修造船企业VOCs防治工作的管控要点分析

赵 威， 杨秀竹

(中海环境科技(上海)股份有限公司， 上海 200135)

0 引 言

近年来，我国在环境质量改善方面取得了很大成效，空气质量得到了明显改善。但是，当前PM2.5的质量浓度仍处于高位，且地面O3污染问题比较突出(已成为仅次于PM2.5的影响空气质量的重要因素)。《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》提出了推进PM2.5污染与O3污染协同控制，有效遏制O3质量浓度的增长趋势，加快对挥发性有机物(Volatile Organic Compounds, VOCs)排放的综合整治，使其排放总量下降10%的要求。

研究表明，VOCs能在紫外光的作用下与空气中的NOx发生光化学反应，生成PM2.5和O3，是生成PM2.5和O3的重要前驱体之一[1]。加强对VOCs的治理是控制PM2.5和O3污染的有效途径，也是实现节约能源、提高效益和减少安全隐患的有效手段。

修造船行业是工业涂装行业之一，修造船厂内的涂装作业可根据作业场所的不同分为钢材预处理涂装、分段涂装、船坞涂装和码头涂装等。修造船厂存在大量外场涂装作业，作业量占总涂装作业量的比例较大，且产生的VOCs无密闭收集处理条件，导致其VOCs无组织排放现象突出，目前修造船行业已成为重点的VOCs管控行业之一。根据上海市VOCs排放调研结果，修造船行业已成为上海VOCs排放占比最大的行业之一[2]。面对日益严峻的VOCs管控态势，如何做好对修造船厂区VOCs的日常管理工作，成为了企业环保管理人员需考虑的一个重要问题。本文以位于上海的修造船企业为例，分析其工艺特征、VOCs产生及排放环节和排放方式，从全过程的角度提出VOCs管控要求，为修造船企业VOCs管控工作的开展提供参考。

1 修造船企业的VOCs排放和治理现状

1.1 工艺流程和VOCs产生及排放环节

修造船企业的生产工序较多，总体工艺流程主要包括：

1) 将钢材等原材料从厂内堆场进入车间内，对其进行表面除锈和底漆预涂装，处理之后将其送至机加工区域作进一步的加工；

2) 对各类管部件进行制造和机加工，将制作完成的钢件和管部件进入各工场进行分段作业，包括分段切割、装焊、打磨、分段喷砂除锈和分段涂装；

3) 将大分段送入坞内进行合拢和涂装，出坞之后在码头进行舾装和涂装，完成之后进行试车、试航和交船。

修造船企业的工艺流程图见图1。

注：虚线框内的工序为VOCs产生和排放工序

从图1中可看出，修造船企业VOCs的产生和排放主要在涂料的储运、调漆、涂装、喷枪清洗和危险废物储运等环节。涂装作业包括钢材表面预涂装及固化、分段表面涂装及固化、船坞内和码头涂装及固化等，前2项多为室内作业，后2项多为室外作业。因修船的作业对象为已有船舶，受其体型限制，修船涂装作业中的VOCs排放与造船略有不同，主要表现在修船外场涂装的作业占比相比造船更大。

1.2 VOCs收集、治理和排放现状

根据《大气污染防治法》的要求，产生含VOCs的废气的生产和服务活动应在密闭空间内或设备中进行，并按规定安装和使用污染防治设施。但是，修造船企业因作业对象的特殊性，其各作业场所的VOCs产生和排放环节采用的VOCs收集方式、治理方式和排放方式有所不同。通过查阅行业资料并结合现场调研情况，总结出以下VOCs收集、治理和排放现状：

1) 浮船坞、码头和船台等外场的涂装作业因不具备室内或密闭收集处理条件，其VOCs排放以无组织排放为主。通过现场调研发现，目前上海市部分修造船企业主要通过为舱体加盖和设置移动式吸附装置的方式减少船舱部位涂装作业的VOCs无组织排放。对于船壳涂装作业而言，目前也有企业正在研发收集处理装置[3]，主要是在开展喷漆作业时使用移动式废气收集净化装置，达到减少VOCs无组织排放的目的。

