整车涂装生产线工艺规划对配套设施的要求.docx

整车涂装生产线工艺规划对配套设施的要求洪 慧 （上海市机电设计研究院有限公司，200040）涂装生产线的工艺规划是汽车整厂设计中的重要环节。根据被涂物的特点、涂层标准、生产纲领、物 流、用户的要求和国家的各种法规，结合涂装材料及 能源、资源状况等设计基础资料，通过涂装设备的选 用，经优化组合多种方案，确定切实可行的涂装工艺 和设备布置，并对总厂区布置、涂装厂房设计、公用 动力设施、消防措施、物流、人员配置、通讯等都应有 明确的指导和要求。本文着重就整车涂装生产线工艺规划和主要设 备的特点，探讨其对相关土建、公用动力配套设施的 要求。大型整车涂装生产中前处理、电泳线、密封胶线、中间涂层、面漆涂层均单独成线。根据各工序的不同 要求，采用悬挂和地面输送结合的混合运输方式，同 时需考虑到多车型的柔性化生产需要。产量较大的生 产线，采用多层立体结构布置，将冷热区域、干湿区 域、洁净和污染区域分开设置，使危险区域、人员操 作区域相对集中，并辅以自动的消防及环保措施。投 资较大的先进生产线，自动化程度高，大量采用机器 人操作，可减少污染区域对人的影响。某整车厂 3c3b 工艺流程见图 1。1 整车涂装生产线工艺规划特点根据不同涂装工艺的特点，可以明确涂装生产线的工艺需求，化学药剂及涂料的选取，以及设备防爆、 消防、环保的特殊要求，对建筑结构、电气、公用动力、 消防、环保、物流、通讯等有针对地进行设计。就整车涂装生产线而言，涂装生产线对被涂装车 身进行喷涂前处理，并形成与涂层结合良好的表面， 通过多道涂层的喷涂，烘烤成膜，达到色彩丰富，且 耐腐蚀、抗紫外线等物理、化学性能良好的车身表面， 辅以隔音、防石击喷涂、注蜡等工序，改善车身的密 封、防腐蚀性能。生产线主要包含前处理、电泳、烘干 室、喷漆室、工位平台、机械化运输、电控、输调漆系 统、送排风机组、水循环系统等主要设备和辅助设施。图 1 某整车厂 3c3b 工艺流程图figure 1 3c3b technology process chart of some automobile factory2 消防、环保、能源等配套要求由于涂装生产线使用的涂料不同，对配套的施工方法、烘干设备、建筑、消防、环保等均有不同的要求。 传统有机溶剂型涂料具有易挥发、易燃烧的特 收稿日期 2010-01-27摘 要 ：涂装生产线的工艺规划是汽车整厂设计中的重要环节。着重就其工艺规划的特点，探讨 了整车涂装工艺对车间布置、土建厂房设计、公用动力、环保、消防措施等配套设施的要求，并展望配 套设施的发展方向。关键词 ：整车涂装生产线 ；工艺规划 ；配套设施中图分类号 ：tq 639文献标识码 ：a 文章编号 ：1009-1696（2010）03-0046-05百家论坛第 3 期洪 慧 ：整车涂装生产线工艺规划对配套设施的要求47点，对涂装生产线的消防、环保要求较高。涂料施工地点需采取有效的通风，防止挥发物质积聚，喷涂和 固化过程中排放的溶剂经设备收集或处理后，应满足 国家对大气污染物质的排放标准。喷漆室和烘干室 内，采用水喷淋等消防措施加以保护。由于有机溶剂 型涂料对环境污染的影响，环保型低 voc 涂料的使用 将成为涂装生产线的趋势，应采用高固体分涂料、粉 末涂料、水性涂料。粉末涂料在火灾危险性上较有机溶剂型涂料小， 但粉末涂料仍属易燃物，在高浓度场合会发生粉尘爆 炸，设备也需做好防静电、防爆等安全措施。水性涂料是以水取代溶剂的涂料，解决了 voc 排 放问题。