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【目录】

一、 前言

二、 项目实施背景

(一)节能减排，打造绿色节能工厂

(二)降本增效，降低单车制造成本

三、 项目内容

(一)工厂总能耗状况分析

1、涂装车间主要制造工艺流程

2、涂装车间各工艺段能耗占比

(二)工艺段能耗分析及改善

1、烘炉

2、喷房

3、车间送排风机

4、输调漆系统

四、 项目成果

(一)能耗变化及经济效益

(二)管理效益

01

【前言】

长安福特汽车有限公司（以下简称长安福特）是由长安汽车股份有限公司和福特汽车公司共同出资成立的中外合资企业。现有重庆、杭州、哈尔滨3个制造基地，共包含5个整车工厂、一个发动机工厂和一个变速器工厂。主要生产车型包含SUV福特探险者、锐界、锐际、翼虎，轿车蒙迪欧、金牛座、福克斯、福睿斯，发动机和变速器工厂的产品主要满足长安福特整车工厂制造，并出口到福特亚洲、欧洲、北美部分国家和地区。

长安福特汽车有限公司是国家发改委和重庆市发改委核定的重点用能企业。公司设立了专职的能源岗位，各工厂、车间、班组均有专、兼职能源管理人员。在能源管理方面，遵循福特全球能源管理运作体系EMOS进行系统化管理。

02

【项目实施背景】

(一)节能减排，打造绿色节能工厂

随着工业化的发展，全球气候变暖已成为人类必须认真对待并解决的迫切问题，环境的恶化也给人们敲响了警钟。为此，国家和社会对制造企业节能减排的要求不断提高，并采取了一系列措施，加强环境保护，实现可持续发展。

长安福特汽车有限公司作为长安汽车有限公司和福特汽车有限公司两大集团战略合作的重点企业，拉动了重庆市的地方经济，促进了重庆市汽车工业的快速发展，在坚持为客户提供高质量汽车的同时，加强企业节能环保工作，致力于打造绿色节能工厂。

(二)降本增效，降低单车制造成本

近年来，汽车市场已告别高速增长期，形成了新的竞争格局，随着产能过剩，终端市场竞争激烈，分销库存居高不下，汽车制造业面临巨大压力，成本控制成了企业可持续发展的必要手段，而能源成本在汽车制造成本中占有较高比例，因此控制能源成本势在必行。

涂装车间作为整车制造工厂的用能大户，其用能占比达到工厂的50%，本项目以长安福特二工厂涂装车间作为示范，从2014年开始不断进行节能措施的探索及改善，持续降低单车能耗成本。

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【项目内容】

(一)工厂总能耗状况分析

2014年~2019年，长安福特总能耗趋势如图，其中涂装车间用能占工厂总能耗55%（冲压车间3%、焊装车间18%、总装车间2%、动力站房20%、其他部门占2%）（图表1），年能耗成本高达2000万元。因此，涂装车间的能源精细化管理实施可以产生可观的经济效益，并且减少CO2的排放。

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图表 1长安福特二工厂总能耗及各部门用能占比

涂装车间主要制造工艺流程

涂装的目的主要在于通过涂装工艺生产过程，使涂料在车体表面形成牢固、连续的涂层，发挥其防护、装饰和特殊功能等作用。按工艺流程可分为前处理、电泳、电泳烘烤、密封胶、胶烘烤、中面涂、面漆烘烤（图表2）。长安福特二工厂涂装车间中面涂采用高固份涂料“3C1B”工艺，能够降低VOC和CO2排放，同时达到降低能耗、提升质量和缩短工艺时间的效果。         

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图表 2涂装车间工艺流程

涂装车间各工艺段能耗占比

涂装车间的烘炉、喷房、车间送排风机及输调漆系统为工艺过程中能耗最高的设施设备（图表3），本项目讨论精细化管理生产方式在涂装车间的具体运用，重点针对以上高能耗设备进行改造及对运行模式进行精细化管理，以达到降低能耗的目的。

