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创建绿色涂装工厂的启示

         马汝成老师老师长期从事涂装工艺设计与研究、汽车工厂规划设计与建设的技术管理工作，并荣获全国第六批“全国工程勘察设计大师”荣誉称号，特别邀请马老师介绍绿色国外绿色涂装工厂的工艺、设备发展趋势，以及创建启示以及创建绿色涂装工厂的规划进行了讨论，论述了建设绿色涂装工厂是国家的需要和发展必然，实现建设绿色涂装工厂是企业的社会责任。

1.创建绿色涂装工厂的意义

        随着现代化和工业化的发展，各种工业污染源对地球环境的污染越来越严重，涂装工业产生的污染尤为突出。如果再不进行有效的预防和治理，将会严重影响人类的生存环境和国民经济的持续发展。创建“绿色涂装工厂”是涂装工业发展的必然趋势。绿色涂装工厂的建设和投入使用实现了减少VOC排放量，降低各种废弃物排量，减少CO₂排放量，降低能源资源耗量，降低设备装机功率，提高生产效率，改善人类职业健康。因此，在保证涂装质量的基础上，创建绿色涂装工厂，造福于人类的健康和生存具有极其重要的意义。

2.绿色涂装工厂应用技术

2.1绿色涂装工厂建设思路

        绿色涂装工厂的建设目标是在涂装过程中产生更少的能源输入、涂料消耗、溶剂消耗、水消耗、VOC排放、CO₂排放、废水排放、颗粒物排放、各种废弃物排放；具有更高的生产效率和更优良的工作环境。

        建设绿色涂装工厂需要选择节能、环保和最优的人机工程涂装工艺技术方案，通过技术进步，应用新工艺、新材料、新装备、节能环保技术和先进的科学管理，优化和简化工艺及工序实现最终目标。

2.2绿色涂装工厂集成技术

        所谓“绿色涂装工厂”就是具有节能、减排、环保、省资源、降成本等功效的涂装车间。它应用的涂装材料、工艺和装备主要包括：前处理转化膜材料（氧化锆和硅烷）、水性涂料、粉末涂料等，水性漆3C1B工艺、水性漆免中涂工艺（双底色工艺）和粉末涂装工艺等，滚浸输送设备、新型输送系统（滑橇、摩擦链）、干式喷漆室、全自动机器人喷漆及先进的换色技术、节能型烘干室、智能化生产能耗监控优化技术等。

        ⑴绿色涂装工艺

        氧化锆转化膜处理工艺

        氧化锆转化膜处理工艺是无磷酸盐前处理技术，取消表调工序，缩短了成膜处理时间和设备长度；沉渣减少90%以上，消除了P、Ni、Mn，与磷化处理工艺比较F离子减少到小于1/8。

        ZrO转化膜工艺与磷化工艺比较结果见下表。

ZrO转化膜与磷化比较

序号	项   目	磷化处理	ZrO2处理
1	污水处理量（%）	100	90
2	清洗化学品消耗（%）	100	85
3	能源消耗（%）	100	50

        硅烷转化膜处理工艺

        硅烷转化膜处理工艺是无磷酸盐前处理技术，取消了表调和钝化工序，缩短了工艺时间和设备长度；适用多种金属底材（冷轧板、镀锌板、铝板、预涂板）的混线处理。消除了重金属P、Ni等，出渣少，耗水少，废水少；具有环保、节能、操作简便、低成本等优点。

        电泳工艺

        新型节能低溶剂低沉降电泳漆，很好的控制了颜料沉降。电泳涂装停产时，槽液停止搅拌可达10天。取消备用电源，节约搅拌能耗、维护和废弃物处理费用，减少了CO₂排放。

        水性漆3C2B工艺

        采用水性涂料和粉末涂料替换溶剂型涂料。

        ① 水性漆3C2B涂装工艺：阴极电泳（CED）涂料+水洗中涂漆+水性底色漆+2K溶剂型清漆涂装工艺体系，实现每平方米被涂面积VOC排放量少于35克。

        ② 水性漆粉末涂料3C2B涂装工艺：阴极电泳（CED）涂料+粉末中涂+水性底色漆+粉末清漆涂装工艺体系，使每平方米被涂面积VOC排放量少于10克成为可能。

        水性漆“三湿”工艺

        水性漆“三湿”（3-wet）工艺即为3C1B涂装工艺。取消中涂烘干和中涂后的打磨工序，使工艺简化和紧凑，提高生产效率，实现节能减排。

        水性漆免中涂工艺

        水性漆免中涂工艺即为双底色工艺（2C1B），使涂装工艺更简化、紧凑、精益、降成本，更节能减排。大众公司推行的“2010工艺”属于这种工艺。此工艺更有推广价值。

        水性漆2C1B与3C2B工艺比较的结果见下表。

水性漆2C1B与标准3C2B比较

序号	项目名称	水性漆免中涂（2C1B） 工 艺（2K）	水性漆 “三湿” （3C1B）工艺	水性漆标准3C2B工艺（2K）
1	工艺能耗（%）	70	82	100
2	喷漆VOC排放量（%）	90	-	100

