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汽车涂装清洁生产专题(二)
2015-11-05 浏览次数:945
3)汽车涂装清洁生产的历史沿革背景,以及国外现状和国内现状
  * 历史沿革背景,为什么针对汽车涂装清洁生产?
  汽车工业是国民经济发展的重要支柱产业之一。近年来,汽车工业以较快的速度稳定发展,但是,许多汽车制造企业的生产发展已受到环境的制约。因此,更新观念、转变传统的思维方式、推行清洁生产是大势所趋。
  汽车车身涂装车间是汽车制造业的耗能大户,其能耗占车厂总能耗的55%(冲压7%、车身焊装12%、总装13%,厂房办公室13%)和占生产制造工艺消耗的73%(白车身制作和总装的能耗分别占17%和10%)。
  汽车涂装的发展历程是:强化防锈技术措施(延长车身使用寿命), 随后提高外观装饰性(如鲜映性、耐酸雨性, 耐划伤性等), 20世纪90 年代削减VOC(挥发性有机化合物), 现今世界上要求VOC、CO2、成本和品质等4方面同时兼顾。
  欧美汽车工业早在10多年前已完成汽车涂料、涂装的第三次更新换代(汽车涂料实现水性化或固体份化)。
  我国自1956年第一辆国产汽车驶下总装配生产线以来,经过近60年的发展,我国汽车工业取得了飞跃的发展,2013年我国汽车产量突破2000万辆,汽车产量连续五年位居全球第一。随着我国汽车产量的飞速增长,整个汽车产业链的能耗、物耗以及污染物的产生量也在急剧增加,其中涂装工艺环节尤为明显。 涂装生产线是汽车生产中投资最大、工艺要求最高的生产线,同时也是能耗、三废排放量最高的工艺生产线,水电消耗占据了整个汽车生产的60%以上,产生的大量污染物对环境的影响也日益严重。
  受当今环境保护要求的制约,汽车涂装生产相关企业可能因涂装生产过程中带来环境污染问题陷入困境进而限制企业的发展。因此改变观念、转变传统思维方式、实施清洁生产,加快技术创新,从源头削减能耗、物耗与污染物产生,加强产品生产全过程和生命全周期的控制,使经济与环境协调发展,是企业可持续发展的需要,也是企业社会责任的体现和发展低碳经济的必然趋势。
  国外公司的涂装能耗情况<均以CO2排放量(kg.CO2/台)计>:
  德国杜尔公司:涂装能耗占汽车生产总能耗的70%,零部件制造占19%,装配占11%。
  意大利GEICO公司:涂装车间能耗占整个汽车生产70%的电能和80%的热能,汽车涂装产生CO2 235kg/台。 
  日本大气社:2000年年产24万台轿车车身的涂装车间,年排出CO2 4万多t,车身涂装产生CO2 169.6kg/台。
  据日刊《涂装技术》最新报道:日本汽车涂装在节能减排方面又取得较大进步,2012年后的中期目标为100kg/台。
  国内公司的涂装能耗情况<均以CO2排放量(kg.CO2/台)计>:
  丰田汽车公司:发展规划2010年后的车身涂装CO2排出量为45kg/台。 
  一汽大众公司:1#和2#轿车车身车间2009年度能耗和CO2排出量。CO2排放量1#车间为192.0kg/台,2#车间为232.2kg/台。
  广州本田公司:2007年车身涂装能耗为电150kW·h/台,LGP15kg/台,换算成CO2排出量为128.55kg/台。 
  上海临港涂装线:2009年一季度单台车身涂装能耗为电285.6kW·h;热水2.35×106kJ,天然气32.7m3,换算成CO2排出量为392.628kg/台。
  一气丰越3C1B水性涂装线,电254KW/台,天然气48.8m3/台,换算成CO2排出量为244.8Kg.CO2/台,能源成本400元/台,耗水2.54T/台。
  华晨宝马公司(BBA)铁西涂装车间总能耗为500KW/台,水消耗为0.42m3/台。
  四川汽车工业集团绵阳汽车制造有限公司2015年1月份至4月份的能耗情况:涂装能耗占总能耗的68%,单位涂装能耗为952元/单台车辆。
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参考资料:
  论文:汽车涂装行业清洁生产评价指标体系研究
  论文:浅谈汽车涂装清洁生产的应对措施
  论文:我国汽车涂装的现状及发展趋向
  论文:汽车涂装实施清洁生产的途径
  论文:我国汽车节能减排对策研究
  论文:基于清洁生产的中国汽车产业竞争力研究
  资讯:汽车涂装的清洁生产
  期刊:涂料十年-之七  汽车涂装涂料技术飞跃进步的十年
  期刊:汽车行业节能减排的国际差距
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  * 国外节能减排技术应用
