創(chuàng)建綠色涂裝工廠的啟示

         馬汝成老師老師長期從事涂裝工藝設計與研究、汽車工廠規(guī)劃設計與建設的技術管理工作，并榮獲全國第六批“全國工程勘察設計大師”榮譽稱號，特別邀請馬老師介紹綠色國外綠色涂裝工廠的工藝、設備發(fā)展趨勢，以及創(chuàng)建啟示以及創(chuàng)建綠色涂裝工廠的規(guī)劃進行了討論，論述了建設綠色涂裝工廠是國家的需要和發(fā)展必然，實現(xiàn)建設綠色涂裝工廠是企業(yè)的社會責任。

1.創(chuàng)建綠色涂裝工廠的意義

        隨著現(xiàn)代化和工業(yè)化的發(fā)展，各種工業(yè)污染源對地球環(huán)境的污染越來越嚴重，涂裝工業(yè)產(chǎn)生的污染尤為突出。如果再不進行有效的預防和治理，將會嚴重影響人類的生存環(huán)境和國民經(jīng)濟的持續(xù)發(fā)展。創(chuàng)建“綠色涂裝工廠”是涂裝工業(yè)發(fā)展的必然趨勢。綠色涂裝工廠的建設和投入使用實現(xiàn)了減少VOC排放量，降低各種廢棄物排量，減少CO₂排放量，降低能源資源耗量，降低設備裝機功率，提高生產(chǎn)效率，改善人類職業(yè)健康。因此，在保證涂裝質(zhì)量的基礎上，創(chuàng)建綠色涂裝工廠，造福于人類的健康和生存具有極其重要的意義。

2.綠色涂裝工廠應用技術

2.1綠色涂裝工廠建設思路

        綠色涂裝工廠的建設目標是在涂裝過程中產(chǎn)生更少的能源輸入、涂料消耗、溶劑消耗、水消耗、VOC排放、CO₂排放、廢水排放、顆粒物排放、各種廢棄物排放；具有更高的生產(chǎn)效率和更優(yōu)良的工作環(huán)境。

        建設綠色涂裝工廠需要選擇節(jié)能、環(huán)保和最優(yōu)的人機工程涂裝工藝技術方案，通過技術進步，應用新工藝、新材料、新裝備、節(jié)能環(huán)保技術和先進的科學管理，優(yōu)化和簡化工藝及工序實現(xiàn)最終目標。

2.2綠色涂裝工廠集成技術

        所謂“綠色涂裝工廠”就是具有節(jié)能、減排、環(huán)保、省資源、降成本等功效的涂裝車間。它應用的涂裝材料、工藝和裝備主要包括：前處理轉化膜材料（氧化鋯和硅烷）、水性涂料、粉末涂料等，水性漆3C1B工藝、水性漆免中涂工藝（雙底色工藝）和粉末涂裝工藝等，滾浸輸送設備、新型輸送系統(tǒng)（滑橇、摩擦鏈）、干式噴漆室、全自動機器人噴漆及先進的換色技術、節(jié)能型烘干室、智能化生產(chǎn)能耗監(jiān)控優(yōu)化技術等。

        ⑴綠色涂裝工藝

        氧化鋯轉化膜處理工藝

        氧化鋯轉化膜處理工藝是無磷酸鹽前處理技術，取消表調(diào)工序，縮短了成膜處理時間和設備長度；沉渣減少90%以上，消除了P、Ni、Mn，與磷化處理工藝比較F離子減少到小于1/8。

        ZrO轉化膜工藝與磷化工藝比較結果見下表。

ZrO轉化膜與磷化比較

        硅烷轉化膜處理工藝

        硅烷轉化膜處理工藝是無磷酸鹽前處理技術，取消了表調(diào)和鈍化工序，縮短了工藝時間和設備長度；適用多種金屬底材（冷軋板、鍍鋅板、鋁板、預涂板）的混線處理。消除了重金屬P、Ni等，出渣少，耗水少，廢水少；具有環(huán)保、節(jié)能、操作簡便、低成本等優(yōu)點。

        電泳工藝

        新型節(jié)能低溶劑低沉降電泳漆，很好的控制了顏料沉降。電泳涂裝停產(chǎn)時，槽液停止攪拌可達10天。取消備用電源，節(jié)約攪拌能耗、維護和廢棄物處理費用，減少了CO₂排放。