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图表 3涂装车间主要工艺段用能分布

(二)工艺段能耗分析及改善

1、烘炉

工作原理

天然气在炉膛内燃烧，燃烧后的高温气体通过加热箱内的热交换器加热循环空气，循环风机使循环空气在烘炉和加热箱之间循环（图表4）。循环空气的热量通过辐射或对流方式，传递给在烘房里喷涂好油漆的车身。车身温度达到油漆固化温度并保持一定烘烤时间后油漆固化。烘炉内部可根据功能分为预升温段、升温段、保温段、冷却段等不同的工艺段。其主要耗能是风机用电和燃烧器用天然气。

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图表 4燃烧器示意图

烘炉热量（能耗）分布

从下图看出烘炉的热量流向（图表5）：天然气燃烧释放出的大部分热量主要用于烘炉升温、车身加热以及炉壁、管道、出入口的换热损失。

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图表 5烘炉工艺流程图

节能降耗对策

根据Q=被涂物重量*C*(t2-t1) 优化烘烤温度，可以降低热量需求。

生产线设计建造时，烘炉各个区域的烘烤温度设定值都是根据涂料供应商提供的烘烤窗口而设定的，但考虑到车身结构的复杂性，设置的烘烤温度有一定余量。

经过6-sigma项目验证，将电泳烘炉的预升温段温度由原设置的130℃调整为110℃（图表6），验证电泳漆膜附着力、硬度、耐溶剂擦拭仍然合格，证明局部降低烘烤温度方案可行，可以通过该方案节约烘炉能耗。

经长安福特二工厂涂装车间实践论证，当烘烤时间不变，预升温段设定温度由130℃调整为110℃后，每小时可节约天然气用量60m3，全年生产日可节约天然气11万立方米。

烘炉预升温段温度曲线：

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图表 6改善前后温度曲线

预升温段温度调整前后电泳漆膜质量双样本分析结果：

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图表 7改善前后漆膜质量双样本分析

实验结论：P＜0.05，降低预升温段设定温度可降低天然气耗量，且电泳漆膜质量合格（图表7）；

优化烘炉升温开机时间和模式

烘炉是涂装车间生产最主要的耗能设备之一，且需要在开线时间之前开启，从常温升到工艺设定温度。在改善前，根据每日开线时间提前开启烘炉，烘炉各段同时升温。这样的开机方式存在以下缺陷：

①提前开机时间未进行精确控制，存在烘炉在生产开线之前提前升温到位的情况；

②烘炉内各工艺段升温到位所需时间不一致，导致升温快的工艺段提前升温到位的时间过长，车身还未到达工艺段，设备就已经升温到位，存在较长时间空转待机浪费；

③在开机升温阶段及车身未到烘炉冷却段，烘炉冷却段强冷风机就已经启动，这段时间冷却段内并没有车身需要冷却，冷却段风机空运转时间过长；

④在生产结束后进入烘炉烘烤的车辆只会在第二天才会进入到下一个工位，因此不需要对车身进行冷却；

⑤当烘炉生产的最后一台车从冷却段出来后统一关闭烘炉，而之前的预升温段及保温段内已经没有车身需要烘烤了，设备处于空转状态，该段的燃烧器在继续运行，导致天然气浪费。

针对这些问题，我们进行了深入探讨，进行了以下改善：

①对基础数据统计整理。通过中央控制室监控记录，提取烘炉温度-时间曲线历史记录图，经过对大量数据的整理和计算，确定出不同季节烘炉升温到位所需的最长时间。然后根据升温到位所需时间精确控制提前开机的时间

②针对各工艺段升温时间不一致的情况，细化烘炉一键开机模式，在烘炉一键启动后根据各工艺段升温到位所需时间自动设定一定的延迟启动时间。

③修改冷却段强冷风机启动方式，设定为当烘烤完成的车身到达冷却段时才启动强冷风机。并在车身到达冷却段时打开烘炉出口卷帘门，避免冷却段风机未启动时烘炉热气外溢到车间。

