Lakiernia — redukcja emisji lotnych i mgły lakierniczej w kabinie

W lakierni zanieczyszczenie nie powstaje w jednym punkcie i nie kończy się w momencie odłożenia pistoletu. Proces jest cykliczny: przygotowanie powierzchni, natrysk, odparowanie wstępne, kolejna warstwa, odparowanie końcowe, suszenie, studzenie. Każda z tych faz emituje coś innego, w innym miejscu i przez inny czas. Rozwiązanie skuteczne dla jednej fazy bywa całkowicie bezużyteczne dla następnej.

Skala wymiany powietrza odróżnia lakiernię od pozostałych stanowisk w zakładzie. Kabina o wymiarach roboczych 7,0 × 5,0 × 3,0 m ma kubaturę 105 m³. Przy przepływie pionowym i prędkości projektowej 0,30 m/s strumień wywiewu wynosi 37 800 m³/h, co odpowiada 360 wymianom powietrza na godzinę. Hala produkcyjna pracuje typowo przy kilku wymianach na godzinę. Kabina jest więc urządzeniem technologicznym, a nie fragmentem wentylacji ogólnej, i jej uruchomienie zmienia bilans powietrza całego budynku.

Druga cecha: detal emituje dalej po wyjeździe z kabiny. Rozpuszczalnik opuszcza powłokę jeszcze przez minuty po natrysku i w mniejszym stopniu przez kolejne godziny podczas studzenia i odstawienia. Jeżeli w tym czasie detal stoi na hali, redukcja emisji uzyskana wewnątrz kabiny zostaje przeniesiona na osoby, które w ogóle nie malują i nie mają ochrony dróg oddechowych.

Trzecia cecha to obecność atmosfery palnej. Mieszanina par rozpuszczalnika z powietrzem tworzy przestrzeń zagrożoną wybuchem wewnątrz kabiny, w mieszalni wyrobów i w otoczeniu urządzeń myjących. Typowy warunek przyjmowany przy doborze wentylacji kabiny to utrzymanie stężenia par poniżej 25% dolnej granicy wybuchowości w każdym punkcie przestrzeni roboczej. Szczegółowe wartości, warunki blokad i wymagane wykonanie osprzętu wynikają z dokumentacji techniczno-ruchowej urządzenia oraz z oceny zagrożenia wybuchem sporządzonej dla konkretnego pomieszczenia.

Najczęstszy błąd w rozumowaniu o lakierni polega na traktowaniu emisji jako jednej wielkości. To dwa niezależne strumienie, o innej fizyce, innym czasie trwania i innym sposobie usuwania. Rozdzielenie ich decyduje o całym układzie technicznym stanowiska.

Praktyczny wniosek jest ostry: czyste filtry i prawidłowy strumień powietrza nie oznaczają braku narażenia. Aerozol znika z przestrzeni roboczej sam, kilka sekund po zakończeniu natrysku. Faza gazowa nie znika i nie osiada, więc jedyne, co z nią można zrobić, to wyprowadzić ją z pomieszczenia albo rozłożyć na urządzeniu przeznaczonym do fazy gazowej.

Kierunek przepływu jest cechą konstrukcyjną kabiny i nie da się go zmienić po fakcie bez przebudowy. Decyduje o tym, gdzie znajduje się operator względem strugi zanieczyszczonego powietrza, jaka jest jakość powłoki i jaka część oversprayu trafia na filtry, a jaka na ściany i podłogę.

Prędkość nie jest wielkością, którą warto zawyżać. Zbyt niska zostawia strugę mgły zawieszoną w przestrzeni roboczej i przedłuża czas, przez który operator pracuje w chmurze. Zbyt wysoka przesusza rozpylony wyrób w locie, pogarsza rozlewność powłoki, wymusza nakładanie grubszych warstw i podnosi zużycie materiału, czyli zwiększa emisję zamiast ją obniżać. Wartość docelową wyznacza dokumentacja urządzenia i faktyczny wymiar przekroju roboczego, nie reguła ogólna.

