分析涂装生产线的节能减排技术

究方向，着査指出了数字化设计技术是较有前景的涂装设计发展方向。[Abstract ] Based on the energy consumption of painting workshop, this paper introduces the technology of energy saving and emission

reduction in painting process and painting equipment, discusses the research direction of key technology of energy saving and emission reduction in coating line, and emphasizes that digital design technology is a more promising development direction ofpainting design.【关键词】涂装车间；节能减排;数字化技术[Keyword S ] coating workshop; energy conservation and emission reduction; digital technology[中图分类号】TU275 ;TU241.91；TU767.3

【文献标志码】B 【文章编号】1007-9467 (2020) 02-0131-03[DOI] 10.13616/j.cnki.gcjsysj.2020.02.0441引言在“中国制造2025”的时代背景下，资源的过度消耗和环

需要消耗大量的水、电、天然气、蒸汽等能源，产生大量的VOC

排放。其中,国外对汽车涂装线的VOC法规，如表1所示。表1国际上汽车涂装车间V0C排放量限值境污染问题已经引起了和社会的广泛关注。作为有机废

国家或地区设备现有

V0C/(g/m2)气VOC排放大户的涂装行业，其粗放型建设模式对能源等资

欧盟源消耗巨大，环境污染甚为严重。据有关资料记载，我国的 VOC产量和co2的射皈量成倍的高于发达国家水平叫涂装车 间作为汽车整车工厂的4大车间之一，其能源消耗占到总能

德国新源现有（1995年之前）现有（其他）新源现有美国耗的55%叫废气、废水刹嗷量占至!］总排量的80%以上。由此可 见，作为工业发展重要环节的涂装行业必将成为节能减排的

新源新源（臭氧无规定）6045453535504235国内在2006年国家环保总局颁布了 HJ/T 293—2006（清

排头兵，走\"绿色涂装车间”的发展转型之路。洁生产标准汽车制造业（涂装）》，首次对涂装行业的VOC排 放设置了限值，各个省份也相继出台了一些地方法规,进一步

2涂装车间的能耗情况及V0C排放标准—般整车生产主要包括冲压、焊接、涂装和总装4大车 间。不同整车的涂装工艺虽各有特点，但大都有前处理、电泳、

推动了环保措施的落实。为更好地满足环保标准的要求，本文 从工艺、设备角度介绍了部分涂装节能减排技术，同时,进一 步探讨关键技术的研究方向。PVC、底漆、色漆、清漆、烘干强冷等工艺,在这些工艺过程中，3涂装工艺改进【作者简介】钱路燕（1988~）,女,浙江杭州人,工程师,从事涂装 设备设计与研究。传统的前处理工艺采用的是磷化技术，但它具有能耗高、 磷镰猛重金属污染严重等缺点，所以，近年来，硅烷化技术、氧131工程建设与设计Construction& Design ForProjecl化错转化膜技术作为新一代环保型前处理工艺技术迅速发 展。氧化皓转化膜技术处理主要是在氟错酸溶液里，金属表面

凝聚沉积转彳匕成一种纳米氧化皓陶瓷膜涂层，它具有工艺简 短、成膜快、环保、质量稳定等优点。硅烷化处理技术W是在金属表面吸附1层超薄的三维网 状结构的硅烷膜，同时形成Si-0-Me共价键，它具有处理时间

短、膜薄、沉渣少、无需表调钝化工艺等特点。硅烷化技术的废 液无磷无重金属，可以降低传统磷化工艺的生产成本。但是, 相比于磷化技术，硅烷工艺对工件以及其他设备的要求更加

苛刻,例如,工件在硅烷之前必须打磨除锈干净，否则，会影响 处理效果，而磷化则未必；工件在硅烷水洗之后需要尽快烘 干，否则，容易产生反锈等情况。4涂装设备改进4.1喷漆室方面的节能减排技术4.1.1干式喷漆室的应用干式喷漆室是采用干式漆雾捕集装置来处理喷漆室的漆 雾,它与湿式喷漆室相比,具有无需处理废水、耗电少、不产生

恶臭等优点。奥地利的一家公司开发出了一种经济、高效、灵 活的干式漆雾捕集装置，如图1所示。该装置具有以下优点:

(1)环保节能降彳氐成本；(2)漆雾吸附性能强，二次过滤使用时 的吸附率达90%； (3)符合人机工程学要求，使喷漆室区域的

噪声降低15~20dB;(4)柔性化性能好,适用于所有油漆种类 及大多数胶水材料;(5)操作简单，可根据设计需要集成不同

尺寸的模块小车。图1 Edrizzi过滤纸箱4.1.2废气处理技术的应用喷漆室废气具有风量大、浓度低的特点，若直接采用燃烧处理,成本较高，一般先采用吸附法浓缩成高浓度的气体,再

132采用高温焚烧氧化处理。目前，吸附材料有沸石转轮和活性炭 2种。沸石转轮的工作原理I煨:喷漆室废气经多层过滤到达沸 石转轮浓缩,VOC被吸附后的气体可达标直排;经一段时间吸

