涂裝車間后處理循環(huán)水除渣效果調(diào)節(jié)改善的研究

裴一慶，陳睿，許能才，胡建國，李文鵬，王兵，賈永紅

合眾新能源汽車股份有限公司 浙江嘉興 314500

噴漆室承擔(dān)著工件外表涂漆的重要角色，隨著科技的發(fā)展，噴漆作業(yè)實(shí)現(xiàn)的方式更多向著自動噴涂的方向發(fā)展，不管是哪種噴漆作業(yè)方式，油漆吐出量都不是百分百利用到工件上，部分過噴油漆會隨著排風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)入到漆霧處理系統(tǒng)。對于過噴油漆的處理主要考慮兩個(gè)方面，一種是漆霧顆粒，另一種是VOCS，本文主要講述漆霧顆粒處理過程中實(shí)際遇到的一些現(xiàn)場問題及改善方向的研究。

文丘里噴漆室循環(huán)水從兩側(cè)溢流槽流至文氏口，使其表面形成一層連續(xù)的水膜，漆霧接觸水膜被帶入水中，同時(shí)在抽風(fēng)力的作用下，空氣按文丘里原理擴(kuò)散，使水在文氏口霧化成微細(xì)滴，將剩余的漆霧進(jìn)一步吸附，成為含漆霧的水滴與空氣的混合物。這種混合物經(jīng)過文氏口的檔板時(shí)，由于形成了氣壓差，促使空氣與含漆霧的水滴分離，空氣隨排風(fēng)道被排出，水流回循環(huán)水槽進(jìn)行脫漆除渣后循環(huán)使用。目前循環(huán)水的脫漆除渣方式主要為藥劑絮凝上浮和機(jī)械打撈刮渣，解黏劑和絮凝劑根據(jù)油漆過噴量和實(shí)際產(chǎn)量按照一定的比例進(jìn)行定量補(bǔ)加，以達(dá)到漆水分離的效果，上浮的漆渣經(jīng)過除渣泵打入刮渣槽內(nèi)，完成持續(xù)藥劑反應(yīng)后進(jìn)行收集。

循環(huán)水中的漆霧去除不徹底將會對生產(chǎn)線的運(yùn)行甚至工藝參數(shù)帶來嚴(yán)重影響，通常會形成以下惡性循環(huán)連鎖反應(yīng)，如圖1所示。生產(chǎn)現(xiàn)場照片（見圖2）顯示設(shè)備生產(chǎn)條件已嚴(yán)重惡化，通過分析得出，影響噴漆室過噴漆霧處理效果主要有以下幾方面因素：第一，循環(huán)水量（水空比）；第二，藥劑類型、添加比例；第三，除渣系統(tǒng)設(shè)計(jì)；第四，藥劑補(bǔ)加計(jì)量泵標(biāo)定。正文對以上四個(gè)主要影響方面，結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況進(jìn)行分析解決。

圖1 惡性循環(huán)連鎖反應(yīng)

圖2 生產(chǎn)現(xiàn)場

循環(huán)水量的分析

水空比是衡量濕式噴漆室性能的一個(gè)重要參數(shù)指標(biāo)，是指送排風(fēng)量和供水量的重量比。總供水量只有達(dá)到一定的量才能對含漆霧空氣起到很好的包裹洗滌效果，總供水量一般采用水空比法進(jìn)行選擇計(jì)算：

式中G——總供水量，單位為m3/h；

Q——噴漆室的總排風(fēng)量，單位為m3/h；

e——水空比，單位為kg/m3，文丘里噴漆室一般取3～3.3；

ρ——空氣密度，取值1.2kg/m3。

通過對現(xiàn)場設(shè)備參數(shù)的調(diào)查，結(jié)合工藝送風(fēng)風(fēng)速的計(jì)算風(fēng)量，得出水空比的設(shè)計(jì)匹配合理性，循環(huán)水、送排風(fēng)參數(shù)見表1。

表1 循環(huán)水量、送排風(fēng)量參數(shù)

計(jì)算得出B C段水空比e1=2.52，C C段水空比e2=2.799。從數(shù)據(jù)上看，BC段和CC段水空比均小于下限值3，所以，為了保證漆霧洗滌效果，必須從源頭出發(fā)，保證循環(huán)水供水量。采購2臺500m3/h的水泵安裝在BC段，將BC段更換下了的2臺400m3/h的水泵更換到CC段，則改造之后的BC段和CC段的水空比分別為3.15和3.39，滿足文丘里噴漆室的水空比設(shè)計(jì)要求。

漆霧絮凝劑的分析

絮凝漂浮漆渣固液分離是目前涂裝車間噴漆循環(huán)水處理最主要的方法，絮凝劑主要分為化學(xué)絮凝和物理絮凝兩種。涂裝車間漆水分離絮凝主要采用的是物理絮凝的原理，有機(jī)高分子絮凝劑去除水中膠體粒子分為以下4個(gè)過程步驟：壓縮雙電層、電性中和、吸附橋架及網(wǎng)捕—卷掃。