水性中涂漆、水性底色漆已逐步取代传统溶 剂型涂料，但水性涂料在喷涂过程中对温、湿度的敏 感性，使得喷漆室的送风温、湿度要求较高，直接导 致能源供应的增加。例如色漆和清漆之间需要增加水 分预烘干工艺，烘干室升温至固化温度前需先进行低 温烘干等特点，这些都是工艺布置、设备设计时需要 综合考虑的因素。门，辅助厂房内设置涂装车间配套的环保设施、公用动力站房（例如锅炉、冷冻机、配电间）等，以缩短管 线和减少沿程能耗损失。在涂装车间周围应留有消防 车辆的通道，这是出于消防和劳动安全的考虑，减少 对相邻厂房的影响。综合考虑前后工序的物流，留出 工件上下件暂存的空间后，应尽量把涂装车间安排在 厂区主导风向的下风向，减少有害气体的影响。物流也是涂装车间布置中需考虑的重要因素。原 则上，涂装车间由于洁净度的要求，内部物流同外部 物流需分开，内外物流的交接点越少越好，并可设置 专门的交接隔离区。前处理电泳药剂、涂料、腻子、密 封胶等消耗大的辅料，拟设置单独的存储仓库，离使 用点越近越好，对可燃或危险性的材料需注意消防、 通风措施，存储量控制在单班使用量。3.2 土建根据涂装车间被涂物的性质和涂料的闪点，区分 涂装作业生产的火灾危险性类别（有甲类至戊类共 5 级），耐火等级、防火间距、防爆安全疏散措施、消防 排烟等应根据不同的危险性类别，按有关规定执行。 不同的防火分区之间的隔墙应为非燃烧体的实体墙。 根据建筑设计防火规范的相关要求，涂装车间在对涂 漆区域按规范设置有效的消防措施，且该区域面积符 合规范的比例要求时，其它区域的防火要求可不受涂 漆区域的影响。涂装车间与其它车间相邻，要用防火墙隔开。尽 量将前处理、电泳等有酸碱气体和粉尘污染的区域 进行隔离，减少对主体车间和其它车间的影响。将主 体厂房和辅助厂房分开设置是比较经济的。如溶剂型 涂料集中调配和贮存的输调漆间，应设置在辅助厂房 内，或靠主厂房的外墙，还需考虑设置直接面向车间 外的泄爆墙，与相应的泄压面积、同相邻建筑物之间 的泄压距离等应满足防火规范要求。涂装车间由于防火要求，不允许采用砖木结构厂 房，一般采用钢筋混凝土结构，配合消防喷淋保护的 钢结构屋面比较多见。若采用钢结构厂房，需要涂刷 防火涂料，达到相应的耐火等级。为消防逃生需要， 涂装车间应设置 2 个以上外开门，其中之一必须直接 通向露天。大型整车涂装车间一般为多层结构，将前处理、 电泳槽体、喷漆水循环系统、喷胶等污染性设备置于 底层 ；将打磨、喷漆、返修等人员操作频繁的设备置3 配套设计涂装作为主导工艺之一，需要对工厂（车间）现状、生产纲领、年时基数、设计原则、工艺流程、劳动 量、设备、人员、车间组成及面积、工艺布置、材料消 耗、物料运输、节能及能耗、环境保护、技术经济指标 等进行全面的描述，并向其它配套专业提供所需的资 料，主要包括公用动力（水、电、蒸汽、热水、压缩空 气、燃气、燃油等）用量及使用点 ；废水、废气、废渣 排放量及排放点 ；建筑结构、采暖通风、照明等。由 项目负责人牵头，对各工种的工作进行指导和协调。3.1 涂装车间布置涂装车间在使用溶剂型涂料时，会产生有害、危 险性气体 ；若选用水性涂料、粉末涂料时，则没有大 的危害性气体散发，主要是前处理工序留下的酸碱废 气及电泳漆烘干后散发的裂解物刺激气体。但无论使 用哪种涂料，都存在相应的火灾危险性。因此，涂装 车间一般采用单层建筑或独立厂房。如涂装车间布置 在多层建筑物内，宜布置在建筑物上层 ；如布置在多 跨厂房内，宜布置在外跨厂房内。涂装车间应设有主 体厂房和辅助厂房。