有机溶剂的排放量较油性涂料大大减少,有效地保护了环境。同时水性涂料不属于危险品,不会燃烧和爆炸,使用安全。⑶随着国家环保政策的出台和人们对环保认识的提高,水性涂料应用会得到普遍重视,同时也符合国家鼓励发展节能减排的产业政策。

(注:以上内容来源于网络,不代表本公司的任何观点或意见)

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