W kabinie z przepływem poziomym problem jest strukturalny: przy malowaniu strony detalu odwróconej od wywiewu operator staje między źródłem a odciągiem. Nie da się tego usunąć wentylacją, można to jedynie ograniczyć organizacją pracy, obracaniem detalu na zawiesiu i sprzętem ochrony dróg oddechowych z doprowadzeniem powietrza.

Wentylator wywiewny nie tworzy powietrza. Każdy metr sześcienny usunięty z kabiny musi skądś wpłynąć. Jeżeli nie ma zorganizowanego nawiewu, powietrze dopływa przez nieszczelności, drzwi i inne pomieszczenia, przy dużym oporze, a punkt pracy wentylatora przesuwa się na charakterystyce w stronę niższego strumienia. Kabina o deklarowanej wydajności pracuje wtedy poniżej wartości projektowej, mimo że wentylator działa i nikt nie zgłasza awarii.

Poniższe zestawienie to przykład rachunkowy dla trzech układów stanowiska, przy założeniu nawiewu kompensacyjnego pokrywającego 90% strumienia wywiewanego oraz ogrzewania powietrza zewnętrznego od −5 °C do +20 °C (różnica 25 K, gęstość 1,2 kg/m³, ciepło właściwe 1,0 kJ/(kg·K)).

Udział nawiewu w granicach 85–95% strumienia wywiewanego utrzymuje kabinę na lekkim podciśnieniu względem hali. To podciśnienie jest funkcją bezpieczeństwa: sprawia, że mgła i pary nie wychodzą przez nieszczelności i przez otwierane drzwi, tylko dopływają do wnętrza. Brakująca różnica, w wariancie C wynosząca 3 780 m³/h, wpływa w sposób kontrolowany przez wskazane szczeliny, a nie przez przypadkowe drogi.

W fazie suszenia część kabin przełącza się na lekkie nadciśnienie, żeby zapobiec zasysaniu pyłu z hali na świeżą, jeszcze nieutwardzoną powłokę. Zmiana kierunku różnicy ciśnień jest funkcją sterowania, nie przebudowy, ale wymaga, żeby nawiew w ogóle istniał. Kabina bez nawiewu nie realizuje w sposób kontrolowany żadnego z tych dwóch stanów.

Bilans ma też skutek poza lakiernią. Wywiew rzędu kilkudziesięciu tysięcy metrów sześciennych na godzinę bez kompensacji wprowadza cały budynek w podciśnienie: drzwi stawiają opór, w szczelinach pojawia się świst, zimą hala wychładza się mimo pracującego ogrzewania, a w skrajnym przypadku zaburza się ciąg w urządzeniach grzewczych z otwartą komorą spalania. Procedurę odbioru instalacji i progi akceptacji pomiarów potwierdzających te parametry opisuje osobny materiał o odbiorze odciągu.

Wychwyt mgły w kabinie jest układem szeregowym. Każdy stopień ma inne zadanie, a pominięcie któregokolwiek przenosi obciążenie na następny i skraca jego czas pracy.

Kolejność jest nieprzestawialna. Stopień fazy gazowej umieszczony przed stopniami mechanicznymi zostaje zaklejony aerozolem w krótkim czasie i przestaje działać, a jego stan trudno ocenić z zewnątrz, bo nie objawia się zauważalnym spadkiem przepływu tak szybko jak zapchana mata. Dobór klasy filtra do rodzaju zanieczyszczenia, analiza kosztu posiadania wkładów oraz zasady eksploatacji i serwisu po wdrożeniu opisuje poradnik o filtracji i mgle olejowej.

Skuteczność przeniesienia to udział wyrobu, który faktycznie trafia na detal. Reszta jest oversprayem: masą, którą trzeba wychwycić, przefiltrować, przetransportować kanałem i wywiać razem z ogrzanym powietrzem. Zanieczyszczenie, które nie powstanie, nie wymaga żadnej instalacji.

Zestawienie jest przykładem rachunkowym przy założeniu 10,0 kg wyrobu gotowego do natrysku zużytego na zmianę.