2) 钢板表面预涂装和分段涂装是在室内进行的，有条件设置密闭作业空间并安装污染治理设施。在实际生产中，这2处的废气均能经收集处理得到有组织排放，目前的处理工艺多为吸附浓缩+脱附+蓄热式燃烧/蓄热式催化燃烧/低温冷凝的组合方式，主要包括沸石转轮吸附浓缩+RTO(Regenerative Thermal Oxidizer)/RCO(Regenerative Catalytic Oxidizer)、活性炭吸附/沸石陶瓷合成材料+热氮气脱附+RTO/RCO/冷凝回收[2，4]。

3) 调漆与喷枪清洗根据涂装作业所处场地的不同，其VOCs的收集处理排放方式不同。在进行钢板表面预涂装和分段涂装时，调漆与喷枪清洗一般在车间内进行，产生的VOCs纳入车间的废气收集处理系统中，排放方式为有组织排放。在外场作业时，调漆与喷枪清洗通常在移动式的调漆间和移动式喷枪清洗间进行，作业时空间密闭，末端安装有治理设施，产生的废气经治理设施处理之后，一般以无组织方式排放。

4) 在储运涂料和输运危险废物时，一般无VOCs收集和处理措施，VOCs以无组织方式排放。在储存危险废物时，需根据危险废物包装的密闭性、含VOCs危险废物的储存量和环保管理部门的要求，多角度考虑是否需在危险废物储存场所安装末端治理设施，因此常见的VOCs排放方式包括有组织排放和无组织排放。

表1为修造船企业VOCs排放环节常见的VOCs收集、治理和排放方式。

表1 修造船企业VOCs排放环节常见的VOCs收集、治理和排放方式

2 修造船企业VOCs管控要点

修造船企业的VOCs主要来源于各类涂料，包括油漆、稀释剂、固化剂和清洗剂等，其产生和排放均围绕涂料的流转环节，包括储运、使用和成为危险废物后退场等。因此，对修造船企业进行VOCs管控，主要是管控各类涂料进入企业之后的流转环节，包括涂料进厂、储运、使用和退场等。

2.1 涂料进厂

涂料进厂是修造船企业易忽视的VOCs管控环节。根据《大气污染防治法》的要求，若使用含VOCs的原材料和产品，其VOCs含量应符合质量标准的要求。为支撑法律的管控要求，国家及部分地方生态环境管理部门针对修造船行业采用的涂料中的VOCs含量发布了质量标准，明确规定了各类船用涂料在使用时的VOCs含量最高限值。同时，国家鼓励使用低挥发性有机溶剂。《低挥发性有机化合物含量涂料产品技术要求》根据船舶中使用涂料的目的对低挥发性有机船用涂料做了明确的规定，其中：上层建筑内部和机舱内部建议采用水性涂料，当VOCs含量小于等于200 g/L时，可认为该涂料是低挥发性有机涂料；其他部位建议采用溶剂型涂料，当VOCs含量低于即用状态下的船用涂料VOCs含量限值(见表2)时，可认为该涂料是低挥发性有机涂料。

表2 即用状态下船用涂料VOCs含量限值

因此，当涂料进厂时，环保管理工作人员的管控重点是确认涂料中的VOCs含量是否满足国家及地方标准的要求。

2.2 涂料储运

涂料进厂之后，需对其进行妥善的储存和运输。根据《挥发性有机物无组织排放控制标准》和上海市《船舶工业大气污染物排放标准》的要求：在使用含VOCs的涂料时，应对其进行密闭储存和运输。因此，在储存涂料时应将其存放在室内或存放于设置有雨棚、遮阳和防渗设施的专用场地内，且包装材料在非即用状态下处于加盖密闭状态。在运输涂料时，应保持包装材料处于密闭加盖状态。

通过上述分析可知，涂料储运环节的关键管控要求为“密闭”，目的是减少VOCs在该环节的无组织排放。

2.3 涂料使用

涂料使用环节是修造船企业VOCs产生和排放的重点环节，包括调漆、各处的涂装和固化、喷枪喷头的清洗。根据《大气污染防治法》的要求，产生含VOCs的废气的生产和服务活动应在密闭空间内或设备中进行，并安装和规范使用污染治理设施，对于无法密闭的作业场所，应采取措施减少其废气排放。

通过对修造船企业进行现场调研，结合国家及上海市的有关VOCs管控的文件，针对涂料的使用情况，采用“全过程管理”的理念，从工艺设备及涂料使用比例、收集、末端治理装置、达标排放、监测监控、排口规范化设置和台账等7个方面梳理修造船企业使用涂料时的VOCs管控要点。