附后，转轮达到饱和状态，可由220T的气流进行脱附,此时脱 附出来的VOC浓度提至原先的3-20倍，再将其送到蓄热式

焚烧炉RTO进行高温焚烧，最终形成洁净气体排放至大气, 如图2所示。经沸石转轮系统后的废气VOC处理效率能达到

90%~95%,浓缩后的高浓度VOC废气经蓄热式焚烧炉RTO

处理后,VOC处理效率能达到98%以上。但是,整套设备的造 价比较高，这是沸石转轮普及受限的一大因素。图2沸石转轮吸附脱附示意图活性炭吸附的工作原理是将喷漆室废气经过滤装置后,

达到活性炭装置的固体颗粒物洁净要求，然后再进入活性炭 装置，使VOC与活性炭充分接触，利用活性炭对有机物质的

强吸附性能将废气净化，最后达标罚嗷。吸附一段时间后达到 饱和,此时对活性炭进行脱附再生，脱附出来的气体通过催化

燃烧装置燃烧生成二氧化碳、水和部分的热量。4.2烘干室方面的节能减排技术烘干室设计合理选用烘干方式(对流、辐射加热或者2者

混合形式)，可以达到事半功倍的效果。比如，采用分段加热的

方式,前部分(约1/3室体)采用红外线辐射加热的形式，后部 分采用热风循环加热,如此便加快了工件的升温速度,缩短了

室体长度，节约能耗,还解决了因链速加快、漆膜固化不良而 影响涂层质量的问题。但是，红外线加热对工件有一定的要

求,例如,叉车的桥箱工件经过80t红外加热后,制动拉线的

橡胶材料变软，因此，并不适合采用红外线力谦。4. 3强冷室方面的节能减排技术强冷室设计按照输送运行的方向，依次划分为2个及以上数量的区域:高温排风冷却段、循环风冷却段（N段或省略， 根据需要设计）、低温新风冷却段（冷水制冷）,即新风与输送

的方向互逆。这是由于工件刚进入强冷室时温度比较高，若直

接采用冷却后的新风降温，工件会有骤冷变形的风险，所以， 先将室外的新风经过滤、冷却降温，送至强冷室的最后一段冷

却区,对已降温的工件进行充分冷却，接着再依次“逆行”进入 强冷室中间区段,循环对工件进行降温,最后达到强冷室的第

—段后排出。这种逐级降温的强冷模式不仅降低了工件的冷

热变形，还可达到节能环保的效果。5数字化设计技术的应用随着计算机数字化技术的发展，现有涂装车间的布局与

设计可以寻求到更短周期、更低成本、更高质量的解决方案。

数字化设计技术可以提供三维可视化规划平台、工艺仿真平

台和流程分析平台，为产品制造提供全套的虚拟制造技术支

持。它相比于传统设计有如下优点：1 ）借助Inventor、3ds Max等软件的实时可视化功能,可以 形象地展示涂装工艺过程,更好地满足客户需求,便于促进决 策者更快地做出决定。2 ）借助有限元分析功能，可以做到设计的“有理有据”,实 现设备的优化设计以及复杂模型的受力分析，充分结合软件 发挥竞争优势。例如，某项目中吊具的性能优化和轻量化设

计，采用传统方法设计的吊具主梁需要长16.3m的H型钢

400mmx300mm, 1.7”挂，通过有限元分析计算问,在确保吊具强 度和刚度的前提下，将吊具轻量化减至09/挂（见图3、图4）,

结合8min的节拍，烘干室单位时间内可少加热6t的金属材 料，同时也减轻了整个生产线输送钢构的负担,使整个生产线

设计实现了高效率、低能耗、降低运行成本的目标。T■n■■■■I图3吊具轻量化前|c|ooo|oooUS：'T图4吊具轻量化后工业工程设计Industrial Engineering Design3） 数字化设计的“碰撞检查”技术能够在设计阶段快速 准确地查找出有碰撞的管线或设备，及早地发现错误，例如，风 管、输送装置等与原有厂房之间、管路与管路之间的干涉性检 查，可迪免让亀魁入莎并造成代价高昂的瞬更述工。4） 数字化设计提供的并行设计工具和平台,可实现不同

专业（输送、抛丸、前处理、烘干、喷粉、电气）之间的协同工作 和信息交互,利用团队的整体力量来提高工作效率和质量,缩 短设计时间。5） 使用数字化设计技术进行精准建模，借助参数化变更

管理，实时确保不同模型之间关联参数的同时更新，提高了协 调一致性及设计效率,实现了智能设计。6） 使用数字化技术可以便捷地统计设备材料、外购件等

的工程量以及对供应商相关信息的管理，避免了人工统计既

费时又出现错误等问题。6结语涂装车间系整车制造过程中的能耗大户。本文针对涂装

车间的工艺、设备等方面的关键性节能减排技术进行了分析 与研究，为涂装车间的节能减排问题提出了一种更快、更准

确、更低成本、高质量的解决方案一 字化设计技术，它是

涂装车间设计较有前景的发展方向。db【参考文献】⑴王锡春.工业涂装降低VOC的措施和节能剧舸.专题论述,200&23

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67-69.【3】闫福成.汽车涂装的VOC减排与节能降耗的先进技术综述［JJ.中

国涂料,2014,29（8）:10-18.【4】李庆华，徐腊平，李啸，等.硅烷前处理技术在汽车涂装线的应用［J］.

涂料工业，2017,47（1）:73-77.【5】丁映春.沸石浓缩转轮系统在喷漆室废气治理中的应用［耳现代涂

装,2015,18（8）:70-72.［6】成大先机械设计手册第四版［K］.北京:化学工业出版社,2002.【收稿日期】2019-04-11133