  薄膜型涂装前处理部分(汽车车身CED涂装前处理工艺的绿色革命):凯米特公司膜前处理产品型号为OxsiLan,OxsiLan革新有DS9830、9831、9832三个品种,在与CED涂料配套(改善泳透力)和冷轧板的耐腐蚀性能方面有改善;PPG和上海通用公司锆系薄膜前处理工艺,上海通用北盛III(SGM Norseom III)的涂装工艺:薄膜前处理++超高泳透力CED涂装+水性3C1B紧凑型面漆涂装;日本帕卡产品为锆盐转换膜;汉高播磨转化膜处理工艺;Geico公司给观致装备的顶级处理工艺:薄膜前处理(Tectalis)+超高泳透力CED涂料(PPG)+双底色(B1.B2)紧凑型面漆工艺。
  阴极电泳涂装部分:日本丰田汽车公司选用新开发的泳透力67%(G/A=10微米/15微米)的CED涂料替代原来的泳透力43.5%(G/A=10微米/23微米)的CED涂料,不仅提高了车身内腔表面泳涂质量,而且还削减CED涂料消耗22%,获得降低CED涂料成本10%的成果。杜邦公司新开发的ES27 高泳透力CED涂料,泳透力达60%(G/A=9微米/15微米,四枚盒法),外观更平滑,具有较宽的烘干窗口和与新型薄膜前处理配套性良好,具有较大幅度削减CED涂料用量、能耗和降低电泳涂装成本的效果。
  杜尔的Eco+Paintshop可持续发展涂装车间处于市场领先地位,并且整个Eco+Paintshop涂装车间的生产制造都由杜尔负责。
  采用EcoDryScrubber进行过喷漆渣干式分离,整个过程无需水和化学物质,喷漆室横截面更小,或在预处理过程中通过Ecopaint RoDip旋转侵涂工艺减小空间和侵槽的体积。系列先进技术的采用,可将整个涂装车间的耗水量减少近60%,用水减少后,排水量也相应减少了。废水量甚至达到了最小值。
  杜尔开发了一款EcoBell3高速旋转雾化器,这种雾化器技术简单,但性能更高,不仅可以减少油漆换色的损失,缩短换色的时间,而且能不断满足工艺发展的新要求。
杜尔有一款EcoLCC换色器,可以减少油漆损失,每次换色小于10~15ml,改善了材料的平衡利用。
  杜尔的高性能热能收集器却能够提供比烘房所需的220℃更多的能量。
  日本帕卡公司开发了预处理、电泳无排水处理系统,如图1 所示。通过反渗透技术、蒸发技术使水得到循环再利用,从而达到废水排放量为零的目标。
  凯密特尔开发的硅烷技术为无磷酸盐和无重金属的最新预处理技术,已开始在家电及零部件涂装线上得到应用,并纳入2010 年轿车涂装工艺更新规划。
  硅烷技术可替代传统的表面调整、磷化及钝化工艺,是预处理技术的最新发展方向。它采用
OXSILAN 超薄有机涂层替代传统的结晶型磷化保护层,在金属表面吸附了一层超薄的类似磷化晶体的三维网状结构的有机涂层,同时在界面形成的Si—O—Me 共价键(其中:Me= 金属)分子间力很强,与金属表面和随后的油漆涂层形成良好的附着力。它具有环保、节能、操作简便、成本低等磷化技术无可替代的优点,而且还可省略表调和钝化步骤,缩短处理时间。
  目前硅烷技术在欧美已开始在普通工业,如家用电器、汽车零部件、机械及电信设备等领域得到应用,将逐步取代铁系和锌系磷化。2005 年开始分别在宝马、奔驰、大众、奥迪、雷诺、欧宝等汽车公司进行整车和零部件的测试。Chemetall 公司已在亚洲包括中国从家用电器领域开始推广硅烷技术。
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参考资料:
  论文:绿色薄膜型前处理工艺
  论文:汽车清洁涂装新技术的应用发展
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  * 推进我国节能减排技术应用
  国内汽车涂装清洁生产的现状:近年来引进建成的几个轿车车身涂装车间达到欧洲先进的绿色涂装车间(Eco+paintshop)水平。各汽车公司新建了几十条汽车车身涂装线和塑料件 (如保险杠) 涂装线,采用了国际上最新涂装工艺技术和涂装设备,随着环保意识的提高,自2004年起开始采用水性中涂和水性底色漆,替代溶剂型涂料,今已有近30条车身涂装线实现水性化。近1~2年新建的和正在筹建JPH30~60台/h的都采用最先进的绿色涂装工艺技术和水性汽车涂料。例如2013年7月10日投产的华晨宝马公司(BBA)铁西涂装车间达到可持续的能耗环保先进指标。可是发展不平衡,国内大多数车身涂装线还是采用有机溶剂型涂料和4C4B老工艺,VOC排放量100g/m2以上,每台车身涂装CO2排放量200-300kg/台(日本先进水平100kg/台),耗水总量超过1000L/台。
  骨干汽车公司的轿车车身涂装工艺水平和涂装质量已与国际水平全面接轨,涂装工艺装备世界一流,甚至比西方汽车大国还先进;并向环保、节能减排全面达标、汽车涂料低VOC化(水性化)的绿色涂装迈进。 