主体厂房内设置主要的生产部48上海涂料第 48 卷于工作层，一般为 68 m 高 ；送风系统、机运排空系统可设置单独的局部楼层，一般为 1416 m 高，并将 烘干室、喷漆室等热源区域、洁净区域相对集中和隔 离。考虑到防火规范对超高建筑的限制要求更高，大 型车间总高度一般不超过 24 m。涂装车间的地坪负载需满足设备的负荷，通常为30 kn/m2，局部有大型设备的为 50 kn/m2，人员通道处 为 7 kn/m2。平台立柱处或集中负载区域应考虑到地 坪沉降，需根据计算确定设备基础。设备基础和下挖 的风道、水道需避开车间立柱承台，布局设计要留出 必要空间。涂装车间的地坪采用防水防尘的耐火地坪，一般 采用环氧地坪。下挖的局部地坑和通道注意防水处 理。有化学品腐蚀的地坑注意耐酸碱，可采用耐酸水 泥，涂覆环氧玻璃钢或贴瓷砖。输调漆间是溶剂积聚 处，应采用防静电、耐溶剂地坪。涂装车间内墙应注 意粉尘对车间洁净度的影响。涂装车间一般设置封闭窗和屋面采光带，利用自 然采光和车间照明达到混合照度 200300 lux 要求。在 应急疏散通道处，设置应急照明。3.3 电气涂装车间的用电，除照明用电和设备动力（风机、 泵、机械化运输）用电外，还有电热装置用电。一般根 据各主线的用电情况，采用母排分布，在主要生产线 旁设置配电柜，通过电缆连接各主要设备控制柜的方 式。在有电泳设备、电动输调漆系统等需要 24 h 连续 供电的情况下，需设置备用电源。可采用柴油发电机 供备用电，通过自动切换开关实现连续供电。消防电 源应同主电源分开设置，处于连续供电状态。涂装车间除厂房按规定接地外，设备按其不同的 性质有不同的接地要求和方式。如电泳设备要求接地 电阻 4 ，静电喷漆区接地电阻值 100 ；输调漆 间可采用接地铜排形式连接分散的设备等。对喷漆、喷粉的喷涂室和烘干室等危险区域、电 气的防爆区域划分，在空间上有相关距离规定要求。3.4 给排水涂装车间生产用水涉及自来水、软化水（去除钙、 镁离子）、纯水，根据工艺设备的用量和水质要求配置 设备。涂装车间的自来水生产用量，需综合考虑前处理 系统的清洗用水量，喷漆室送风系统的加湿用水量，设备内部和厂房水道消防的用水量，喷漆室循环水的蒸发消耗量，打磨、修补工位的用水量，纯水、软化水 制备的用水量，辅助生活设施的用水量等。为减少喷 漆送风加湿系统的结垢堵塞问题，宜采用软化水或纯 水进行加湿。涂装车间的纯水主要用于前处理、电泳的最后 一道清洗用水，特殊槽液的配制，以及打磨、修补工 位的少量工作用水。根据不同的工艺清洗要求，对纯 水的电导率有不同的要求。纯水的制备一般采用机 械过滤后，两次膜反渗透，或膜反渗透结合离子交换 的方式。车间内前处理、电泳系统的清洗水、送风机组的 空气加湿等，是主要的连续用水量，是供水设备制备 能力和厂区供应能力的决定因素。前处理、电泳、喷 漆室等工艺槽体换槽时的供水量，是车间定期用水 量，是综合考虑供水设备的制备能力和最多可承受的 放水时间后决定的，也决定了供水总管的管径大小。3.5 通风为保证车身涂层质量，整车涂装车间对洁净度要 求很高。为了满足工艺和卫生要求，涂装车间设有全 室通风，有一定的换气次数要求，其通风量应考虑到 工艺设备送排风风量的情况，使整个油漆车间保持微 正压。对调漆间、漆渣处理间、废水处理间等区域的 换气次数要求更多。调漆间、喷漆区域由于施工要求， 对送风有温、湿度控制。为控制送风的灰粒度，车间 通风的送风分为若干个系统，采用空调机组，经过二 次过滤处理和控制温、湿度（冬季加热、夏季制冷）后， 用管道送至所需区域，排风采用排风风机将车间各区 域的空气通过管道排出车间。