汽车涂装环保型电泳系统的研究.pdf

涂装工艺 COATING PROCESS汽车涂装环保型电泳系统的研究贾永红，汪金东，许能才，黄锐，倪海华，漆书桂，李文鹏（合众新能源汽车股份有限公司，浙江嘉兴314500）Discussion on Environmental Friendly ElectrophoreticSystem for Automobile Painting摘要：主要介绍了汽车涂装环保型电泳系统，从电泳大循环系统、EDRO循环系统的运用来节约用水，减少废水排放和处理费用。结合实践对比，探讨在生产过程中电泳后EDRO槽液工艺参数的标准管控。关键词：电泳系统；EDRO系统；环保型；参数管理中图分类号：TQ639文献标识码：A文章编号：2096-8639(2023)08-0011-05Jia Yonghong,Wang Jindong,Xu Nengcai,Huang Rui,Ni Haihua,Jia Yonghong,Qi Shugui,Li Wenpeng(Hozon New Energy Automobile Co.,Ltd.,Jiaxing,Zhejiang 314500,China)0 引言汽车制造行业的不断发展，低碳、环保、智能不仅仅体现在产品上，制造过程也要做到低碳、环保、智能，而涂装工厂作为最大的能源消耗单位，怎样降低能耗是一个长久的课题。本研究主要介绍环保型电泳系统，从电泳大循环系统、EDRO 循环系统的设计、运用来节约用水、减少废水排放和处理费用，结合实践探讨在设计和生产阶段，如何从设备规划或现场改造，完成涂装电泳循环系统“零”排放，并落实运用。1 涂装电泳系统随着环保法规以及环保监督的日益严格，涂装生产的废水排放和废水处理压力日益增加。涂装领域的废水排放绝大部分来自前处理、电泳，本研究通过电泳工艺提升，降低排放，实现明显的环保效果。1.1 电泳工艺流程图 1 为传统电泳工艺流程图，大致工序由电泳浸槽、UF1 喷淋槽、UF2 浸槽、UF3 喷淋槽、纯水 1 喷淋槽、纯水2浸槽、纯水3喷淋槽、UF系统和纯水系统组成；每个槽体根据工艺时间和节拍设计槽体容量，表1 为 30JPH 的电泳系统槽体，总容量大约 500 m3。根据生产产量监控各槽液参数，制定周期性排放标准，并重新更换、配置新的槽液。电泳线主要更换纯水槽，UF和电泳主槽补加新液，定期倒槽清洗、过滤1。1.2 电泳废水量电泳大循环通过 UF 系统超滤膜过滤原漆回电泳Abstract:This paper mainly introduces the environmental friendly electrophoretic system forautomobile coating.The electrophoretic circulation system and EDRO circulation system is appliedto save water,reduce wastewater discharge and treatment cost.Based on the practical application,the standard control of the process parameters of EDRO tank in the production process is discussed.Keywords：electrophoretic system;EDRO system;environmental friendly;parameter management;涂层与防护第44卷第8期2023年8月Vol.44 No.8Aug.2023COATING AND PROTECTION11涂装工艺 COATING PROCESS主槽循环，UF液用于电泳后车身内外表冲洗，整个循环系统废水排放量基本没有；电泳工序废水主要排放为纯水工序，按照 30JPH 喷淋用水量 180 L/min 设计，直排入电泳地坑需排废处理的水量，按照每天 16 h、每年 255 d 生产计算，每年约排放 44 064 m3纯水，造成严重的能源浪费和废水排放。2 电泳EDRO系统按照电泳 UF 系统过滤原理，对 UF 液中成分进行分解、化验，发现需要分离超滤液中的树脂、二价盐、有机物等不可挥发对象，其中小分子有机溶剂主要靠分子与膜表面/膜孔内的羟基/氨基形成氢键的阻碍作用实现分离。表 2 通过对不同分离精度膜组的验证和实验以及各膜组过滤和切割对应相对分子质量对比，最终选用耐污染低脱盐率的低压RO膜；通过对电泳超滤液进行脱盐、去除部分有机物的纯化处理，EDRO 滤液能较好地代替 RO 纯水，有效降低了电泳废水的排放，图 2 EDRO 系统的运用理论上可做到电泳后冲洗废水的零排放（存在倒槽、维护、工艺控制等少量排放）。EDRO设备的应用使汽车涂装电泳线纯水用量大大减少，从技术上突破了电泳系统废水“零”排放的目标，减少废水处理量的负荷，保障了电泳线循环系统用水资源的自给自足，而且提高了电泳涂料的利用率，电泳漆回收可达 99%以上。