漆霧絮凝劑由絮凝劑A和絮凝劑B組成，絮凝劑A的主要作用是“捕捉”過噴油漆，包裹穿透漆滴破壞功能基團(tuán)，從而使油漆消黏上浮；絮凝劑B“聚集”被消黏的漆滴，形成較大基團(tuán)，在絮凝過程中增強(qiáng)機(jī)械脫水率效率，降低漆渣含水量，中和系統(tǒng)電荷，維持系統(tǒng)離子平衡。

1.漆霧絮凝劑類型的選擇

機(jī)器人高壓靜電噴涂霧化器裝置帶高壓負(fù)電壓為負(fù)電極，油漆車身通過良好的接地為正電極，漆霧離子在兩極間的靜電界帶負(fù)電荷，有效涂覆在帶有相反電極的車身表面。為了驗(yàn)證不同電荷類型的絮凝劑是否和絮凝效果存在強(qiáng)相關(guān)的聯(lián)系，取相同A劑、不同B劑（分別為PS-37B陽離子型和PS-34B陰離子型），分別進(jìn)行絮凝效果驗(yàn)證，絮凝劑類型驗(yàn)證過程如圖3所示（加入0.5mLB劑，37B槽液明顯比34B更加清澈，37B的漆渣尺寸大于34B槽液；加入1.0mLB劑，槽液油漆已經(jīng)完全解黏上浮，37B的漆渣尺寸大于34B槽液）。

圖3 絮凝劑類型驗(yàn)證過程

1）根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況核算加藥比例：200mL水，0.3mLA劑，pH調(diào)整至9.0（片堿）。

2）在上述樣品中加入0.25mL清漆，充分?jǐn)嚢杈鶆颉?/p>

3）分別依次加入不同類型絮凝劑：0.5mL、1.0mL。

4）觀察樣品清澈度，漆渣懸浮狀態(tài)。

驗(yàn)證結(jié)論，絮凝劑B電荷類型對漆霧固液分離的效果起著關(guān)鍵作用，陽離子型B劑更適用于生產(chǎn)現(xiàn)場。

2.漆霧絮凝劑添加比例的分析

通常，漆霧絮凝劑的補(bǔ)加量和油漆上漆率（或過噴量）存在直接關(guān)系，漆霧絮凝劑定額設(shè)置不準(zhǔn)確會帶來嚴(yán)重影響。定額設(shè)置偏低，油漆解黏、絮凝不徹底，循環(huán)水中的黏性油漆黏附在管道內(nèi)和淌水板上，打破整體的漆霧補(bǔ)集平衡，影響生產(chǎn)；定額設(shè)置偏高，最直觀的影響是帶來藥劑成本和單車成本的升高，其次，過量的A、B劑會發(fā)生自身反應(yīng)，影響解黏絮凝效果。為了驗(yàn)證原定額的合理性，進(jìn)行以下驗(yàn)證，絮凝劑A定額驗(yàn)證過程如圖4所示，絮凝劑B定額驗(yàn)證過程如圖5所示。

圖4 絮凝劑A定額驗(yàn)證

圖5 絮凝劑B定額驗(yàn)證

1）取清漆回收口循環(huán)水，驗(yàn)證A劑補(bǔ)加量及脫黏效果；取清漆給水口循環(huán)水，驗(yàn)證B劑補(bǔ)加量及絮凝效果。

2）用pH計(jì)和電導(dǎo)率儀測量循環(huán)水pH值和電導(dǎo)率值。

3）回水口槽液依次分別添加1mL、2mL、3mL、4mLA劑，檢測槽液中A劑量是否不足。

4）送水口槽液依次分別添加1、2、3、4mL B劑，檢測槽液中B劑量是否不足。

涂裝車間噴漆工藝采用B1、B2水性漆工藝，車身內(nèi)噴采用手工噴涂，車身外噴采用機(jī)器人噴涂。根據(jù)不同的作業(yè)方式，上漆率存在差異，結(jié)合產(chǎn)品噴涂面積及油漆定額，計(jì)算單臺落漆量，以及絮凝劑實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)。水性漆黏性較低，A劑添加比例按照15%，B劑按照20%進(jìn)行定量補(bǔ)加；油性漆黏性較高，A劑添加比例按照20%，B劑按照15%進(jìn)行定量補(bǔ)加，pH值調(diào)節(jié)劑以及消泡劑根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況適量添加。另外，為了維持槽液的平衡，新配槽A劑一般按照1‰～1.5‰進(jìn)行開槽，表2為漆霧絮凝劑定額計(jì)算表。