Przejście ze skuteczności 30% na 65% obniża masę oversprayu z 7,0 do 3,5 kg na zmianę, czyli dokładnie o połowę, przy tej samej ilości materiału naniesionego na detal. Przy 220 zmianach w roku różnica wynosi 770 kg wyrobu, który nie trafia na filtry, do kanałów ani do powietrza wywiewanego. Dla skuteczności 85% różnica względem punktu wyjścia to 5,5 kg na zmianę, czyli 1 210 kg w roku.

Ta redukcja działa niezależnie od stanu instalacji wentylacyjnej i nie wymaga zwiększania strumienia powietrza, a więc nie podnosi zapotrzebowania na moc grzewczą wyliczonego w poprzedniej części. Kolejność decyzji w lakierni wynika stąd bezpośrednio: najpierw ograniczenie emisji u źródła, potem wychwyt w miejscu powstawania, na końcu oczyszczanie powietrza usuwanego. Odwrotna kolejność prowadzi do przewymiarowanej instalacji obsługującej zanieczyszczenie, które nie musiało powstać.

Metoda aplikacji ma też ograniczenia. Natrysk elektrostatyczny wymaga przewodzącego podłoża i uziemienia detalu, więc odpada dla większości tworzyw i drewna bez przygotowania. Natrysk hydrodynamiczny nie nadaje się do drobnych detali i wąskich pasm. Wybór jest kompromisem między asortymentem, wymaganą jakością powłoki a masą oversprayu, którą zakład jest gotów obsłużyć.

Odparowanie jest fazą, w której nie ma już aerozolu, a emisja fazy gazowej osiąga największą intensywność. Stopnie mechaniczne nie mają wtedy nic do zatrzymania. To jednocześnie faza najczęściej pomijana przy planowaniu, ponieważ nie wiąże się z żadnym widocznym urządzeniem i wygląda jak zwykłe czekanie.

Rozkład emisji w czasie wynika z układu lakierowego i musi być odczytany z karty technicznej konkretnego wyrobu, a nie założony. Dla wyrobów rozpuszczalnikowych dominująca część rozpuszczalnika opuszcza powłokę w trakcie natrysku i odparowania, a nie w komorze suszenia, co oznacza, że instalacja obsługująca wyłącznie suszarnię pomija większość problemu.

Strefa odparowania może pracować przy strumieniu niższym niż faza natrysku, ponieważ jej zadaniem nie jest przenoszenie kropel, tylko rozcieńczanie i odprowadzanie par. To istotne dla bilansu energetycznego: w wariancie C obniżenie strumienia w fazach bez natrysku proporcjonalnie obniża moc grzewczą, którą trzeba dostarczyć do nawiewu.

Trzy pomieszczenia pomocnicze generują najwyższe stężenia chwilowe w całym zakładzie, a bywają traktowane jako zaplecze bez własnych wymagań. Wspólną cechą jest to, że pracuje się w nich z wyrobem w postaci ciekłej i z otwartymi opakowaniami, przy czym nie ma tu strugi powietrza porywającej zanieczyszczenie w stronę odciągu.

Mieszalnia wyrobów

Otwieranie opakowań, ważenie, przelewanie, mieszanie i czyszczenie naczyń wytwarzają serię krótkich, wysokich pików stężenia. Kluczowy szczegół techniczny: pary większości rozpuszczalników stosowanych w lakierniach są cięższe od powietrza i gromadzą się przy posadzce. Wywiew umieszczony wyłącznie pod sufitem ich nie sięga, więc mieszalnia wymaga wywiewu przy podłodze, uzupełnionego wywiewem górnym i odciągiem miejscowym nad stanowiskiem wagowym. Wyposażenie pomieszczenia, w tym oświetlenie i osprzęt elektryczny, dobiera się z uwzględnieniem oceny zagrożenia wybuchem.

