涂装车间后处理循环水除渣效果调节改善的研究

裴一庆，陈睿，许能才，胡建国，李文鹏，王兵，贾永红

合众新能源汽车股份有限公司 浙江嘉兴 314500

喷漆室承担着工件外表涂漆的重要角色，随着科技的发展，喷漆作业实现的方式更多向着自动喷涂的方向发展，不管是哪种喷漆作业方式，油漆吐出量都不是百分百利用到工件上，部分过喷油漆会随着排风系统进入到漆雾处理系统。对于过喷油漆的处理主要考虑两个方面，一种是漆雾颗粒，另一种是VOCS，本文主要讲述漆雾颗粒处理过程中实际遇到的一些现场问题及改善方向的研究。

文丘里喷漆室循环水从两侧溢流槽流至文氏口，使其表面形成一层连续的水膜，漆雾接触水膜被带入水中，同时在抽风力的作用下，空气按文丘里原理扩散，使水在文氏口雾化成微细滴，将剩余的漆雾进一步吸附，成为含漆雾的水滴与空气的混合物。这种混合物经过文氏口的档板时，由于形成了气压差，促使空气与含漆雾的水滴分离，空气随排风道被排出，水流回循环水槽进行脱漆除渣后循环使用。目前循环水的脱漆除渣方式主要为药剂絮凝上浮和机械打捞刮渣，解黏剂和絮凝剂根据油漆过喷量和实际产量按照一定的比例进行定量补加，以达到漆水分离的效果，上浮的漆渣经过除渣泵打入刮渣槽内，完成持续药剂反应后进行收集。

循环水中的漆雾去除不彻底将会对生产线的运行甚至工艺参数带来严重影响，通常会形成以下恶性循环连锁反应，如图1所示。生产现场照片（见图2）显示设备生产条件已严重恶化，通过分析得出，影响喷漆室过喷漆雾处理效果主要有以下几方面因素：第一，循环水量（水空比）；第二，药剂类型、添加比例；第三，除渣系统设计；第四，药剂补加计量泵标定。正文对以上四个主要影响方面，结合现场实际情况进行分析解决。

图1 恶性循环连锁反应

图2 生产现场

循环水量的分析

水空比是衡量湿式喷漆室性能的一个重要参数指标，是指送排风量和供水量的重量比。总供水量只有达到一定的量才能对含漆雾空气起到很好的包裹洗涤效果，总供水量一般采用水空比法进行选择计算：

式中G——总供水量，单位为m3/h；

Q——喷漆室的总排风量，单位为m3/h；

e——水空比，单位为kg/m³，文丘里喷漆室一般取3～3.3；

ρ——空气密度，取值1.2kg/m³。

通过对现场设备参数的调查，结合工艺送风风速的计算风量，得出水空比的设计匹配合理性，循环水、送排风参数见表1。

表1 循环水量、送排风量参数

计算得出B C段水空比e1=2.52，C C段水空比e2=2.799。从数据上看，BC段和CC段水空比均小于下限值3，所以，为了保证漆雾洗涤效果，必须从源头出发，保证循环水供水量。采购2台500m3/h的水泵安装在BC段，将BC段更换下了的2台400m³/h的水泵更换到CC段，则改造之后的BC段和CC段的水空比分别为3.15和3.39，满足文丘里喷漆室的水空比设计要求。

漆雾絮凝剂的分析

絮凝漂浮漆渣固液分离是目前涂装车间喷漆循环水处理最主要的方法，絮凝剂主要分为化学絮凝和物理絮凝两种。涂装车间漆水分离絮凝主要采用的是物理絮凝的原理，有机高分子絮凝剂去除水中胶体粒子分为以下4个过程步骤：压缩双电层、电性中和、吸附桥架及网捕—卷扫。

漆雾絮凝剂由絮凝剂A和絮凝剂B组成，絮凝剂A的主要作用是“捕捉”过喷油漆，包裹穿透漆滴破坏功能基团，从而使油漆消黏上浮；絮凝剂B“聚集”被消黏的漆滴，形成较大基团，在絮凝过程中增强机械脱水率效率，降低漆渣含水量，中和系统电荷，维持系统离子平衡。

1.漆雾絮凝剂类型的选择

机器人高压静电喷涂雾化器装置带高压负电压为负电极，油漆车身通过良好的接地为正电极，漆雾离子在两极间的静电界带负电荷，有效涂覆在带有相反电极的车身表面。为了验证不同电荷类型的絮凝剂是否和絮凝效果存在强相关的联系，取相同A剂、不同B剂（分别为PS-37B阳离子型和PS-34B阴离子型），分别进行絮凝效果验证，絮凝剂类型验证过程如图3所示（加入0.5mLB剂，37B槽液明显比34B更加清澈，37B的漆渣尺寸大于34B槽液；加入1.0mLB剂，槽液油漆已经完全解黏上浮，37B的漆渣尺寸大于34B槽液）。

图3 絮凝剂类型验证过程

1）根据现场实际情况核算加药比例：200mL水，0.3mLA剂，pH调整至9.0（片碱）。

2）在上述样品中加入0.25mL清漆，充分搅拌均匀。

3）分别依次加入不同类型絮凝剂：0.5mL、1.0mL。

4）观察样品清澈度，漆渣悬浮状态。

验证结论，絮凝剂B电荷类型对漆雾固液分离的效果起着关键作用，阳离子型B剂更适用于生产现场。

2.漆雾絮凝剂添加比例的分析

通常，漆雾絮凝剂的补加量和油漆上漆率（或过喷量）存在直接关系，漆雾絮凝剂定额设置不准确会带来严重影响。定额设置偏低，油漆解黏、絮凝不彻底，循环水中的黏性油漆黏附在管道内和淌水板上，打破整体的漆雾补集平衡，影响生产；定额设置偏高，最直观的影响是带来药剂成本和单车成本的升高，其次，过量的A、B剂会发生自身反应，影响解黏絮凝效果。为了验证原定额的合理性，进行以下验证，絮凝剂A定额验证过程如图4所示，絮凝剂B定额验证过程如图5所示。

