淺析綠色制造在管殼式換熱器中的應(yīng)用

王福坤　孫燕華

[摘 要]在分析制造業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)上，總結(jié)國內(nèi)外現(xiàn)有狀況，指出當(dāng)前制造業(yè)的困境以及未來所面對的困局。針對制造過程提出實(shí)施綠色制造的可行性方案，說明實(shí)施綠色制造的效果，從理論上說明綠色制造在換熱設(shè)備制造中的可行性和必要性。

[關(guān)鍵詞]綠色制造 管殼式換熱器 環(huán)境 資源

中圖分類號：U73 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）01-0233-02

1.前言

制造已有200多年的發(fā)展史，按傳統(tǒng)的理解，制造是產(chǎn)品的機(jī)械工藝加工過程。制造技術(shù)的發(fā)展是一個(gè)國家持續(xù)發(fā)展的動(dòng)力，為了在競爭激烈的國際市場占領(lǐng)一席之地，就必須對制造技術(shù)進(jìn)行研究。20世紀(jì)以來，隨著生產(chǎn)力的提高和經(jīng)濟(jì)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，人們采用擴(kuò)大開發(fā)自然資源和無償利用環(huán)境的經(jīng)濟(jì)增長方式，造成了全球自然環(huán)境破壞，資源過度消耗，生態(tài)急劇破壞，環(huán)境空前惡化，人與自然的關(guān)系達(dá)到了空前緊張的程度。面對工業(yè)社會(huì)所帶來的嚴(yán)峻問題，我們必須走可持續(xù)發(fā)展的道路，從產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、制造、包裝、運(yùn)輸、使用、回收等各個(gè)環(huán)節(jié)展開綠色生產(chǎn)[1-2]。

2 .綠色制造在管殼式換熱器生產(chǎn)中的必然性

管殼式換熱器的制造與發(fā)展與鋼鐵行業(yè)息息相關(guān)。資料表明，我國2007年上半年累計(jì)粗鋼產(chǎn)量為2.371億噸，同比增長率17.8%，與這一成績并在的卻是鋼鐵行業(yè)發(fā)展中的重重危機(jī)[3]。鋼鐵行業(yè)的發(fā)展受到“高污染、高能耗”的嚴(yán)重制約，綠色制造作為現(xiàn)代制造模式，是解決這一問題的有效制造模式。推行綠色制造和清潔生產(chǎn)是本行業(yè)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展和環(huán)境保護(hù)的必由之路[4]。

在換熱設(shè)備生產(chǎn)過程中，要實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，就要求企業(yè)改變傳統(tǒng)的生產(chǎn)方式和經(jīng)營觀念，對產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、材料選擇、生產(chǎn)工藝、生產(chǎn)設(shè)施、市場利用、廢物產(chǎn)生和售后服務(wù)及處置都要有環(huán)境意識和可持續(xù)發(fā)展的思想。為獲得市場競爭力，企業(yè)必須做到五點(diǎn)：生產(chǎn)成本低、生產(chǎn)周期短、產(chǎn)品質(zhì)量高、技術(shù)水平高、不影響生態(tài)環(huán)境，即進(jìn)行綠色制造。

2.1 管殼式換熱器的設(shè)計(jì)

綠色產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)人員要改變傳統(tǒng)選材程序和步驟，選材時(shí)不僅要考慮產(chǎn)品的使用和性能，而且應(yīng)考慮環(huán)境約束準(zhǔn)則，同時(shí)必須了解材料對環(huán)境的影響，選用無毒、無污染材料和易回收、可重用、易降解材料。這為材料科學(xué)的發(fā)展也提出了新的要求，即要設(shè)計(jì)出適合綠色產(chǎn)品設(shè)計(jì)的綠色材料[5]。

換熱器一般為金屬材料，也有許多陶瓷、塑料的換熱器，但是在設(shè)計(jì)者對換熱器進(jìn)行最初設(shè)計(jì)時(shí)，可充分考慮介質(zhì)的組成選擇環(huán)保、節(jié)約成本的材料。如焦化廠常見的氨水換熱器，一些廠家選擇使用S31603（國標(biāo)牌號022Cr17Ni12Mo2）設(shè)備，但氨水換熱器的介質(zhì)中含氨量只有4%～5%，完全可以用常見的S30408（國標(biāo)牌號06Cr19Ni10）不銹鋼材料代替，既減少了對稀有金屬鉬（Mo）的使用，又節(jié)約了成本。同時(shí)墊片的選擇也是至關(guān)重要的，換熱器的墊片，拆卸之后一般不可再次利用，可以從易降解、可重用方面進(jìn)行設(shè)計(jì)。