电泳漆超过滤（UF）+反渗透过滤（RO）两级系统的过滤技术，水质标准满足电泳后车身清洗的工艺要求，从化验室模拟实验和实际应用过程中效果跟踪结果表明，冲洗后的电泳车身质量满足工艺和生产要求；过程跟踪中主要存在的问题是随着生产产量的连续提升，车身 UF 液带入纯水槽量发生变化，同时槽液电导率会有所提升，需要补加二级纯水进行部分置换，确保槽液电导率在工艺标准范围内，保障电泳后车身的清洗效果。表2 不同分离精度膜组及过滤和切割对应相对分子质量对比Tab.2 Comparison of membrane groups with differentseparation precision3 电泳设备效果对比EDRO系统的运用大大降低电泳工序的废水排放量，主要从设备规划设计前期和设备后期改造两方面膜的分类微过滤膜（MF）超过滤膜（UF）纳滤膜（NF）反渗透膜（RO）分离精度/m0.11.00.010.10.0010.010.001过滤和切割对应相对分子质量/千道尔顿15050010030011500.1序号12345678电泳工艺槽体容量工序电泳主槽UF1喷淋清洗UF2浸洗UF3喷淋清洗纯水喷淋（纯水1）纯水浸槽（纯水2）纯水喷淋（纯水3）合计槽体容积/m3250119511119511484处理方式喷浸喷淋喷浸喷淋喷淋喷浸喷淋图1传统电泳工艺流程图Fig.1 Traditional electrophoretic process flowchart表1 30JPH电泳系统槽体容量Tab.1 Capacity of 30JPH electrophoresis system tank贾永红，等：汽车涂装环保型电泳系统的研究12涂装工艺 COATING PROCESS增加系统，做到电泳系统“零”排放。3.1 设备规划涂装设备规划设计前期考虑 EDRO 设备布局和配置，与电泳大循环系统并联成一个循环系统，EDRO完全替代纯水喷淋，对应的电泳UF超滤量需加大，满足 EDRO 设备的消耗。图 3 为 EDRO 系统，主要由EDRO膜组、EDRO水箱、水泵、管路及控制系统组成，设备布置时可考虑电泳后喷淋槽底部平台，增加设备空间利用率。图2EDRO系统工艺流程图Fig.2 EDRO system process flow chart图3 30JPH EDRO系统Fig.3 30JPH EDRO SystemEDRO系统设计的工艺要求主要包括以下几个方面。（1）系统的稳态出水量要大于纯水喷淋流量，一般考虑到喷淋流量的调整和 RO 膜组效率的降低，系统出水量设计是喷淋流量的1.5倍。（2）再 生 纯 水 电 导 率 一 般 控 制 在 100 S/cm（25）以下，以满足电泳后超滤液喷洗和再生纯水喷洗的清洗效果，保证电泳车身浮漆清洗干净。（3）电泳线全套槽体及水箱液位采用自动控制。液位过高时，溢流或补充至对应槽体内，EDUF 和EDRO 设备需保证 24 h 不停机状态，如临时停机可通过水箱内液体补充喷淋和溢流，确保整个系统闭路循环自动控制。（4）整个系统设备采用自动控制，包括液位、电导率、pH及水泵流量和压力的自动检测，数值显示需上传至中控系统，设置超限报警系统。按照图3进行EDRO设备的设计、规划，30JPH产线年节约纯水约为44 064 m3。3.2 设备改造批量生产汽车涂装线如需增加 EDRO 系统，需要考虑电泳后纯水喷淋总量、设备安装空间以及现有超滤UF系统超滤液的增容，同时要考虑现有超滤水泵、管路、水箱和增容设备的空间布置是否满足要求；增加了一套反渗透“EDRO 系统”后，将 UF 液进行深度处理，产生的再生纯水用于NO.6喷淋工位，喷淋后的水全部逆向返回 NO.5 纯水浸槽、NO.4 喷淋槽、UF3、UF2、UF1 及电泳槽，实现了有效的闭路清洗、循环系统。同时考虑 EDRO 水箱容量的大小，可通过液位自动控制的方式直接将水送至NO.5纯水浸槽或UF3，保证非生产期间系统的闭路循环。图4为某汽车主机厂现场增加 EDRO 系统改造前后的对比，通过 3 个月的设备运行、跟踪，结果表明，设备超滤膜流量稳定，流贾永红，等：汽车涂装环保型电泳系统的研究13涂装工艺 COATING PROCESS量、电导率都在设计指标内，达到节约用水的效果。3.3 EDRO系统安装与调试EDRO系统安装与调试困难点主要是电泳系统槽子之间的液位平衡。特别是调试初期，槽液调整有一定的难度，需要专业人员逐步调整趋于稳定；现场调试通过逆工位溢流及喷淋两种方式实现液位的平衡，后工序液位要高于前工位 35 cm，确保电泳主、副槽图4某汽车主机厂现场增加EDRO系统改造前后对比Fig.4 EDRO system before and after modification液位差控制在 810 cm，保证电泳表面流速的情况下，能及时消除槽液表面的气泡2。3.4 EDRO槽液工艺参数电泳后纯水喷浸工序主要对电泳后的车身进行冲洗，工艺控制参数项目主要分为pH和电导率，而传统的电泳工艺和 EDRO 工艺控制的项目基本一致，工艺参数标准范围有所不同。