  汽车用涂装材料(涂料和漆前处理材料等)的品种、性能和涂层质量也与国际市场接轨,轿车用OEM涂料供应几乎被跨国涂料公司在华的独资、合资公司所垄断。20世纪80年代的汽车涂料国营厂家萎缩或解体,现今上海、天津和民营(双虎、维新、中山、科瑞达、金力泰、优立等)汽车涂料制造厂家的产品约占汽车涂料市场的20%~30%份额,主要供应商用车、客车、经济型轿车、农用车、零部件等涂装领域的OEM用涂料。
  漆前处理工艺低温化,快速化和无磷化,在家电、汽车零部件涂装工艺中已采用多年,车身涂装已开始使用;改善汽车用涂料的固话性能,烘干低温化,快速化,我国已使用相关产品;塑料涂装前处理采用干冰雪喷洗技术替代现用的脱脂、水洗、烘干、冷却工艺,国内也有干冰清洗的专用公司;我国已有10多条轿车车身涂装线采用了滚浸式输送机;智能化监控系统,新引进车身涂装线已采用。
  与国外先进水平相比,存在的差距:
  (1)在环保、节能减排、清洁生产方面存在较大差距。很多涂装线的单位涂装面积的耗能量、耗水量和涂装材料耗用量都偏高,有的涂装线VOC排放量、能耗(CO2排放量)、耗水量是先进水平的好几倍。
  (2)发展不平衡,工艺水平相差很大。有的公司白车身表面质量差,还靠刮腻子来消除缺陷;有的涂装车间管理还很粗放,一次合格率低;设备开工率和有效利用率低,能耗大,涂装公害较严重。
  (3)近年新引进的车身涂装线都已经采用“三湿”喷涂技术,但80%以上的车身涂装线仍为3C2B工艺。
  (4)高泳透力CED涂料已开始采用,地沉降型尚待开发。
  (5)现今采用机器人喷涂车身外表面、手工喷涂内表面结合方式为主,全自动的有几条。
  (6)热泵技术的能效高(尤其在热.冷能同时使用场合)是涂装工程的节能减排、削减CO2排放量的先进环保技术,国内也在开发应用中。
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参考资料:
  报道:车身涂装工艺的清洁化生产
  期刊:增强创建绿色涂装车间的责任感
  论文:我国汽车涂装与汽车涂料的现状及发展趋势
  论文:汽车涂装节能减排的新工艺技术
  论文:浅谈汽车涂装节能减排技术的应用
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4)汽车清洁生产政策法规

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5)政策法规解读
  就目前了解的情况分析,政策法规包含了技术规范,生产标准,安全规程这几个方面。下面是主要内容说明:
  GB 14444-2006涂装作业安全规程喷漆室安全技术规定:主要是规定了涂漆工艺中各类喷漆室的通用安全技术要求。本规定适用于使用易燃或可燃涂料喷漆室的设计、制造、安装、检验、使用、维修和监督管理。使用水性涂料的喷漆室可参照执行。
  HJT 293-2006清洁生产标准 汽车制造业(涂装):适用于汽车制造企业(涂装)的清洁生产审核和清洁生产潜力与机会的判断、清洁生产绩效评定和清洁生产绩效公告制度。
  1.术语和定义:对清洁生产,涂装,污染物产生指标进行了定义。
  2.技术要求:
指标分级:将汽车制造业(涂装)生产过程清洁生产水平分为三级技术指标。
指标要求:生产工艺与装备要求;原材料指标;资源能源利用指标;污染物产生指标;环境管理指标这几个指标和相关三级标准规范。
  3.数据采集和计算方法。
  涂装行业清洁生产指标体系-初稿评审
  i.除HJT 293-2006规范包含的几个专业术语之外,还包括清洁生产评价指标体系,综合能耗,字标基准值等其他术语。
  ii.评价指标体系:指标选取说明,指标基准值及其说明,指标体系说明。
  iii.评价方法:等级划分以及清洁生产企业的评定要求。
  iv.指标解释与数据来源:包括指标解释和数据来源部分。
  HJT 407-2007建设项目竣工环境保护验收技术规范 汽车制造:规定了汽车制造业建设项目竣工环境保护验收工作范围确定、执行标准选择的原则;工程及污染治理、排放分析要点;验收监测布点、采样、分析方法、质量控制及质量保证、监测结果评价技术要求;验收调查主要内容以及方案、报告编制的技术要求。本标准适用于汽车制造业新建、改建、扩建项目竣工环境保护验收工作。机械制造业的其它建设项目可参照本规范执行。
  GB 6514-2008涂装作业安全规程 涂漆工艺安全及其通风净化:规定了涂漆工艺及其通风净化的安全卫生技术要求。本标准适用于涂漆工艺及其通风净化系统的设计、安装及使用。桥梁、建筑物、大型储罐、船舶等大型构件的室外涂漆工艺的通风净化亦可参照使用。
  GB 7692-2012涂装作业安全规程 涂漆前处理工艺安全及其通风净化:规定了徐漆前处理工艺及其通风净化的通用安全技术要求。本标准适用于涂漆前处理工艺及其通风净化系统的设计、安装、验收及使用。
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