2.3.1 工艺设备及涂料使用比例

根据上海市《船舶工业大气污染物排放标准》，修造船企业的涂装作业应选用高效先进的涂装设备进行，涂料的涂覆率应高于70%，这就对喷涂技术提出了要求。因此，修造船企业的喷涂作业宜采用自动喷涂、静电喷涂、浸涂和高压喷涂等先进的技术代替传统的空气喷涂技术。另外，因不同涂覆部位的需求不同，修造船企业所需的涂料种类多样，根据《上海市清洁空气行动计划》(2018—2022)，修造船企业的机舱内部和上层建筑内部应使用低VOCs的涂料，且使用比例应在70%以上。

2.3.2 收集

修造船企业在船坞、码头和船台等处的涂装作业产生的VOCs难以满足密闭收集治理的要求。根据《挥发性有机物无组织排放控制标准》和上海市《船舶工业大气污染物排放标准》的要求，针对不同的作业场所有不同的VOCs收集要求，具体如下：

1) 钢材预处理涂装、分段涂装、调漆和喷枪清洗等作业应密闭进行，禁止在室外进行。作业时，除了排气筒、送风口，以及在人、车、物进出时打开相关开口(包括门)，其他情况下开口(包括门)均保持关闭状态。根据《船舶工业工程项目环境保护设施设计标准》和《排污许可证申请与核发技术规范铁路、船舶、航空航天和其他运输设备制造业》的要求，钢材预处理流水线的喷漆和烘干作业必须保证密闭进行和机械通风，VOCs收集效率不低于95%，其余车间的VOCs收集效率不低于80%，其中分段涂装车间排风口的风速宜为4～5 m/s，喷漆时换气次数宜为6～8次/h，固化时换气次数宜为3～4次/h。

2) 应为船坞、码头和船台等处的船舱涂装作业设置VOCs收集处理设施，在开展船壳涂装作业时，应采取有效措施减少VOCs排放。

3) 当采用外部集气罩收集VOCs时(如调漆、喷枪清洗工位)，距离集气罩开口面最远位置处的VOCs无组织控制风速不应低于0.3 m/s。

另外需注意的是，根据《排污许可证申请与核发技术规范铁路、船舶、航空航天和其他运输设备制造业》的要求，修造船企业的密闭喷涂施工作业量应达到总涂装作业量的60%。

2.3.3 末端治理装置

修造船企业的末端治理设施的管控要点应包括治理设备的安装和运维。

1) 根据《船舶工业工程项目环境保护设施设计标准》和《排污许可证申请与核发技术规范铁路、船舶、航空航天和其他运输设备制造业》等规范的要求：喷漆废气宜采用浓缩燃烧设施等高效治理设施处理；烘干废气宜采用燃烧治理设施处理。钢材预处理流水线产生的VOCs宜采用蓄热式氧化装置(RTO)处理；室内分段涂装产生的VOCs宜采用吸附浓缩和蓄热式氧化/蓄热式催化氧化等组合技术处理。

2) 根据上海市《船舶工业大气污染物排放标准》和《排污许可证申请与核发技术规范铁路、船舶、航空航天和其他运输设备制造业》等规范的要求，修造船企业的末端治理设施应先于其对应的生产装置开启运转，二者同步运行，并滞后关闭，加强对控制性指标(如温度、压力或压差、时间、频次和物料更换)的日常运维。当末端治理设施发生故障或对其进行检修时，生产工艺设备应停止运行，待检修完毕之后，在治理设施达到正常运行条件时方可再次启动。

2.3.4 达标排放

根据上海市《船舶工业大气污染物排放标准》和《挥发性有机物无组织排放控制标准》，以及颁发的排污许可证，修造船企业达标排放包括：有组织排口VOCs排放浓度和速率达标；VOCs厂界无组织排放浓度达标；厂内涂装作业旁VOCs无组织排放监控点浓度达标；全年VOCs排放量(包含有组织和无组织)不超过排污许可证许可的年度许可排放量。

2.3.5 监测监控

修造船企业的VOCs监控方式主要有手工监测和自动监测2种。手工监测的监测频次、监测内容和监测方法应满足《排污许可证申请与核发技术规范铁路、船舶、航空航天和其他运输设备制造业》和环境影响评价的要求。表3为船舶企业VOCs监测点位、监测指标和最低监测频次，列出了排污许可不同管理类别的修造船企业涂装工段VOCs监测的频次和指标要求。根据上海市《船舶工业大气污染物排放标准》和《上海市固定污染源挥发性有机物在线监测体系建设方案》，修造船企业需在部分排口(包括溶剂型涂料的喷漆、烘干排放口和排放VOCs且风量大于10 000 m3/h的排口)安装在线监测设备。安装的VOCs在线监控设备应根据排污许可证的要求，加强日常运维。