 

        粉末工艺

        粉末工艺作为车身涂装工艺，主要用于中涂和罩光清漆涂装。粉末工艺环保性最好，组合涂装体系是实现节能减排目标的重要方法之一。

        ⑵绿色涂装装备技术

        前处理电泳翻转输送技术

        翻转输送技术主要包括RoDip、SHUTTLE（多功能穿梭机）、J-Flex输送系统，它具有比推杆链、摆杆链输送系统长度短，节省投资、运行和维护保养费用，节省投槽时的化学品用量，节水，节电，节能等优点；日后的清洁维护工作量和废水排放量显著减少。新型RoDip V和E│SHUTTLE都是单臂式承载输送结构，节能减排更佳。

        电泳设备逆向流循环技术

        电泳槽循环系统实现槽液逆向流循环，槽两端设溢流槽，槽液流动与工件运行方向相反，显著提高电泳质量。循环次数和能耗减半。

        烘干设备废气净化技术

        推广使用的直通型烘干室，解决了进出口热损失耗能问题。废气焚烧采用TAR或RTO系统，有毒物质被处理；使废气余热回收再利用，排烟温度显著降低，实现节能减排。

        干式喷漆室节能减排技术

        应用新型干式漆雾捕集分离器技术节能减排，其优点是低运行成本、维护成本，低作业环境噪音；无废水处理，喷漆室用水节省80～90％；喷漆室中使用90%～95%的循环风和5%～10%的新风；与湿式喷漆室比较能耗节省60%～70％；无恶臭气味，改善了工厂环境和员工工作条件。

        干式与湿式喷漆室节能减排比较见下表。

干式与湿式喷漆室节能减排比较

序号	项 目 名 称	干式喷漆室	湿式喷漆室
1	水耗量（%）	- 87	100
2	新风和废气（%）	- 95	100
3	工艺能耗（%）	- 60	100

 

        全自动机器人喷漆及换色技术

        应用机器人喷涂车身内外表面，使涂层质量提高约25%左右。应用弹夹式或线性换色阀技术自动换色，油漆损失小于10ml。可以取消编组功能，缩小生产面积，实现省材料，节能减排。

        智能化生产能耗监控优化技术

        涂装工厂智能化生产能耗监控技术日趋成熟，记录生产过程中各种有关数据，分析、评估实际能耗情况。通过对各个生产区域能耗的自动监控、识别和调整，实现对能耗过高的区域制定节能对策，及时优化节能。如DURR公司新开发的EcoEMOS Energy软件模块。

        ⑶土建公用节能减排

        重视建筑节能

        重视采用节能型建筑和使用节能材料，加强墙壁和屋面保温；厂房空间尽量减少净空高度，提高节能效果。

        公用节能减排

        厂房采暖通风采用节能温控系统自动调节，变频技术控制送排风量，空调装置设回风系统，合理利用回风量，节省空调能耗。

        加热源应用太阳能、地源热泵等节能技术。

        变压器尽可能靠近负荷中心，降低运行中的低压损耗。

        合理延长涂装设备的预热时间，减少最大耗能量，降低能源供应负荷。

污水处理采用中水回用系统，合理利用水资源减少排放。

公用设备的选用充分考虑节能减排优质产品。

        ⑷典型的绿色涂装工厂

        ① DURR公司为大众公司建设的绿色涂装工厂

        采用绿色涂装工艺（大众2010工艺）、RoDip滚浸输送设备、EcoDryScrubber干式喷漆室、全自动机器人喷漆以及换色技术(EcoBell2 /EcoBell3雾化系统、EcoICC线性换色器)、TAR烘干废气焚烧净化技术、热回收技术、EcoEMOS优化能源管理技术等。工厂每年CO₂排放量减少30%，天然气减少30%，生产用水减少80%，电量减少50%,VOC排放量减少70%。综合能耗降低40%～50%。

        ② EISENMANN公司推荐的绿色涂装工厂

        采用绿色涂装工艺、多功能穿梭机（E│SHUTTLE新型单臂翻转）、E│SCRUB干式喷漆室、全自动机器人喷漆以及新型换色技术、BlueMAX Burner燃烧器废气焚烧净化技术、热回收技术、工厂太阳能供热技术等。在节省热能方面效果十分显著，单车涂装能耗下降40%。

        ③ GEICO公司推荐的绿色涂装工厂

        采用绿色涂装工艺、J-Flex翻转输送系统、Dryspin干式喷漆室、全自动机器人喷漆以及换色技术、节能烘干技术等，显著降低了运行成本。仅对滚浸输送系统和干式喷漆室与摆杆输送系统和湿式喷漆室两项比较，可实现单车减少能耗115千瓦时。

        3.绿色涂装工厂创建启示

        从减少污染气体（VOC、CO₂）排放，减少涂装污水和废弃物排放，减少涂料和溶剂的消耗，降低运行成本和能耗，提高生产效率，营造优良的人机工程工作环境已经达到的诸多效果看，这是未来涂装发展的必然趋势。