表3为4个主机厂工艺参数标准范围和现场实际值对比，从表 3 可以看出，EDRO 工艺电导率较传统工艺标准范围及实际值都高，但整体冲洗效果正常，不影响电泳车身质量控制，无冲洗不净引起的车身质量问题。表3 4个主机厂工艺参数标准范围和现场实际值对比Tab.5 Comparison between standard range of process parameters and actual field values of 4 factories工艺参数pH电导率/（Scm-1）传统工艺1范围6750实际值6.130传统工艺2范围5.8750实际值610EDRO 1范围4.57400实际值4.580EDRO 2范围57150实际值5.2703.5 EDRO应用过程中注意事项EDRO 系统应用的成功与否，不仅关乎设备本身的设计和控制，与电泳线的输送方式、车身结构形式都有很大关系。输送方式的不同，车身结构的不同，导致各槽体工位沥水效果有所差异，影响对后道工序槽液的污染程度，最终影响电泳后车身的清洗和质量。以下为应用过程中常见的注意事项。（1）EDUF 和 EDRO 系统具备整套膜组和单支膜组正反清洗功能，单支膜组清洗时不影响系统的正常运行，清洗水箱可自动或手动加料。（2）生产过程中各槽液参数需定时检测、化验，并设置工艺参数标准。检测项目、检测频次、参数控制范围均需纳入工艺文件，作为指导现场操作的技术文件，同时明确各参数发现异常时的处理措施，形成指导文件闭环。贾永红，等：汽车涂装环保型电泳系统的研究14涂装工艺 COATING PROCESS（3）生产期间重点关注各槽液及水箱液体生菌现象。菌体会导致EDUF和EDRO系统的瘫痪，影响超滤液和再生纯水的制水量，堵塞膜组并影响整个电泳系统。所以作为重点关注事项，并定期检测，特别是停产期间需将膜组加药剂清洗，根据停产时间的长短决定膜组是否用纯水封存，保证膜组湿润不影响再次使用。（4）车型内腔底板设计结构、四门工装开启角度影响着车身沥液效果；各槽体间避免槽液带入后道工序的风险；步进式输送可考虑增加沥液时间解决；连续式输送可通过增加槽体间距解决。改造线体无法避免的可通过车型设计时底板结构增加沥液孔和四门工装长度加长解决，最终目的避免槽体间窜液的风险，避免后道工序槽液污染，影响电泳车身的清洗效果。（5）EDUF 和 EDRO 设备采用全自动化控制，24 h按频次点检，监控设备运行的状态，避免设备停机造成电泳整个循环系统液位的失衡，影响电泳漆固体分等参数指标，造成成本上升。4 结语随着汽车涂装车身质量的不断提升，车身防腐性能一直是质量的基石。各大涂料厂推广的高泳透力、超高泳透力、高光泽电泳漆，保证了车身的防腐性能，而电泳的节能减排一直是各汽车主机厂忽略的问题。电泳 EDRO 系统的应用及管理，完成涂装电泳循环系统“零”排放的目标，真正做到了低碳、环保、智能。参考文献1王锡春.涂装车间设计手册（第二版）M.北京:化学工业出版社,2013.2朱孝鹰.EDRO 系统在电泳生产线上的应用J.汽车材料与涂装，2017(23):55-57,74.（上接第10页）阳江基地的涂装应用结果显示，某国产品牌风电防腐涂料防腐性能满足海上风电设施防腐涂料防护标准和规范，施工性能满足涂装施工性能要求。某国产品牌防腐涂层体系在海上风电领域的应用打破了国外涂料公司在海洋环境“高湿、高盐及高温（低纬度海域）”长效防腐涂层配套体系技术产品领域的技术和市场垄断，推动了海上风电防腐涂料的国产化进程。参考文献1时士峰,徐群杰,云虹,等.海上风电塔架腐蚀与防护现状J.腐蚀与防护,2010,31(11):875-877.2王芳.海上风电塔筒 全副武装防腐蚀J.风能,2022(1):30-33.3郭峻嘉,车汉生,王志敏,等.海上风电涂料防腐蚀性能的研究J.环境技术,2015,33(4):18-22.4王芳.麦加涂料为风电再造“新绿”J.风能,2020(10):32-34.5崔立川,吴云青,苏萌,等.海上风电钢制基础的防腐质量控制分析J.风能,2014(5):102-105.6陈川,黄海军,王俊,等.我国湿热海上风电大气区金属重防腐涂料的性能研究J.装备环境工程,2015,12(4):89-94.（上接第4页）参考文献1李世涛,兰旭,赵大伟，等.某海上油田防垢剂性能研究及评选J.全面腐蚀控制,2013,27(12):67-69,72.2宋良业,王大卫,张磊,等.油田某区块结垢预测及阻垢剂性能评价J.化学工程师,2020(7):47-50.3徐军,陶荣德,李养池,等.油田结垢机理及阻垢剂评价方法探讨J.广州化工,2013,41(16):18-19,31.4张伟国,金颢,杜庆杰,等.LH 某油田采出水结垢预测及阻垢剂性能评价J.石化技术,2021,28(9):98-102.5程耀丽.海上油田注水系统防垢剂效果评价及应用J.天津化工,2020,34(6):35-37.贾永红，等：汽车涂装环保型电泳系统的研究15