        水性漆3C2B工藝

        采用水性涂料和粉末涂料替換溶劑型涂料。

        ① 水性漆3C2B涂裝工藝：陰極電泳（CED）涂料+水洗中涂漆+水性底色漆+2K溶劑型清漆涂裝工藝體系，實現(xiàn)每平方米被涂面積VOC排放量少于35克。

        ② 水性漆粉末涂料3C2B涂裝工藝：陰極電泳（CED）涂料+粉末中涂+水性底色漆+粉末清漆涂裝工藝體系，使每平方米被涂面積VOC排放量少于10克成為可能。

        水性漆“三濕”工藝

        水性漆“三濕”（3-wet）工藝即為3C1B涂裝工藝。取消中涂烘干和中涂后的打磨工序，使工藝簡化和緊湊，提高生產(chǎn)效率，實現(xiàn)節(jié)能減排。

        水性漆免中涂工藝

        水性漆免中涂工藝即為雙底色工藝（2C1B），使涂裝工藝更簡化、緊湊、精益、降成本，更節(jié)能減排。大眾公司推行的“2010工藝”屬于這種工藝。此工藝更有推廣價值。

        水性漆2C1B與3C2B工藝比較的結果見下表。

水性漆2C1B與標準3C2B比較

        粉末工藝

        粉末工藝作為車身涂裝工藝，主要用于中涂和罩光清漆涂裝。粉末工藝環(huán)保性最好，組合涂裝體系是實現(xiàn)節(jié)能減排目標的重要方法之一。

        ⑵綠色涂裝裝備技術

        前處理電泳翻轉輸送技術

        翻轉輸送技術主要包括RoDip、SHUTTLE（多功能穿梭機）、J-Flex輸送系統(tǒng)，它具有比推桿鏈、擺桿鏈輸送系統(tǒng)長度短，節(jié)省投資、運行和維護保養(yǎng)費用，節(jié)省投槽時的化學品用量，節(jié)水，節(jié)電，節(jié)能等優(yōu)點；日后的清潔維護工作量和廢水排放量顯著減少。新型RoDip V和E│SHUTTLE都是單臂式承載輸送結構，節(jié)能減排更佳。

        電泳設備逆向流循環(huán)技術

        電泳槽循環(huán)系統(tǒng)實現(xiàn)槽液逆向流循環(huán)，槽兩端設溢流槽，槽液流動與工件運行方向相反，顯著提高電泳質(zhì)量。循環(huán)次數(shù)和能耗減半。

        烘干設備廢氣凈化技術

        推廣使用的直通型烘干室，解決了進出口熱損失耗能問題。廢氣焚燒采用TAR或RTO系統(tǒng)，有毒物質(zhì)被處理；使廢氣余熱回收再利用，排煙溫度顯著降低，實現(xiàn)節(jié)能減排。

        干式噴漆室節(jié)能減排技術

        應用新型干式漆霧捕集分離器技術節(jié)能減排，其優(yōu)點是低運行成本、維護成本，低作業(yè)環(huán)境噪音；無廢水處理，噴漆室用水節(jié)省80～90％；噴漆室中使用90%～95%的循環(huán)風和5%～10%的新風；與濕式噴漆室比較能耗節(jié)省60%～70％；無惡臭氣味，改善了工廠環(huán)境和員工工作條件。

        干式與濕式噴漆室節(jié)能減排比較見下表。

干式與濕式噴漆室節(jié)能減排比較

        全自動機器人噴漆及換色技術

        應用機器人噴涂車身內(nèi)外表面，使涂層質(zhì)量提高約25%左右。應用彈夾式或線性換色閥技術自動換色，油漆損失小于10ml?？梢匀∠幗M功能，縮小生產(chǎn)面積，實現(xiàn)省材料，節(jié)能減排。

        智能化生產(chǎn)能耗監(jiān)控優(yōu)化技術

        涂裝工廠智能化生產(chǎn)能耗監(jiān)控技術日趨成熟，記錄生產(chǎn)過程中各種有關數(shù)據(jù)，分析、評估實際能耗情況。通過對各個生產(chǎn)區(qū)域能耗的自動監(jiān)控、識別和調(diào)整，實現(xiàn)對能耗過高的區(qū)域制定節(jié)能對策，及時優(yōu)化節(jié)能。如DURR公司新開發(fā)的EcoEMOS Energy軟件模塊。