2.2 管殼式換熱器的制造

2.2.1 材料管理

制造廠應(yīng)加強(qiáng)材料的管理。不能把含有有害成份的材料與無害成份的材料混放在一起。如除油污使用的丙酮、防腐的油漆與橡膠用品及勞保用品的放置需要分離。同時(shí)，達(dá)到壽命周期的產(chǎn)品，有用部分要充分回收利用，不可用部分要采用一定的工藝方法處理、回收，使其對環(huán)境的影響降低到最低限度，降低材料成本。

2.2.2 管板的加工

管板是管殼式換熱器的重要組成部分。管板的加工，需要割、切、車、削、鉆等各種工藝。

最主要的加工工藝過程是車和鉆，而這兩種加工過程又不可避免的需要使用金屬切削液來冷卻、潤滑、清洗和防銹等。然而切削液的大量使用，切削廢液的排放對環(huán)境和生態(tài)造成了巨大的副作用。如何降低切削液對環(huán)境的不良影響，已成為實(shí)現(xiàn)機(jī)械制造業(yè)可持續(xù)發(fā)展中急待解決的難題之一。目前，由于嚴(yán)格的環(huán)境立法和激烈的市場競爭，干式切削技術(shù)在所有材料和切削加工中廣泛應(yīng)用。西歐國家已有很多企業(yè)采用了干式切削加工，德國尤甚。我國關(guān)于潔凈制造技術(shù)的研究方興未艾[6]。

在干式切削技術(shù)在國內(nèi)普及之前，仍需使用切削液，如何使切削液具有良好的環(huán)境友好性能、不對操作者造成傷害、不影響加工質(zhì)量和生產(chǎn)安全都迫切的需要解決。2007年，何彥等提出面向綠色制造的機(jī)械加工系統(tǒng)任務(wù)優(yōu)化調(diào)度模型，以減少機(jī)械加工所產(chǎn)生的環(huán)境影響和資源消耗，對其模型進(jìn)行了應(yīng)用分析[7]。

2.2.3 下料與焊接

在換熱器的制造過程中，鋼板、鋼管等材料的下料過程普遍為氣割和等離子切割。氣割所需要的氧氣和乙炔是主要的工業(yè)用氣，等離子電弧切割使用的則是電流激發(fā)，兩種切割方式都會(huì)產(chǎn)生大量的空氣污染物。焊接過程中的電弧焊、埋弧焊以及二保焊等焊接方式同樣會(huì)因?yàn)樗幤せ蛩幮镜拇嬖诋a(chǎn)生大量煙霧，完全使用氬弧焊會(huì)極大的提高生產(chǎn)成本。

大量的煙氣一方面會(huì)對施焊工人的身體健康造成威脅，如塵肺?。涣硪环矫?，直接排入空氣，有害氣體和微小顆粒對空氣質(zhì)量造成嚴(yán)重危害，目前空氣質(zhì)量狀況的PM2.5指數(shù)，不可避免的與這些因素有關(guān)，潔凈生產(chǎn)已成為大勢所趨。企業(yè)可在車間安置多個(gè)排風(fēng)機(jī)，將排風(fēng)機(jī)換出的氣體進(jìn)行空氣過濾和潔凈，使排放入大氣的氣體潔凈程度達(dá)到最高。

2.2.4 無損檢測

管殼式換熱器在組裝之前，為避免出現(xiàn)焊接缺陷，殼體的焊縫需要進(jìn)行無損檢測。常用的表面檢測技術(shù)有滲透和磁粉檢測，內(nèi)部檢測則需要通過超聲、射線、聲發(fā)射等檢測手段。目前，多數(shù)換熱器的檢測依賴于X射線檢測，但X射線對人體有害，且穿透性較強(qiáng)，若防護(hù)措施不當(dāng)，極易射入外界環(huán)境中。

