喷涂机器人集成应用

1 汽车涂装行业VOC废气治理
汽车涂装行业VOC废气治理一般主要从两个方向入手：一是减少VOC废气发生源，从根源上减少VOC废气的产生，即前端方案；二是对产生的VOC废气进行末端净化处理，即末端治理。减少VOC废气发生源就是想办法降低VOC废气的产生量， 主要从清洁生产、原材料替代、工艺改进三个方面入手：首先工艺上考虑采用“低VOC”的涂装材料，如目前政府认可和推荐的水性涂料、高固体分涂料等环保涂料；其次要考虑做好回收再利用工作；
才是增加废气末端净化处理设备。前两方面都是从源头上减少VOC废气的产生。

本文将重点说明减少VOC废气发生源的方法和应用，主要是因为只有减少VOC废气发生源才能从根源上减轻环境污染，属于一种更主动的环保措施。


2 “水性漆”还是“高固含漆”工艺

2.1 “水性漆”工艺
“水性漆”工艺相较于“油性漆”工艺而言有机挥发溶剂含量更低，仅占其溶剂含量的10% ~ 20%，其余溶剂是水，比传统油性漆溶剂含量低40% ~ 50%，因此对于新线来讲“水性漆”是佳的工艺选择。

如果将“油性漆”整体作为一代的话，目前“水性漆”喷涂工艺已经发展到第5代，第5代尚不成熟，工业应用中有些颜色喷涂后耐候性能不理想，尚未大量推广。第4代目前在保证稳定应用的条件下环保。

2.2 “高固含漆”工艺
“高固含漆”工艺是相较于普通“油性漆”而言，其有机溶剂挥发物含量较低，比传统油性漆溶剂比例低10% ~ 20%。高固含漆目前应用也不多，大多应用在“油改水”比较困难、但又需要进行工艺升级的场合。

因为其涂料体系仍然是“油性”的，所以其应用中对涂装车间喷涂设备的要求与传统油性漆基本相同，甚至不用改造任何设备，因此其切换使用周期短，几乎不影响正常生产。对于生产负荷较高，且不具备进行彻底“油改水”工艺的涂装线来说不失为一种选择。比如一汽解放卡车涂装线就采用了“高固含漆”工艺来应对环保升级。

2.3 十年涂装老线
我们有一条2008年建的涂装线，这条生产线大部分设备正值佳效率期。因此首先考虑通过工艺升级改造使它跟上汽车涂装行业工艺发展水平。为此我们选择了“油改水”，当然VOC废气末端处理设备必不可少。“油改水”，即油性漆喷涂工艺改为水性漆喷涂工艺，这条线当时选择的是“油性3C2B”面漆工艺，也没有独立的中涂喷漆室，但当时预留了一段色漆“闪干炉”的位置，一侧具备“油改水”的改造空间。只不过当年预留的还是“水性3C1B-2PH”工艺改造空间，目前更加紧凑环保的“水性3C1B-1PH”面漆工艺已经发展成熟。因此我们进行了方案对比，对比后选择了3C1B水性紧凑型即B1B2工艺。


3 “油改水”工艺的重难点参数控制
水性漆水含量达到了60%以上，溶剂只有15%左右，这决定了水性漆对工艺设备、施工参数的要求与溶剂型漆不同。要求喷漆室壁板为不锈钢材质，否则易引发生锈。要求输调漆系统管道为更高级的不锈钢，一般国产钢要用316牌号，进口钢材用304L及以上牌号。总体上讲，水性漆的施工窗口比油性漆窄很多，因此其工艺参数控制至关重要，水性漆工艺关键参数控制见表2。

3.1 参数控制重难点一：喷漆室温湿度控制
喷漆室空调温湿度参数的控制是保证水性漆喷涂质量的核心和关键，也是所有参数中的重点和难点。

行业内一般通过温湿度表分别对夏季/冬季进行区分控制，其优点是控制方式简单，投资成本低廉；缺点是控制精度低，温度控制范围±2 ℃，相对湿度范围±10%。尤其在春秋换季时节，在空气表现为高温低湿或者低温高湿等极端状态时，温湿度完全处于失控状态，只能人为手动干预调整。该控制方式已经不再能够满足水性漆生产要求。