④在关机阶段通过计算最后一台车在烘炉内的具体位置，可以确定烘炉每个工艺段内是否有需要烘烤的车身。并通过修改关机程序，实现烘炉燃烧器的分段关机，车辆通过各段后自动关闭各段燃烧器。

通过改善，实现了烘炉在不同季节根据炉内初始温度自动设置升温时间的功能，根据升温时间精确控制烘炉提前开机的时间，并为烘炉各工艺段设置启动延迟时间，实现分段启动。以电泳烘炉为例，在夏季期间，若炉内起始温度为30℃，PLC会计算出升高到工艺温度需要 45 min，这时，WU301会在第 1台车身到达烘炉前 45 min（5 min余量）时自动开启，精度控制在 5 min左右。当第一辆车身完成烘干，到达冷却区时，强冷风机才开启；在关机阶段，通过追踪最后一台车身在烘炉内的位置，当车身通过WU301后就关闭WU301的燃烧器，车身通过WU302后就关闭WU302的燃烧器，并在最后一台车进入烘炉时就关闭冷却段强冷风机。通过以上改善措施，最大程度上消灭了设备做无用功的时间。

a) TAR/RTO烟气余热回收利用

在油漆固化的过程中会释放出VOCs和一些树脂类挥发性气体，在冷却后生成油，这些物质随着生产的进行在烘炉内的浓度逐渐升高，不但影响车身的质量还会产生安全风险。因此需要持续向烘炉内供给新鲜空气并排出被污染的废气。国家环保要求，涂装烘房的废气必须处理合格后才能排向大气。TAR是通过高温燃烧的方式处理烘炉废气使其达到环保排放要求，并回收高温废气的热量供给烘房设备，RTO是在高温下将废气中的有机物(VOCs)氧化成对应的二氧化碳和水，从而净化废气，并回收废气分解时所释放出来的热量。但是，TAR和RTO经过热量回收后的废气排放温度依然高达190℃，直接排放白白浪费了它的热量。

本项目将TAR及RTO余热回收来为锅炉循环水进行加热，减少锅炉加热时间。通过回收TAR和RTO的余热，并调整锅炉点火温度，除在早上升温阶段外，正常生产时间内通过余热回收即可基本满足生产现场的供热需求，锅炉只需要在热水温度降低到设定值以下后短时间工作，天然气用量显著降低（图表9）。

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图表 9 TAR/RTO余热回收前后锅炉的每日用气量变化

喷房

(1)工作原理

喷房是为喷漆提供清洁的环境，在喷漆过程中需要对所有进入喷房的空气进行处理，包括过滤、温湿度控制及风量控制（图表10）。该过程消耗大量能源。

（2）喷房主要能耗设备包括：送排风机、机器人、照明、漆渣处理及输送系统。主要能耗组成： 喷房送排风风机、空调系统和水泵所消耗的电能， 喷房送风的温度湿度调节所需要的天然气耗能。

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图表 10喷房示意图

节能降耗对策

a)机器人段喷房空气再循环利用

减少温湿度调节所需要的天然气、冷冻水耗量。通过设备自动化升级改造，将人工喷漆工位改为机器人喷涂，实现了喷房供风的循环利用，减少了喷房所需的新风风量，喷房所需的新风量降低80%（图表11）。