车间办公区域的通风， 按人员的舒适度要求设置，为节能一般采用循环风和 新风补充结合方式。新型的通风理念，将洁净区的空气作为风源，逐 级向污染区输送，或者按一定比例回用，都是节能降 耗的方法。3.6 动力涂装车间采用的动力形式通常有燃气、燃油、蒸 汽、热水等，供前处理、电泳的化学药品加热和烘干 室、供风系统的加热 ；有冷冻水，供电泳系统冷却、 供风系统制冷除湿和强冷室送冷 ；还有压缩空气，供 喷漆、调漆、气动工具、气动控制元件使用。对各能源的消耗进行合理的测算，是方案选择和第 3 期洪 慧 ：整车涂装生产线工艺规划对配套设施的要求49可行性分析的依据。根据不同设备的使用控制要求，参考当地气候环境的温、湿度情况，计算出热量和冷 量。例如，在极端气温下，槽体和烘干室在升温状态 的消耗，一般大于工作状态下的消耗，反映了设备所 需热量的最大耗量。除压缩空气外，由于温差对动力 消耗的影响较大，动力设备的配置情况还需要兼顾全 年的能源分配。除了槽体加热或制冷、烘干室加热等 工艺设备所需的全年使用量外，动力消耗集中在夏季 送风制冷和冬季送风加热上，应合理分配动力设备。 由于全线各设备的动力消耗量不同，克服设备内部阻力不同，动力供应系统应根据各供应点的分布， 建立平衡的供、回网路系统。动力设备就近设置，减 少压损和能耗。大型生产线建立统一的动力站房后， 动力由总管送入车间，沿墙设管，通过支管送至各供 应点。大型涂装车间动力管路种类和数量较多，建议 设计时对废水管路、给排水管路、消防管路、电气桥 架进行汇总，统一安排，减少施工时的矛盾。涂装车间使用的压缩空气压力通常为 0.6 mpa， 主要用于喷漆、调漆等防爆空间的动力设施，以及机 械化运输、气动工具、气动控制元件。部分自动喷漆 线的机器人会使用 0.8 mpa 压力的压缩空气。调漆类 设备要求 24 h 不间断循环，故采用气动设备的输调漆 间内，要求此部分耗量的空压机为一用一备，并接备 用电源。为保证涂膜的质量，根据喷漆的要求，压缩 空气的含水、油、颗粒都需要严格控制。特别需指出 ：涂装车间的动力设施和管线严禁含 有硅酮类物质，否则会严重影响涂膜的质量。在大型的整车涂装车间，送风的要求较高，占冷 热能源消耗的主要部分，其中喷漆室送风所占比例最 高。目前国际上采用的新型喷漆室干式过滤系统，利 用高压静电吸附装置分离捕捉漆雾，配合全自动化的 无人喷涂理念，使得排风回用达到 90% 以上，大大降 低了动力消耗，也节约了水资源。3.7 环保涂装车间是产废大户，选择合适的治理方式，选 择产生污染少的工艺和设备，或采取循环使用的方 式，是环保和节能的重点。3.7.1 废水涂装车间排出的废水主要为前处理、电泳、喷漆 废水，有连续排放的清洗用废水，以及定期排放的化 学品药剂、含漆渣的循环水池废水。废水中主要污染因子为油、固体悬浮物（ss），以及 zn 等重金属离子。一般混合废水化学耗氧量（codcr）为 900 mg/l，含少 量 zn、ni 等重金属离子。当地如有市政污水处理能 力，经厂区废水处理，达到并管要求后，并入市政污 水管网。通常涂装车间废水采用物化法处理难以达到 排放标准，因此一般废水经物化法处理后必须与全厂 生活污水混合，进行二级生化处理后达标排放。前处理和电泳后的清洗用水使用逆流漂洗的方 法，电泳采用超滤装置的 uf 液清洗，均是节省生产用 水，减少对环境污染的方法。新型的前处理工艺，采 用无磷脱脂，无铬钝化工艺，或采用硅烷、锆盐转化 膜等来替代磷化膜，均可大大减少废水中有害物质的 产生。