表2 漆霧絮凝劑定額

除渣系統(tǒng)的分析調(diào)整

除渣系統(tǒng)分三個(gè)功能設(shè)置，分別為循環(huán)水功能、加藥功能和浮渣刮渣功能，其中循環(huán)水槽沿著水流方向依次分為回流區(qū)、漂浮區(qū)、自動堰區(qū)和水泵區(qū)4個(gè)區(qū)域?；亓鲄^(qū)為噴漆室循環(huán)水回水匯流區(qū)，水流湍急，藥劑易于反應(yīng)，此區(qū)域適合選取作為B劑的補(bǔ)加區(qū)域；漂浮區(qū)作為漆渣上浮凝塊的主要區(qū)域，是整個(gè)循環(huán)水系統(tǒng)中最長的區(qū)段，此區(qū)段要求循環(huán)水的流速控制在0.7m／min左右，停留時(shí)間10min左右，已保證足夠的反應(yīng)和上浮效果；自動堰區(qū)設(shè)置在循環(huán)水槽過濾網(wǎng)前面，緊挨水泵區(qū)，槽內(nèi)設(shè)有浮筒連接溢流堰。該浮堰可隨液面上下自由浮動，通過位于槽內(nèi)的抽渣泵吸口（T形管）的抽吸作用，使自動堰槽與相鄰區(qū)域形成至少300mm 的液位差，從而保證表面漂浮的漆渣流入自動堰槽內(nèi)；水泵區(qū)主要為噴漆室循環(huán)水供水功能區(qū)，設(shè)置在濾網(wǎng)后面，對循環(huán)水泵起到一定的保護(hù)作用，水泵處流速較快，且供水用到噴漆室文丘里結(jié)構(gòu)進(jìn)行漆霧補(bǔ)集，所以供水要具備漆霧的消黏作用。因此，水泵入口適合選為A劑的補(bǔ)加區(qū)域。

浮渣系統(tǒng)由抽渣泵、浮渣槽、刮渣機(jī)組成，抽渣泵通過自動堰區(qū)和過濾網(wǎng)后水泵區(qū)內(nèi)的T形管，將浮渣打入浮渣槽內(nèi)，浮渣槽的進(jìn)水口設(shè)置在槽底，通過水的翻涌加速藥劑和漆渣的反應(yīng)上浮速度，為了保證循環(huán)水中的除渣效果，一般會在除渣泵出口增加一處B劑補(bǔ)加口。浮渣槽包括漆渣收集槽和溢流槽兩部分，兩槽之間的隔板離水槽底部應(yīng)有一定的間隙（為防止漆渣淤積，至少 400mm）。抽渣泵供水管應(yīng)設(shè)計(jì)成 1 個(gè)T形管，帶兩個(gè)向上 45°度角的彎頭，可引導(dǎo)進(jìn)入水槽的漆渣迅速漂浮到漆渣收集槽。清液則通過隔板底部的間隙進(jìn)入溢流槽內(nèi)，然后流入返回管道，通過管道自流回循環(huán)水槽回流區(qū)。溢流槽設(shè)有可調(diào)擋板，通過改變擋板高度可調(diào)整水槽液位高度，從而方便自動刮板刮去水槽表面的浮渣。除渣系統(tǒng)原理如圖6所示。

圖6 除渣系統(tǒng)原理

藥劑補(bǔ)加計(jì)量泵標(biāo)定

計(jì)量泵通過可變偏心機(jī)構(gòu)原理來實(shí)現(xiàn)絮凝藥劑的定量輸送，將計(jì)量泵的泵頻和沖程調(diào)整到一定數(shù)值后，往往會因?yàn)橛?jì)量精度或維修等原因造成實(shí)際計(jì)量數(shù)據(jù)與理論計(jì)量數(shù)據(jù)偏差較大的情況而不被發(fā)現(xiàn)，從而造成絮凝劑定額補(bǔ)加差異情況的出現(xiàn)，因此，對計(jì)量泵流量定期標(biāo)定校準(zhǔn)則顯得尤為重要。以下為計(jì)量泵標(biāo)定過程和方法，計(jì)量泵標(biāo)定記錄見表3。

表3 計(jì)量泵標(biāo)定記錄

1）用量杯取一定量藥劑，并記錄體積數(shù)據(jù)a。

2）將定量泵吸口插入量杯中，并同時(shí)秒表記錄。

3）掐取整數(shù)時(shí)間t，同時(shí)將定量泵吸口從量杯中取出。

4）記錄量杯中剩余藥劑體積數(shù)據(jù)b。

5）計(jì)算定量泵流量Q=60×1000（a-b）/t。

計(jì)量泵標(biāo)定后運(yùn)行24h后按照漆霧絮凝劑添加比例的分析步驟進(jìn)行滴定驗(yàn)證，絮凝劑A、B的標(biāo)定流量滿足過噴漆霧的解黏絮凝要求。

結(jié)語

涂裝車間噴漆后處理作為一個(gè)完整系統(tǒng)，往往會因?yàn)槟硞€(gè)工藝參數(shù)的異常而產(chǎn)生蝴蝶效應(yīng)，從而影響整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行，甚至影響產(chǎn)品正常交付。通過對循環(huán)水量、藥劑類型、加藥點(diǎn)以及藥劑定額的綜合調(diào)整，結(jié)合現(xiàn)場工藝維護(hù)的提升，目前涂裝車間噴漆后處理運(yùn)行狀態(tài)良好，帶來的附加價(jià)值如下：周期性耗材的單車定額下降42%，車身漆渣缺陷下降80%，污水處理周期延長100%，工藝維護(hù)周期延長100%。隨著工藝設(shè)備技術(shù)的升級，干式噴漆室的應(yīng)用逐漸開始普及，干式噴漆室則完全杜絕了以上問題的出現(xiàn)。