Mycie pistoletów i osprzętu

Mycie w otwartym naczyniu jest stałym, niekontrolowanym źródłem par, działającym również poza czasem natrysku, bo rozpuszczalnik paruje z powierzchni cieczy przez cały czas, gdy naczynie jest odkryte. Rozwiązaniem właściwym dla lakierni jest zamknięta myjka z obiegiem rozpuszczalnika, podłączona do wywiewu, z pokrywą blokującą pracę przy otwarciu. Rozpuszczalnik krąży w obiegu, a jego zużycie spada, bo nie odparowuje do pomieszczenia.

Magazyn wyrobów i odpadów

Nieszczelne i niedomknięte opakowania emitują w sposób ciągły, niezależnie od tego, czy ktoś pracuje. Magazyn wymaga wentylacji z wywiewem dolnym, wanien wychwytowych pod pojemnikami oraz zamykanych pojemników na czyściwo nasączone rozpuszczalnikiem, które poza funkcją emisyjną stanowią obciążenie ogniowe. Zużyte maty filtracyjne i szlam lakierniczy z filtracji mokrej są odpadem i wymagają wydzielonego, wentylowanego miejsca gromadzenia.

Szlifowanie, odtłuszczanie i maskowanie nie są malowaniem, ale w bilansie emisji lakierni ważą więcej, niż wynikałoby z ich pozycji w harmonogramie. Odtłuszczanie wprowadza pary rozpuszczalnika poza kabiną, często przy stanowisku bez jakiegokolwiek odciągu, a szlifowanie wytwarza pył stały: pył drzewny w stolarce, pył metaliczny i pył utwardzonych powłok w metaloplastyce, w tym pył ze szlifowania starych warstw o nieznanym składzie.

Rozwiązania właściwe dla tej fazy różnią się od tych stosowanych w kabinie, bo zanieczyszczenie powstaje w punkcie kontaktu narzędzia z powierzchnią, a nie w objętości. Skuteczny jest odciąg u źródła zintegrowany ze szlifierką oraz stół roboczy z odciągiem dolnym, czyli przechwycenie pyłu zanim rozejdzie się po hali. Wentylacja ogólna hali nie rozwiązuje tego zagadnienia, bo pracuje przy krotności wymian o dwa rzędy wielkości niższej niż kabina.

Istnieje tu pętla sprzężenia zwrotnego, którą łatwo przeoczyć. Pył ze szlifowania prowadzonego w tej samej przestrzeni co natrysk osiada na świeżej, nieutwardzonej powłoce. Efektem są wtrącenia, które wymuszają szlifowanie i ponowne malowanie tego samego detalu. Każda poprawka to dodatkowe zużycie wyrobu, dodatkowa masa oversprayu i dodatkowy cykl odparowania. Rozdzielenie przestrzeni szlifowania od przestrzeni natrysku obniża emisję nie przez filtrację, tylko przez wyeliminowanie powtórzeń procesu.

Ten sam mechanizm dotyczy uszkodzonego lub źle osadzonego filtra stropowego w kabinie. Jest to ostatni element na drodze powietrza przed detalem, więc jego nieszczelność natychmiast przekłada się na jakość powłoki i na liczbę poprawek, a przez to na całkowitą ilość wyrobu zużytego w zakładzie.

Rozłożenie procesu na stanowiska pokazuje, gdzie w zakładzie faktycznie występuje narażenie i jakie rozwiązanie techniczne do niego pasuje. Jest to też najprostszy sposób sprawdzenia, czy planowana inwestycja obejmuje całą lakiernię, czy tylko jej najbardziej widoczny fragment.

Hałas jest w lakierni czynnikiem towarzyszącym wentylacji, a nie procesowi malowania. Wentylatory obsługujące strumienie rzędu kilkudziesięciu tysięcy metrów sześciennych na godzinę, sprężarki i turbiny sprzętu ochrony dróg oddechowych sumują się do poziomu, który przy ośmiogodzinnej ekspozycji zbliża się do wartości dopuszczalnej wynoszącej 85 dB. Rozwiązania obniżające emisję hałasu, jak tłumiki w kanałach i posadowienie wentylatora poza przestrzenią roboczą, projektuje się razem z instalacją, a nie po jej uruchomieniu.