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图表 11改造前后风量对比

开机控制，减少开机准备时间 

涂装车间喷漆室空调温湿度控制不同于一般的空调控制系统（图表12）。涂装车间喷漆室内的温湿度要求控制精度比较高，且要求持续稳定。由于喷漆室内温度与湿度之间存在交叉耦合情况，即温度控制会引起湿度变化，湿度控制也会引起温度变化。开机期间外界自然风的温湿度与设定的温湿度之间存在较大差异，采用传统PID控制时，PID的输出分成加热、制冷和加湿信号，每个PID功能模块分别单独控制各自的燃气阀开度、冷水阀开度和加湿泵频率，从而实现对喷漆室内温湿度的控制，存在较长时间的振荡调整过程。本项目通过收集不同温湿度下在PID控制稳定时燃气阀开度、冷水阀开度和喷淋泵频率的历史数据，经过大数据计算分析，制定外界温湿度与燃气阀开度、冷水阀开度和喷淋泵频率的对应关系。在开机阶段PLC获取外界温湿度数据后直接将燃气阀开度、冷水阀开度和喷淋泵频率调整到对应值，控制喷房的温湿度快速达到设定温湿度，减少PID 震荡调节时间（图表13）。

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图表 12喷房温湿度控制流程

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图表 13改善前后震荡时间对比

喷房温湿度参数设置优化：采用焓值变化较小的温湿度设定值

在已知大气压力以及湿空气7个基本参数（干球温度、湿球温度、相对湿度、露点温度、含湿量、焓值、水蒸气分压力）中的任意2个，可以计算湿空气的其他5个参数。我们可以根据一定质量的空气在处理过程中焓值的变化，来判定空气是得到热量还是失去了热量。空气的焓值增加表示空气中得到热量；空气的焓值减小表示空气中失去了热量。

涂装车间喷房使用的是高固份的溶剂型油漆，油漆对温湿度有较大的适应范围。见下图（图表14）红色框为满足油漆喷涂需求的温湿度范围。在之前冬夏季模式下的喷房温湿度为一个固定值，且未接近温湿度控制范围的极限。优化后喷房温湿度进行设定，采取范围控制方式，结合外界温湿度状态，在油漆的适应的控制范围内选用焓值变化较小的温湿度设定值。既能达到节能的目的，又能满足油漆喷涂所需的温湿度环境。

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图表 14温湿度控制范围

根据生产计划合理调控喷房运行模式和运行时间

涂装车间喷房自动化改造后的设计的JPH为单线33JPH双线66JPH。目前受排产影响，喷房前电泳打磨和喷房后抛光检查工位只有55JPH。喷房存在部分空置等待时间。如果能根据喷房前后的实际流转情况，及时切换喷房的单/双线生产模式，则既能满足生产的需求，又能达到节能降耗的目的。通过计算，喷房双线生产4个小时，单线生产3.5个小时即可满足全天的产量需求。在实际执行时，早上8：00开机生产时喷房双线运行，完成电泳打磨及之前的胶线储备流转车辆的喷漆；下午14：00左右，喷房切换到单线模式生产，每天可节约喷房单线2个小时的能耗。

实施上述措施后，喷房还是存在一定的空闲时间，通过修改PLC程序追踪空位在喷房中的位置，当有连续五个以上的空位进入喷房时，降低送排风机的频率。例如，当有连续的五个以上空位进入色漆段时，则降低色漆段送排风机的频率。当倒数第二个空位即将离开时，恢复送排风机频率。

合理使用不同的节能模式

当周末非生产日喷房在进行清洁及设备维护时，需要开启喷房风机进行通风。喷房在运行模式的选择上没有进行优化、管控，导致喷房长时间处于清洁模式运行，造成喷房用电量浪费。

清洁模式：两条面漆喷涂线除RFH循环风机停机外，其他ASU风机都正常运行（图表15）。

周末模式：两条面漆喷涂线RFH循环风机停机，ASU风机降频到15HZ运行。

经过分析，只有在喷房内使用溶剂进行清洁时，喷房才需要开启清洁模式，而常规维护及清洁只需要开启周末模式即可。因此，通过调整喷房清洁计划，对需要使用溶剂的清洁项目安排人手集中到同一时段进行。每天只需要开启一个小时的清洁模式，剩下时间开启周末模式。