        成都一汽大众绿色涂装工厂是目前国内外最好的样板工厂之一：采用大众2010工艺、第三代RO-Dip翻转输送系统、EcoDryScrubber 干式喷漆、车身内外部全机器人自动喷涂、EcoLCC 线性换色器供漆、TAR 废气焚烧炉等，VOC排放量减少到24g/m²以下，每年可以减少CO₂排放量约9000吨。

        绿色涂装工厂与传统涂装工厂的数据比较见下表。

绿色涂装工厂与传统涂装工厂数据比较

序号	项目名称	国内传统涂装车间	国外传统涂装车间	绿色涂装工厂
1	能量消耗量（%）	≥ 130	100	≤ 60
2	CO2排放量（%）	≥ 130	100	≤ 60
3	每平方米被涂面积VOC排放量（g/m2）	≥ 120	90	≤ 30

 

        绿色涂装工厂与传统涂装工厂比较能耗和废气排放指标都降低40%以下。国内合资企业采用传统涂装工艺（CED+3C2B）、设备全部引进并且节能最好的涂装工厂，生产轿车单车能耗约0.1943t标煤。国内大多数轿车传统涂装工艺涂装线远大于此值。

        按照能耗降低40%，单车能耗0.1943t标煤计算，年产15万辆轿车涂装线至少每年可节能11658t标煤。如果我国今后都按绿色涂装工厂建设新涂装线，其节能总量将十分显著。

        据国外经验介绍绿色涂装工厂与传统涂装工厂相比，生产每一辆涂装车身CO₂的排放量可减少100kg以上。按100kg CO₂/辆计算年产15万辆轿车涂装线，每年至少可减少CO₂的排放量达15000t。欧洲允许改造后采用传统涂装工艺VOC排放量90g/m²以下，环保涂装工艺VOC排放量35g/m²以下，从用传统涂装工艺到改用环保涂装工艺VOC排放量的减少是显著的。可想而知，如果我国涂装线VOC排放量降至绿色涂装工厂水平，对保护环境的贡献将是巨大的。因此，建设绿色涂装工厂是国家需要和发展必然。

        加强绿色涂装意识，结合企业发展，在建设或改造涂装线时，首先要选择绿色涂装技术（材料、工艺、装备、管理、节能、环保），根据本企业的经营情况，可从部分选择逐渐过渡到全部选择。国内涂装行业供应商需要加强研发，在涂装材料、工艺和设备创新方面下工夫，从模仿创新到自主创新，逐渐代替进口。这是企业和供应商必须承担的社会责任，只有国家和行业一齐努力，才有望实现绿色涂装的目标。

        4.创建绿色涂装工厂的规划

        ⑴ 国内涂装行业必须加快涂装材料、工艺和装备创新，加快努力创建绿色涂装工厂的步伐。

        ⑵ 国家有关部门尽快补充制定有关法规，一经出台，生产企业必须严格执行。

        ⑶ 创建绿色涂装工厂作为企业建厂目标，企业根据实际情况在进行工厂建设时，重视采用绿色制造技术，从部分选用过度到全部选用，为企业、员工和社会造福。

        ⑷ 企业加强培养全员树立节能减排绿色涂装意识，由粗放生产管理转变为精益生产管理；对涂装质量、材料消耗、能源消耗、工时定额、仓储物流和设备运行等的管理，应用科学方法进行科学统计和优化，实现生产线最佳开动率和有效利用率。

        ⑸新建涂装工厂必须部分或全部应用绿色涂装技术，推动建设绿色涂装工厂。

        推广应用无磷转化膜前处理工艺、“三湿”和免中涂水性漆涂装工艺等。

        推广应用节能型的前处理电泳涂装翻转输送技术、干式喷漆室、新型节能烘干室等。

        推广应用车身内外部全机器人喷涂和省涂料供漆系统的涂装技术。

        推广应用涂装工厂智能化生产节能减排监控技术。

        推广应用绿色涂装工厂的生产管理技术。

        ⑹ 跟踪研究国外正在开发实施的绿色涂装技术，及时吸纳，有效利用。例如：火焰硅烷气相处理工艺的“ITRO处理法”，为创建绿色涂装工厂提供新工艺。热泵技术作为新型高效热源或用于加热和冷却或用于热源回收，实现减少CO₂排放量和降低运行成本10%以上。

        ⑺ 重视数字化技术应用。通过数字化技术进行工艺性分析、创新产品特性分析、静力学和动力学及流体力学方面的分析，实现产品功能验证和优化，减少开发产品在试制过程中的改进工作量和缩短开发时间。促进实践绿色涂装工厂建设。

        5.结束语

        建设绿色涂装工厂有利于提高生产效率和资源利用率，提高产品竞争力，实现国家倡导的建设环境友好型、资源节约型和创新型社会的国策。借助绿色涂装技术发展趋势，推进我国涂装行业应用涂装节能减排新技术和加快建设绿色涂装工厂的进程。