        ⑶土建公用節(jié)能減排

        重視建筑節(jié)能

        重視采用節(jié)能型建筑和使用節(jié)能材料，加強墻壁和屋面保溫；廠房空間盡量減少凈空高度，提高節(jié)能效果。

        公用節(jié)能減排

        廠房采暖通風采用節(jié)能溫控系統(tǒng)自動調(diào)節(jié)，變頻技術控制送排風量，空調(diào)裝置設回風系統(tǒng)，合理利用回風量，節(jié)省空調(diào)能耗。

        加熱源應用太陽能、地源熱泵等節(jié)能技術。

        變壓器盡可能靠近負荷中心，降低運行中的低壓損耗。

        合理延長涂裝設備的預熱時間，減少最大耗能量，降低能源供應負荷。

污水處理采用中水回用系統(tǒng)，合理利用水資源減少排放。

公用設備的選用充分考慮節(jié)能減排優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品。

        ⑷典型的綠色涂裝工廠

        ① DURR公司為大眾公司建設的綠色涂裝工廠

        采用綠色涂裝工藝（大眾2010工藝）、RoDip滾浸輸送設備、EcoDryScrubber干式噴漆室、全自動機器人噴漆以及換色技術(EcoBell2 /EcoBell3霧化系統(tǒng)、EcoICC線性換色器)、TAR烘干廢氣焚燒凈化技術、熱回收技術、EcoEMOS優(yōu)化能源管理技術等。工廠每年CO₂排放量減少30%，天然氣減少30%，生產(chǎn)用水減少80%，電量減少50%,VOC排放量減少70%。綜合能耗降低40%～50%。

        ② EISENMANN公司推薦的綠色涂裝工廠

        采用綠色涂裝工藝、多功能穿梭機（E│SHUTTLE新型單臂翻轉）、E│SCRUB干式噴漆室、全自動機器人噴漆以及新型換色技術、BlueMAX Burner燃燒器廢氣焚燒凈化技術、熱回收技術、工廠太陽能供熱技術等。在節(jié)省熱能方面效果十分顯著，單車涂裝能耗下降40%。

        ③ GEICO公司推薦的綠色涂裝工廠

        采用綠色涂裝工藝、J-Flex翻轉輸送系統(tǒng)、Dryspin干式噴漆室、全自動機器人噴漆以及換色技術、節(jié)能烘干技術等，顯著降低了運行成本。僅對滾浸輸送系統(tǒng)和干式噴漆室與擺桿輸送系統(tǒng)和濕式噴漆室兩項比較，可實現(xiàn)單車減少能耗115千瓦時。

        3.綠色涂裝工廠創(chuàng)建啟示

        從減少污染氣體（VOC、CO₂）排放，減少涂裝污水和廢棄物排放，減少涂料和溶劑的消耗，降低運行成本和能耗，提高生產(chǎn)效率，營造優(yōu)良的人機工程工作環(huán)境已經(jīng)達到的諸多效果看，這是未來涂裝發(fā)展的必然趨勢。

        成都一汽大眾綠色涂裝工廠是目前國內(nèi)外最好的樣板工廠之一：采用大眾2010工藝、第三代RO-Dip翻轉輸送系統(tǒng)、EcoDryScrubber 干式噴漆、車身內(nèi)外部全機器人自動噴涂、EcoLCC 線性換色器供漆、TAR 廢氣焚燒爐等，VOC排放量減少到24g/m²以下，每年可以減少CO₂排放量約9000噸。

        綠色涂裝工廠與傳統(tǒng)涂裝工廠的數(shù)據(jù)比較見下表。

綠色涂裝工廠與傳統(tǒng)涂裝工廠數(shù)據(jù)比較

        綠色涂裝工廠與傳統(tǒng)涂裝工廠比較能耗和廢氣排放指標都降低40%以下。國內(nèi)合資企業(yè)采用傳統(tǒng)涂裝工藝（CED+3C2B）、設備全部引進并且節(jié)能最好的涂裝工廠，生產(chǎn)轎車單車能耗約0.1943t標煤。國內(nèi)大多數(shù)轎車傳統(tǒng)涂裝工藝涂裝線遠大于此值。

        按照能耗降低40%，單車能耗0.1943t標煤計算，年產(chǎn)15萬輛轎車涂裝線至少每年可節(jié)能11658t標煤。如果我國今后都按綠色涂裝工廠建設新涂裝線，其節(jié)能總量將十分顯著。