同比清洁模式，周末模式每小时节约电耗370kWh，全年非生产日可节约电费12万。

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图表 15清洁模式与周末模式

车间送排风机

(1)工作原理

对从厂房外部抽取的新鲜空气进行过滤，温湿度调整，送入车间厂房及工位，以达为车间通风的目的。

节能降耗对策

a)风机变频改造

原车间及工位送排风机多为定频控制，无法根据现场实际情况进行频率及送风量调节。工艺调整及人员精进后工位需求的风量减少，进行变频改造后可以根据实际需求降低供风机频率，达到节约用电的目的。

 湿度控制

结合涂装车间厂房和工位的特点，某些区域不需要对温湿度严格的控制。可适当放大温湿度控制范围。例如，当外界温湿度为状态A（温度29℃，湿度55%）时，需要的风量为100万m³/h，如果将温湿度调整到状态B（温度26℃，湿度71%），所需要的能耗为28kw/h；如果将温湿度调整到状态C（温度26℃，湿度60%），所需要的能耗为2209kw/h。很显然达到相同温度下，不同的湿度所需要的能耗相差非常大。特别时在干燥炎热的夏季，外界温度高湿度低，通过喷淋加湿的过程实际上是一个等焓变化的过程，当湿度增加后，温度就会相应降低，这样可以避免或减少冷冻机组的开启，同样达到降低温度的目的，从而起到节能的作用。

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图表 16状态A到状态B为等焓变化

输调漆系统

(1)工作原理

利用压力泵将涂料从输调漆罐通过密封管道压送到涂装车间喷漆室各个操作工位的管道网络，不仅能够保证以适当的压力和流量输送涂料，同时还能对涂料的温度、粘度等特性进行控制。

主要设备及部件：

输调漆罐、循环泵、稳压器、过滤器、循环管道、调压装置、液位控制及温度控制等

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图表 17调漆系统示意图

节能降耗对策

a)非生产期间调节调漆间送排风机频率

在输调漆系统运行期间会释放出挥发性有机物，为保证安全必须不断为调漆间提供新鲜空气并排出含有挥发性有机物的废气。在非生产期间，调漆间内储漆量减少、循环及搅拌频率降低，挥发性有机物释放量减少。在保证调漆间每小时换气次数的前提下，可以降低调漆间供排风机的频率。

b)调漆系统的生产模式和睡眠模式

生产模式为油漆恒压模式，为保证压力稳定需要电机运行在较高频率。睡眠模式为油漆恒流模式，电机只需要低频运行保持涂料正常循环、不沉淀即可。

通过增加喷涂机器人与输调漆系统的连锁信号，并修改喷涂机器人与输调漆系统的程序，以实现当对应颜色的车体进入到对应的喷涂区域后，才将对应颜色的输调漆系统从睡眠模式切换为压力模式。喷涂结束后将对应输调漆系统切换回睡眠模式。

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【项目成果】

(一)能耗变化及经济效益

通过以上设备改造及运行模式的改善，长安福特二工厂涂装车间能耗下降明显（图表18），大幅降低了工厂的制造能源成本（图表19）。

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图表 18长安福特二工厂涂装车间总能耗

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图表 19长安福特二工厂涂装车间能源费用

(二)管理效益

本文主要从设备改良、工艺改进，车间日常运行管理方面，讨论了涂装车间烘炉、喷房、车间送排风机及输调漆系统的节能对策，以上措施同样可应用于车间其他能耗占比较低的工艺段，如:前处理、电泳、密封胶等区域。

在精益理念指导下，结合涂装生产线工艺特点，进行设备管理和运行模式创新，不仅提升了涂装生产线设备管理水平，而且企业获得了可观的经济效益，该方式具有极大的推广价值。

长安福特将继续开发和使用节能环保技术炒股杠杆什么意思，并从工程设计和建设源头开始，深化节能、环保措施，在为建设资源节约型、环境友好型社会尽责任的同时，实现企业的节能可持续发展！

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