2.3.6 排口规范化设置

排口规范化设置应考虑采样位置、采样平台、采样通道、采样孔和标识牌等5个要素。

1) 采样位置：采样位置的设定应考虑以能获得有效、稳定的采样数据为原则。采样断面的气流速度保持在5 m/s以上。开口位置应优先选择垂直管段，避开急剧变化的弯头和断面位置，根据《固定源废气监测技术规范》的要求，距离弯头、阀门等变径处的上下游方向不得小于1.5倍直径，并适当增加测点的数量和采样频次。

2) 采样平台和采样通道：采样平台和采样通道的设定应以保证采样人员的安全为原则，需考虑踩踏面积、安全防护栏高度、最大承重能力、通道的形式和攀爬过程中的安全防护栏要求等。

3) 采样孔：采样孔的设定应以获得有效样品并方便采样为原则，包括采样孔距离采样平台的高度和采样孔内径大小，同时需考虑非采样状态下采样孔的密封要求。

表3 船舶企业VOCs监测点位、监测指标和最低监测频次

4) 标识牌：标识牌应根据《国家环境保护总局办公厅关于印发排放口标志牌技术规格的通知》有关标识牌尺寸、样式的要求设定。

2.3.7 台账

台账是工业涂装企业环境管理的重要内容，与修造船企业VOCs有关的台账应包含5类信息。

1) 生产信息：包括产品产能、产生VOCs的生产环节的运行记录和设备启停时间等。

2) 涂料使用信息：包括各类涂料的采购量、出库量、各处的领用量、库存量、VOCs含量，以及MSDS(Material Safety Data Sheet)、VOCs含量的检测报告等。

3) VOCs废气治理设施：治理设施设计文件、项目合同和操作手册等；有组织VOCs废气治理设施开停机时间记录、日常设备维修记录和材料更换记录；无组织废气排放源记录、控制、运行、维护和管理等。

4) 监测信息：手工监测日期、采样及测定方法、监测结果和达标判定等；自动监测及辅助设备运行状况、系统校准、校验记录、定期比对监测记录、维护保养记录、检修记录和巡检记录等。

5) 非正常工况信息：生产装置、VOCs治理设施非正常工况的起止时间、污染物排放情况(排放浓度、排放量)、异常原因、应对措施、向当地环保管理部门报告记录、检查人和检查日期等。

2.4 涂料退场

修造船企业涂料退场时形成的废涂料桶、废活性炭吸附材料、废漆渣和废溶剂等危险废物中均含有VOCs，在储存、台账和处置等环节也应按要求妥善处理，以期减少VOCs的无组织排放。

1) 按《危险废物贮存污染控制标准》的要求，修造船企业产生的含VOCs的危险废物均应存放在专门的危险废物暂存场所内。

2) 根据《挥发性有机物无组织排放控制标准》的要求，储存在危险废物暂存场所内的含VOCs的危险废物应加盖密闭保存。当含VOCs的危险废物存放量较大且不能密闭规范存放或无法密闭存放时，在危险废物暂存场所布置收集治理设施是有必要的[5]。

3) 按《固体废物污染环境防治法》的要求做好台账记录和委托有资质的单位处理处置，其中台账应包括退场形成的含VOCs的危险废物(包括废漆桶、漆渣和废活性炭等)的生成台账、进出库台账和处置去向等。

3 结 语

随着VOCs替代SO2成为当前的空气质量约束性指标，VOCs日常管理工作已成为VOCs排放企业的重要环保管理工作之一。本文以涂料在修造船厂内的流转为线条，分析了位于上海市的修造船企业的VOCs管控要点，主要包括：涂料进厂时对其VOCs含量进行管控；储运时减少无组织排放；使用时对VOCs“应收尽收”，保证治理设备正常高效运维和VOCs排放达标；退场时减少无组织排放和妥善处置。修造船企业通过管控好涂料在修造船厂内的流转，能促进VOCs排放合法合规，在越来越严峻的环保态势下正常开展生产经营活动。