Większość wad układu wentylacyjnego w lakierni ujawnia się objawami, które da się zauważyć bez sprzętu pomiarowego. Poniższe zestawienie wiąże błąd z jego widocznym objawem i z rzeczywistym skutkiem.

Wspólny mianownik pierwszych czterech pozycji: instalacja fizycznie działa, wentylator się kręci, a funkcja nie jest realizowana. Dlatego sama obecność urządzenia nie jest informacją o stanie lakierni, a ocena zaczyna się od przeliczenia strumienia z wymiaru przekroju roboczego i porównania go z wartością deklarowaną w dokumentacji techniczno-ruchowej.

Scenariusz modelowy. Nie opisuje zrealizowanego projektu ani konkretnego zakładu. Służy pokazaniu kolejności decyzji przy wykorzystaniu wartości wyliczonych we wcześniejszych częściach.

Stan wyjściowy: jedno stanowisko typu ściana natryskowa z otwartym frontem o otworze roboczym 4,0 × 2,5 m, pistolety pneumatyczne konwencjonalne, odparowanie i schnięcie detali na hali, mieszalnia w wydzielonym pomieszczeniu z wywiewem wyłącznie pod sufitem, mycie pistoletów w otwartym naczyniu, szlifowanie prowadzone obok stanowiska natrysku. Zużycie wyrobu 10,0 kg na zmianę.

Liczby opisujące ten stan: strumień wywiewu potrzebny przy prędkości 0,50 m/s przez otwór 10,0 m² wynosi 18 000 m³/h, nawiew kompensacyjny nie istnieje, a overspray przy skuteczności przeniesienia 30% to 7,0 kg na zmianę.

Kolejność zmian według wpływu na emisję

1. Nawiew kompensacyjny 16 200 m³/h z nagrzewnicą o mocy około 135 kW przy ogrzewaniu od −5 °C do +20 °C. Bez tego kroku żadna kolejna zmiana nie da projektowego strumienia, bo wentylator nadal pracuje poza założonym punktem charakterystyki.
2. Wydzielona strefa odparowania z własnym wywiewem, obejmująca pełny czas wskazany w karcie technicznej wyrobu. Przenosi emisję fazy gazowej z przestrzeni ogólnej hali do kanału.
3. Zmiana metody aplikacji na HVLP. Overspray spada z 7,0 do 3,5 kg na zmianę, czyli o połowę, przy niezmienionej ilości materiału na detalu.
4. Wywiew przy podłodze w mieszalni oraz zamknięta myjka pistoletów podłączona do wywiewu. Usuwa dwa źródła działające również poza czasem natrysku.
5. Wydzielenie stanowiska szlifowania z odciągiem u źródła. Przerywa pętlę poprawek wynikającą z osiadania pyłu na świeżej powłoce.

Efekt możliwy do policzenia bez pomiarów: masa oversprayu do wychwycenia spada o połowę, emisja fazy gazowej z odparowania przestaje trafiać do przestrzeni ogólnej hali, a dwa źródła ciągłe poza kabiną zostają wyprowadzone do instalacji. Kolejność jest istotna, bo krok pierwszy warunkuje działanie wszystkich pozostałych, a krok trzeci obniża obciążenie instalacji, którą właśnie dobrano.

Dofinansowanie ZUS obejmuje działania inwestycyjne oraz doradcze służące poprawie warunków bezpieczeństwa i higieny pracy, przy czym projekt musi obejmować działania inwestycyjne, a działania doradcze mogą je jedynie uzupełniać i są planowane do realizacji po zakończeniu działań inwestycyjnych. Poziom dofinansowania sięga 80% wartości projektu. Minimalna kwota dofinansowania wynosi 15 000 zł. Maksimum dla działań inwestycyjnych to 345 000 zł, a dla projektu inwestycyjno-doradczego 350 000 zł, w tym maksymalnie 5 000 zł na doradztwo. Przy wybranych punktach Katalogu działań obowiązują progi od 25 000 do 80 000 zł, zależnie od punktu; obowiązujący zestaw sprawdzisz w Katalogu z danego naboru. Decyzje podejmuje ZUS.