新兴的“零排放”概念，是通过过滤、反渗透等 方法，对排放的清洗废水进行再生，浓缩液返回化学 槽，再生水作清洗补充或用于制备纯水，也可提高化 学药剂的利用率，但设备投资较高。3.7.2 废气涂装车间主要废气是前处理产生的酸碱废气，以 及喷漆室、流平室、烘干室产生的油漆废气，主要成 分是漆雾、二甲苯。涂装车间前处理产生的酸碱废气， 采用风机排至室外，排放高度为高出屋面 2 m。使用溶剂型涂料的涂装车间，喷漆室内产生漆 雾、有机废气，采用喷漆室自带的漆雾处理系统进行 收集和治理，除去漆雾后废气向室外高空直接排放， 排放高度需满足废气中二甲苯等平均排放浓度和排放 速率符合大气污染物综合排放标准中的要求。烘干室产生的小风量、高浓度、高温废气，其处 理方法有活性炭吸附法、直接燃烧法、催化剂氧化分 解法和蓄热式燃烧法，最适合的是采用燃烧方法治 理。涂料产生的有害气体大部分为碳氢化合物，除了 卤素系列溶剂外，99% 都可以燃烧成为二氧化碳和 水，同时放出热量。为了节省能源，通常对处理后的余热进行回收，用 于烘干室加热或预热需处理的废气。治理后的废气室 外高空达标排放，排放高度和浓度也需达到排放标准。 真正减少废气排放的根源，是采用低 voc 或无 voc 排放的涂料。水性涂料的涂装车间，废气排放主要控制漆雾的排放浓度和速率。3.7.3 废渣和其它废弃物涂装车间废渣和废弃物主要有磷化渣、漆渣，干 式喷漆室内阻挡漆雾用的过滤棉，腻子和密封胶，废50上海涂料第 48 卷溶剂等，一般采用专业处理，进行再生或废物利用。由于部分废渣和废弃物是可燃和有害物质，对环境有 污染或可能引起火灾，因此，注意分类存放地的环境 条件和专业化处置。3.7.4 噪声治理涂装车间的噪声源主要为风机和水泵。车间内操 作环境的噪声需满足工业企业噪声设计控制规范。高 压、大风量风机的治理采用独立的风机房或者隔声 罩，并对风机房作相应的吸声、隔声处理，安装吸声 吊顶、隔声门窗等，使其达到隔声房的要求，以解决 高噪声风机的污染问题，同时对风机、水泵、空调送 风机组采取必要的减振、消音措施。3.8 消防涂装车间应按防火规范设置消防措施，即布置消 火栓，确定消防通道、排烟方式、防火分区。在采用防 火墙隔离不同防火分区时，防火墙上的人员、物流通 道需使用防火门，不能阻断的机运通道采用水帘，风 管穿越防火墙需设置防火阀门。混凝土厂房内，如采 用钢屋架或楼板钢梁，应根据建筑防火规范的耐火等 级设置水喷淋保护。通常采用如下消防措施 ： 第一，在油漆贮存室、油漆混漆室内设置火灾报警装置，采用 co2 气体灭火方式进行消防保护，也可 采用雨淋的消防形式。在喷涂生产线中的喷漆段、流 平段，喷漆区的洁净室，溶剂擦净室，点补室，喷蜡和 内饰室，设置水喷淋消防系统。自动喷涂设备的静电 旋杯采用 co2 气体灭火方式进行保护。目前新型的高 压水喷雾系统，以高细化水雾迅速扩散降温，隔离空 气，并可有效保护电气设备，开始应用于调漆和喷漆室的消防。第二，在喷漆室、油漆贮存室、油漆混漆室需设 置危险气体浓度报警系统和火灾报警系统，在溶剂擦 净室、点补室等操作工位设置火灾报警系统。一组报 警信号至现场声光报警，另一组至中央控制室，再一 组至消防控制中心。火灾报警系统与设备的通风系统 和油漆输调漆系统连锁。一旦发生火灾，设备通风系 统的防火电动阀自动关闭，油漆输调漆系统的输漆系 统关闭，喷漆气源关闭。第三，根据需要，在车间的清洁区、喷涂生产线 喷漆和流平区、ubs 生产区、点补室、小修室、空腔喷 蜡内饰室、粗细密封、电泳打磨等设备边设有一定数 量的手提式磷酸铵盐干粉灭