        據(jù)國外經(jīng)驗介紹綠色涂裝工廠與傳統(tǒng)涂裝工廠相比，生產(chǎn)每一輛涂裝車身CO₂的排放量可減少100kg以上。按100kg CO₂/輛計算年產(chǎn)15萬輛轎車涂裝線，每年至少可減少CO₂的排放量達15000t。歐洲允許改造后采用傳統(tǒng)涂裝工藝VOC排放量90g/m²以下，環(huán)保涂裝工藝VOC排放量35g/m²以下，從用傳統(tǒng)涂裝工藝到改用環(huán)保涂裝工藝VOC排放量的減少是顯著的。可想而知，如果我國涂裝線VOC排放量降至綠色涂裝工廠水平，對保護環(huán)境的貢獻將是巨大的。因此，建設綠色涂裝工廠是國家需要和發(fā)展必然。

        加強綠色涂裝意識，結合企業(yè)發(fā)展，在建設或改造涂裝線時，首先要選擇綠色涂裝技術（材料、工藝、裝備、管理、節(jié)能、環(huán)保），根據(jù)本企業(yè)的經(jīng)營情況，可從部分選擇逐漸過渡到全部選擇。國內(nèi)涂裝行業(yè)供應商需要加強研發(fā)，在涂裝材料、工藝和設備創(chuàng)新方面下工夫，從模仿創(chuàng)新到自主創(chuàng)新，逐漸代替進口。這是企業(yè)和供應商必須承擔的社會責任，只有國家和行業(yè)一齊努力，才有望實現(xiàn)綠色涂裝的目標。

        4.創(chuàng)建綠色涂裝工廠的規(guī)劃

        ⑴ 國內(nèi)涂裝行業(yè)必須加快涂裝材料、工藝和裝備創(chuàng)新，加快努力創(chuàng)建綠色涂裝工廠的步伐。

        ⑵ 國家有關部門盡快補充制定有關法規(guī)，一經(jīng)出臺，生產(chǎn)企業(yè)必須嚴格執(zhí)行。

        ⑶ 創(chuàng)建綠色涂裝工廠作為企業(yè)建廠目標，企業(yè)根據(jù)實際情況在進行工廠建設時，重視采用綠色制造技術，從部分選用過度到全部選用，為企業(yè)、員工和社會造福。

        ⑷ 企業(yè)加強培養(yǎng)全員樹立節(jié)能減排綠色涂裝意識，由粗放生產(chǎn)管理轉變?yōu)榫嫔a(chǎn)管理；對涂裝質(zhì)量、材料消耗、能源消耗、工時定額、倉儲物流和設備運行等的管理，應用科學方法進行科學統(tǒng)計和優(yōu)化，實現(xiàn)生產(chǎn)線最佳開動率和有效利用率。

        ⑸新建涂裝工廠必須部分或全部應用綠色涂裝技術，推動建設綠色涂裝工廠。

        推廣應用無磷轉化膜前處理工藝、“三濕”和免中涂水性漆涂裝工藝等。

        推廣應用節(jié)能型的前處理電泳涂裝翻轉輸送技術、干式噴漆室、新型節(jié)能烘干室等。

        推廣應用車身內(nèi)外部全機器人噴涂和省涂料供漆系統(tǒng)的涂裝技術。

        推廣應用涂裝工廠智能化生產(chǎn)節(jié)能減排監(jiān)控技術。

        推廣應用綠色涂裝工廠的生產(chǎn)管理技術。

        ⑹ 跟蹤研究國外正在開發(fā)實施的綠色涂裝技術，及時吸納，有效利用。例如：火焰硅烷氣相處理工藝的“ITRO處理法”，為創(chuàng)建綠色涂裝工廠提供新工藝。熱泵技術作為新型高效熱源或用于加熱和冷卻或用于熱源回收，實現(xiàn)減少CO₂排放量和降低運行成本10%以上。

        ⑺ 重視數(shù)字化技術應用。通過數(shù)字化技術進行工藝性分析、創(chuàng)新產(chǎn)品特性分析、靜力學和動力學及流體力學方面的分析，實現(xiàn)產(chǎn)品功能驗證和優(yōu)化，減少開發(fā)產(chǎn)品在試制過程中的改進工作量和縮短開發(fā)時間。促進實踐綠色涂裝工廠建設。

        5.結束語

        建設綠色涂裝工廠有利于提高生產(chǎn)效率和資源利用率，提高產(chǎn)品競爭力，實現(xiàn)國家倡導的建設環(huán)境友好型、資源節(jié)約型和創(chuàng)新型社會的國策。借助綠色涂裝技術發(fā)展趨勢，推進我國涂裝行業(yè)應用涂裝節(jié)能減排新技術和加快建設綠色涂裝工廠的進程。