Elementy typowe dla lakierni, które mieszczą się w kategorii działań inwestycyjnych:

• urządzenia i elementy mechanicznej wentylacji ogólnej i miejscowej — wywiewnej oraz nawiewnej — stosowane w warunkach zagrożenia szkodliwymi czynnikami chemicznymi lub pyłowymi; nie obejmuje to jednak systemu ogrzewania, systemu suszenia ani systemu filtracji i wentylacji powietrza nawiewanego do ściany, kabiny i komory lakierniczej;
• urządzenia i elementy miejscowej wywiewnej wentylacji i filtracji powietrza ścian, kabin i komór lakierniczych — bez kompletnych ścian, kabin i komór, czyli bez obudowy i całego wyposażenia służącego prowadzeniu procesu lakierowania i malowania;
• urządzenia zatrzymywania mgły lakierniczej, w tym filtracja sucha i mokra;
• urządzenia usuwania fazy gazowej z powietrza wywiewanego lub recyrkulowanego;
• wydzielone strefy odparowania z własnym układem wywiewnym;
• zamknięte myjki pistoletów i osprzętu z obiegiem rozpuszczalnika;
• odciągi miejscowe przy szlifowaniu i przy stanowisku wagowym w mieszalni;
• urządzenia wentylacji indywidualnej oraz mobilne urządzenia filtrowentylacyjne.

Zakres kwalifikowanych działań, wymagane dokumenty i sposób ich składania określa regulamin obowiązujący w danym naborze i to on jest źródłem rozstrzygającym, a nie opis techniczny procesu.

Opis stanowiska w lakierni składa się z wielkości, które w większości można ustalić bez sprzętu pomiarowego, na podstawie wymiarów, dokumentacji urządzeń i faktur zakupowych. Zestaw ten opisuje stan zakładu i pozwala policzyć skalę problemu; nie służy potwierdzaniu parametrów po wykonaniu instalacji.

• Geometria stanowiska — wymiary przekroju roboczego kabiny lub otworu roboczego ściany natryskowej, kubatura kabiny, układ przepływu.
• Strumienie — wartość deklarowana w dokumentacji techniczno-ruchowej urządzenia oraz wartość wyliczona z przekroju i prędkości projektowej, do porównania.
• Nawiew — czy istnieje, jaki strumień pokrywa, czy jest ogrzewany, jakim źródłem ciepła i o jakiej mocy.
• Metoda aplikacji na każdym stanowisku — typ pistoletu lub urządzenia, z przypisaną skutecznością przeniesienia materiału.
• Zużycie materiału — miesięczne zużycie wyrobu lakierowego, rozcieńczalnika i rozpuszczalnika do mycia, wynikające z faktur, a nie z szacunku.
• Układ lakierowy — karty techniczne i karty charakterystyki stosowanych wyrobów, z czasami odparowania i warunkami suszenia.
• Rozmieszczenie faz — gdzie fizycznie znajduje się detal podczas odparowania międzywarstwowego, końcowego oraz studzenia.
• Pomieszczenia pomocnicze — wyposażenie mieszalni, sposób mycia pistoletów, sposób przechowywania wyrobów i odpadów.
• Obsada i czas — liczba osób i czas pracy w każdej fazie procesu, w tym osoby przebywające w hali, ale niemalujące.
• Powietrze wywiewane — sposób odprowadzenia, obecność i zakres recyrkulacji, obecność stopnia fazy gazowej.

Te dane wystarczą, żeby ustalić, czy problemem jest brak wychwytu, brak bilansu, brak strefy odparowania, czy nadmiar emisji powstającej u źródła. Rozstrzygnięcie tej kwestii przed doborem urządzeń jest tym, co odróżnia inwestycję rozwiązującą problem od instalacji obsługującej zanieczyszczenie, którego nie musiało być.