图4 絮凝剂A定额验证

图5 絮凝剂B定额验证

1）取清漆回收口循环水，验证A剂补加量及脱黏效果；取清漆给水口循环水，验证B剂补加量及絮凝效果。

2）用pH计和电导率仪测量循环水pH值和电导率值。

3）回水口槽液依次分别添加1mL、2mL、3mL、4mLA剂，检测槽液中A剂量是否不足。

4）送水口槽液依次分别添加1、2、3、4mL B剂，检测槽液中B剂量是否不足。

涂装车间喷漆工艺采用B1、B2水性漆工艺，车身内喷采用手工喷涂，车身外喷采用机器人喷涂。根据不同的作业方式，上漆率存在差异，结合产品喷涂面积及油漆定额，计算单台落漆量，以及絮凝剂实验室数据。水性漆黏性较低，A剂添加比例按照15%，B剂按照20%进行定量补加；油性漆黏性较高，A剂添加比例按照20%，B剂按照15%进行定量补加，pH值调节剂以及消泡剂根据现场实际情况适量添加。另外，为了维持槽液的平衡，新配槽A剂一般按照1‰～1.5‰进行开槽，表2为漆雾絮凝剂定额计算表。

表2 漆雾絮凝剂定额

除渣系统的分析调整

除渣系统分三个功能设置，分别为循环水功能、加药功能和浮渣刮渣功能，其中循环水槽沿着水流方向依次分为回流区、漂浮区、自动堰区和水泵区4个区域。回流区为喷漆室循环水回水汇流区，水流湍急，药剂易于反应，此区域适合选取作为B剂的补加区域；漂浮区作为漆渣上浮凝块的主要区域，是整个循环水系统中最长的区段，此区段要求循环水的流速控制在0.7m／min左右，停留时间10min左右，已保证足够的反应和上浮效果；自动堰区设置在循环水槽过滤网前面，紧挨水泵区，槽内设有浮筒连接溢流堰。该浮堰可随液面上下自由浮动，通过位于槽内的抽渣泵吸口（T形管）的抽吸作用，使自动堰槽与相邻区域形成至少300mm 的液位差，从而保证表面漂浮的漆渣流入自动堰槽内；水泵区主要为喷漆室循环水供水功能区，设置在滤网后面，对循环水泵起到一定的保护作用，水泵处流速较快，且供水用到喷漆室文丘里结构进行漆雾补集，所以供水要具备漆雾的消黏作用。因此，水泵入口适合选为A剂的补加区域。

浮渣系统由抽渣泵、浮渣槽、刮渣机组成，抽渣泵通过自动堰区和过滤网后水泵区内的T形管，将浮渣打入浮渣槽内，浮渣槽的进水口设置在槽底，通过水的翻涌加速药剂和漆渣的反应上浮速度，为了保证循环水中的除渣效果，一般会在除渣泵出口增加一处B剂补加口。浮渣槽包括漆渣收集槽和溢流槽两部分，两槽之间的隔板离水槽底部应有一定的间隙（为防止漆渣淤积，至少 400mm）。抽渣泵供水管应设计成 1 个T形管，带两个向上 45°度角的弯头，可引导进入水槽的漆渣迅速漂浮到漆渣收集槽。清液则通过隔板底部的间隙进入溢流槽内，然后流入返回管道，通过管道自流回循环水槽回流区。溢流槽设有可调挡板，通过改变挡板高度可调整水槽液位高度，从而方便自动刮板刮去水槽表面的浮渣。除渣系统原理如图6所示。

图6 除渣系统原理

药剂补加计量泵标定

计量泵通过可变偏心机构原理来实现絮凝药剂的定量输送，将计量泵的泵频和冲程调整到一定数值后，往往会因为计量精度或维修等原因造成实际计量数据与理论计量数据偏差较大的情况而不被发现，从而造成絮凝剂定额补加差异情况的出现，因此，对计量泵流量定期标定校准则显得尤为重要。以下为计量泵标定过程和方法，计量泵标定记录见表3。

表3 计量泵标定记录

1）用量杯取一定量药剂，并记录体积数据a。

2）将定量泵吸口插入量杯中，并同时秒表记录。

3）掐取整数时间t，同时将定量泵吸口从量杯中取出。

4）记录量杯中剩余药剂体积数据b。

5）计算定量泵流量Q=60×1000（a-b）/t。

计量泵标定后运行24h后按照漆雾絮凝剂添加比例的分析步骤进行滴定验证，絮凝剂A、B的标定流量满足过喷漆雾的解黏絮凝要求。

结语

涂装车间喷漆后处理作为一个完整系统，往往会因为某个工艺参数的异常而产生蝴蝶效应，从而影响整个系统的运行，甚至影响产品正常交付。通过对循环水量、药剂类型、加药点以及药剂定额的综合调整，结合现场工艺维护的提升，目前涂装车间喷漆后处理运行状态良好，带来的附加价值如下：周期性耗材的单车定额下降42%，车身漆渣缺陷下降80%，污水处理周期延长100%，工艺维护周期延长100%。随着工艺设备技术的升级，干式喷漆室的应用逐渐开始普及，干式喷漆室则完全杜绝了以上问题的出现。