现行业内*先进的温湿度控制方式为焓值控制空调温湿度或焓值结合温湿度表协同控制喷漆室温湿度，可以通过查阅湿空气焓湿图表来找到对应关系。

焓值表示空气中所含有的总热量，是显热和潜热之和，温度表现的是显热，湿度表现的是潜热。具体的控制方式为：采用室外温湿度传感器参与控制，外部温湿度传感器可测定出当前空气的温度和湿度，通过程序计算出当前外部空气的含湿量，根据温度和含湿量可判断在当前状态下是否需要开制冷、加温或加湿系统。将设定焓值与过程焓值相比较，当过程焓值小于设定值时不论温度的高低都需要开一次段加热，如在春末夏初阶段外气与设定参数焓值对比

即使温度高，只要焓值低于设定焓值，就说明潜热低，即含湿量小于设定值，就应该关冷水阀并加热升温，提升空气焓值，再加湿；同理，当焓值高于设定值时，不论温度高低都需要关一次段加热，开冷水阀。

该控制方式温湿度精度可以达到±0.5 ℃和±2.5%，完全满足水性漆的生产要求。

3.2 参数控制重难点二：闪干炉含水量控制
因清洗对底层固含要求不低于80%，因此水性涂层在闪干炉内要完成脱水，脱水率需要达到85%以上。为了达到闪干炉循环风含水率要求（升温段＜20 g/kg、保温段＜12 g/kg），必须使闪干炉新鲜空气量为25% ~ 30%,新风含水率＜6 g/kg，而常规的冷冻水除湿，由于冷冻水的输出水温一般控制在7 ~ 12 ℃，也就是空气温度只能控制在10 ℃以上，此时标准状态下的饱和湿空气的含水量约为7.7 g/kg，不能达到工艺要求，所以闪干炉的新风除湿需要在常规的冷冻水除湿后，再增加转轮二次除湿。

4 废溶剂回收系统
作为减少VOC排放的重要手段，废溶剂回收系统必不可少。喷漆线上换色清洗产生的废溶剂，清洗手工喷枪等喷涂工具产生的废溶剂都可以进行回收，用相对封闭的回收系统和回收桶回收废溶剂，并交给有资质的厂家进行再生处理，这样可以有效提升溶剂利用率并避免这些溶剂作为VOC废气排放。

此次方案中包含废溶剂回收系统改造，一是通过清洗、疏通，恢复了废溶剂回收的功能，二是增加了两处回收工位，改造后系统可以实现以下功能：
1）从喷漆室收集废溶剂暂存在喷漆室格栅下收集罐，并通过泵打回到调漆间中转罐；
2）调漆间中转罐高液位自动切换，关闭从喷漆室过来的溶剂管路，同时启动转移泵，向回收桶转移废溶剂。
现在需要面漆班组对废溶剂回收系统进行防护和保养：
1）对喷漆室废溶剂回收系统的“软管”、“收集罐”、“阀门手柄”等包裹塑料薄膜进行防护，更换薄膜（1次/月）。
2）所有洗枪盒、回收桶内不得再扔垃圾，不得将未使用完的油漆倒入回收系统。
3）整个废溶剂回收系统需要定期（1次/周）检查各个罐子、管路是否堵塞，清理罐子底部淤积物（1次/周）。
4）定期（1次/日）检查调漆间内中管罐向回收桶自动转移的功能，确保不出现外溢事故。
5）每天监护好回收桶内溶剂液位，液位接近满桶前及时更换回收桶，防止回收桶外溢。

5 结语
对于新建汽车涂装线，选择的涂装工艺要处于行业地位，才可能保证未来政策加严后工艺不落后。但对于采用传统油性漆面漆工艺的现有涂装线进行VOC废气排放治理时需要考虑的因素较多，首先要考虑排放满足政府现行标准要求，保证排放达标不被政府责令停产，同时还要考虑工艺升级改造的可行性和经济性。其中工艺改造不仅要考虑新工艺设备使用的可行性，还要考虑现有其他设备马上要发生的翻新改造成本。水性漆B1B2工艺参数控制管理至关重要，需要设计时充分考虑好设备能力。

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