當(dāng)今，檢測專業(yè)的人才著力于研究磁記憶檢測，利用材料的磁疇變化產(chǎn)生的漏磁場及磁記憶特征判斷缺陷的位置。同時(shí)，金屬磁記憶法除了能發(fā)現(xiàn)早期正在發(fā)展的缺陷外，還能給出受檢對象的實(shí)際應(yīng)力-應(yīng)變狀態(tài)，找出生成缺陷的根源[9]。而且操作簡單，是一種無損檢測的發(fā)展趨勢，一旦技術(shù)成熟，有可能會(huì)替代射線檢測。

2.2.5 耐壓試驗(yàn)和泄漏性試驗(yàn)

管殼式換熱器的壓力試驗(yàn)分為液壓、氣壓和氣液組合試驗(yàn)。設(shè)備廠常用的試驗(yàn)方法是水壓試驗(yàn)。面向綠色生產(chǎn)，水壓試驗(yàn)可形成水路閉合，循環(huán)用水，節(jié)水且減少廢水排放。

泄漏性試驗(yàn)有氣密、氨滲、氦滲漏等多種檢驗(yàn)方法，空氣或氮?dú)庾鰵饷茌^常見，當(dāng)介質(zhì)對設(shè)備致密性要求較高時(shí)，需選用氨滲或氦滲漏等試驗(yàn)方法。此時(shí)，企業(yè)應(yīng)嚴(yán)格按照排放標(biāo)準(zhǔn)將氨氣引入水中避免發(fā)生中毒事件，減少有害氣體的揮發(fā)。此后對溶解氨水進(jìn)行處理，可灌溉農(nóng)田充當(dāng)?shù)剩部烧舫霭庇糜诨どa(chǎn)或回收壓縮重新利用。

2.2.6 噴漆與包裝

碳鋼的換熱器一般需要噴漆以起到防銹防腐作用，不銹鋼或鈦制設(shè)備表面需要酸洗鈍化處理。噴漆和酸洗都帶來了不同程度的環(huán)境問題。

噴漆過程中，許多企業(yè)為減少生產(chǎn)投入，直接在室外進(jìn)行噴漆，復(fù)雜的揮發(fā)性物質(zhì)直接進(jìn)入大氣，污染了空氣質(zhì)量。為同時(shí)兼顧噴漆工人的身體健康以及盡量減少對大氣的污染，可在建立的獨(dú)立噴漆空間的頂部安裝大氣循環(huán)裝置和廢氣處理裝置，以達(dá)到綠色生產(chǎn)的目的。

酸洗則帶來了土壤及地下水的酸性污染。為了我們共同的家園，必須要在固定的位置進(jìn)行酸洗操作，并將沖洗用水用一定量的石灰或苛性鈉進(jìn)行中和。中性水可以用來做水壓試驗(yàn)。

換熱器包裝避免不了使用塑料包裝。塑料的可降解性能差，是綠色生產(chǎn)中可以完全被替代的一種材料。在包裝設(shè)計(jì)中，應(yīng)廣泛利用天然生物包裝，大力發(fā)展紙質(zhì)包裝，使用可重復(fù)利用、可再生包裝材料，使用可降解的塑料包裝[10]。在經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益上都有著重要的意義。

3.結(jié)論

綠色制造是不可逆轉(zhuǎn)的發(fā)展趨勢，也是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程。綠色材料的使用和有效的回收再利用是其中的首要環(huán)節(jié)，綠色生產(chǎn)是重中之重，末端治理已經(jīng)出現(xiàn)了不可挽回的缺點(diǎn)和弊端。只有綠色材料的開發(fā)應(yīng)用和循環(huán)回收以及生產(chǎn)過程的綠色化同步發(fā)展，才能實(shí)現(xiàn)真正的綠色循環(huán)。然而，作為一相對較新的概念，它還存在著很多混淆和難以理解的地方。綠色制造研究的多目標(biāo)性、跨學(xué)科性需要國際國內(nèi)的合作，更需要政府、企業(yè)、科研院校及其多學(xué)科門類密切的合作，與大力的支持與推廣，才能實(shí)現(xiàn)理論和技術(shù)上的突破。

參考文獻(xiàn)

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[10] 胡海燕，劉 晶，逯海勇. 綠色包裝的材料應(yīng)用. 山東農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào). 2009.41（3）：451-454.

作者簡介

王福坤（1991-），男，山東聊城人，助理工程師，山東省歷城區(qū)唐王鎮(zhèn)石徐村南，機(jī)械設(shè)計(jì)。