導(dǎo)熱油爐在涂裝灌蠟線中的應(yīng)用

李曉宇，李寶利

（1.一汽-大眾汽車有限公司，吉林 長春 130000；2.長春一汽藍(lán)迪自動化工程有限公司，吉林 長春 130000）

前言

隨著汽車工業(yè)尤其是轎車的蓬勃發(fā)展，人們對車身防腐要求越來越高。為了保證車身與汽車其他系統(tǒng)達(dá)到同樣壽命，空腔灌蠟技術(shù)的應(yīng)用可以有效的避免因空氣中水分與金屬接觸而造成的車身腔體氧化腐蝕現(xiàn)象[1]。

所謂空腔灌蠟是通過專用泵或閥將 120 ℃液態(tài)融化蠟注入已預(yù)熱的車身空腔內(nèi)，多余的蠟經(jīng)重力作用流出車體，最終在車身空腔內(nèi)留下一層約0.03－1mm厚度蠟?zāi)?，單車蠟?zāi)た傊亓考s 1-1.5Kg，隔絕空氣與車身板材，以達(dá)到車身長期防腐的作用。

圖1 車身空腔蠟

相對普通的手工、機(jī)械自動式的噴蠟工藝，即將噴槍槍嘴插入車身預(yù)留的工藝開孔，高壓氣化蠟霧進(jìn)行噴涂，空腔注蠟工藝流程較復(fù)雜，設(shè)備投資金額大，溫度控制要求高，需要專門的熱源系統(tǒng)。

圖2 空腔灌蠟效果

以目前德系合資品牌一汽-大眾為例，灌蠟線的熱源形式主要采用導(dǎo)熱油鍋爐或熱水鍋爐系統(tǒng)。成都早期項目采用的是高壓熱水鍋爐，直接加熱水至 135℃，再通過高溫水加熱蠟至 120℃。在長春、佛山、青島、天津工廠灌蠟線上采用的都是導(dǎo)熱油鍋爐，以天然氣為能源介質(zhì)燃燒器，加熱導(dǎo)熱油至190℃，再通過導(dǎo)熱油與熱水換熱，加熱水至135℃，最終通過熱水加熱蠟至120℃。采用導(dǎo)熱油-熱水-蠟間接加熱，更加穩(wěn)定、準(zhǔn)確的控制蠟溫。

圖3 灌蠟工藝過程示意圖

1 導(dǎo)熱油鍋爐的特點(diǎn)

1.1 安全、可靠

導(dǎo)熱油鍋爐作為有機(jī)熱載體鍋爐的一種，采用液相導(dǎo)熱油為工作介質(zhì)。導(dǎo)熱油是一種液態(tài)無蒸發(fā)、高閃點(diǎn)、高沸點(diǎn)的油品，可在較低工作壓力下獲得較高的供熱溫度，大大降低高溫加熱系統(tǒng)的操作壓力和安全要求，提高了系統(tǒng)和設(shè)備的可靠性。導(dǎo)熱油鍋爐采用二次換熱的方式，使灌蠟線溫控系統(tǒng)更穩(wěn)定，從而很安全地實(shí)現(xiàn)以水或蒸汽為介質(zhì)的鍋爐較難滿足的要求。如果采用熱水鍋爐， 135℃的水的飽和蒸汽壓力為 3.131bar，低于此壓力，鍋爐水汽化。高壓熱水鍋爐熱水的煮沸性，將造成系統(tǒng)腐蝕。

1.2 經(jīng)濟(jì)、環(huán)保

對比熱水鍋爐，導(dǎo)熱油鍋爐系統(tǒng)首次設(shè)備投資大，但省去了閃蒸罐及壓力控制裝置等。更主要的是導(dǎo)熱油系統(tǒng)維修量小，導(dǎo)熱油無腐蝕性，對鍋爐及管路不易造成腐蝕及結(jié)垢，省去了鍋爐給水處理費(fèi)用及鍋爐排污水處理費(fèi)用。導(dǎo)熱油無泄漏的情況下是零排放的，更環(huán)保。

2 導(dǎo)熱油鍋爐的構(gòu)成

導(dǎo)熱油鍋爐有兩種基本形式：液管式及火管式。液管式的加熱爐，導(dǎo)熱油通過泵往盤管內(nèi)輸送，然后在管內(nèi)加熱，火焰在管外，如圖4所示?；鸸苁降募訜釥t，導(dǎo)熱油在火管的外側(cè)流過，通過加熱爐的殼程，而火焰及煙氣在管內(nèi)流過。

圖4 液管式導(dǎo)熱油鍋爐結(jié)構(gòu)

3 導(dǎo)熱油變質(zhì)分析

灌蠟線因長期運(yùn)行，導(dǎo)熱油存在變質(zhì)風(fēng)險，原因有二：

3.1 導(dǎo)熱油溫度過熱

導(dǎo)熱油溫度分為主體溫度（流動的導(dǎo)熱油溫度）及膜溫（與加熱盤管邊界接觸，不流動的導(dǎo)熱油溫度），膜溫高于主體溫度。導(dǎo)熱油通過傳熱面的速度必須相對快，以充分?jǐn)U展紊流，從而避免膜溫過高導(dǎo)致傳熱面和導(dǎo)熱油的損害。流動主體溫度是固定的，由導(dǎo)熱油鍋爐上熱電阻控制。當(dāng)導(dǎo)熱油流速低時，加熱盤管溫度就高，即膜溫高，如圖5所示，導(dǎo)熱油超溫發(fā)生化學(xué)鏈變化，加速氧化，粘度加大，不溶物增加，導(dǎo)熱油變質(zhì)發(fā)黑，嚴(yán)重時出現(xiàn)固體顆粒，結(jié)焦滯留在管壁，影響換熱效果，更嚴(yán)重時加熱管溫度過高，火焰燒壞加熱管，導(dǎo)熱油泄露，發(fā)生安全事故。所以說流量控制比溫度控制更重要。一定要在傳熱面上設(shè)法使導(dǎo)熱油達(dá)到紊流，不應(yīng)存在駐點(diǎn)，避免過熱點(diǎn)的存在及局部導(dǎo)熱油氣化。導(dǎo)熱油在加熱爐管內(nèi)工作的適宜流速值為2-2.5m/s[2]。

圖5 導(dǎo)熱油流速與溫度對比圖

3.2 導(dǎo)熱油與氧氣接觸

對于一個導(dǎo)熱油循環(huán)系統(tǒng)來說，由于設(shè)計、操作等因素，膨脹罐或者儲油罐等設(shè)備中的導(dǎo)熱油有可能會暴露在空氣中。如此，導(dǎo)熱油將會與空氣中的氧氣發(fā)生氧化反應(yīng)。在常溫狀態(tài)下或者油溫較低時，氧化反應(yīng)速度較慢，對其所發(fā)生的品質(zhì)變化基本可以忽略，但當(dāng)油溫較高時（大于 60℃），氧化反應(yīng)速度會明顯加快，進(jìn)而氧化變質(zhì)縮短導(dǎo)熱油壽命。

導(dǎo)熱油氧化變質(zhì)后，將生成有機(jī)固體不溶物，同時，氧化產(chǎn)物將增加導(dǎo)熱油的運(yùn)動粘度，影響傳熱，進(jìn)而加劇導(dǎo)熱油的過熱裂解，最終縮短導(dǎo)熱油壽命，甚至引發(fā)安全事故。導(dǎo)熱油氧化變質(zhì)后，從外觀上看，油的顏色會從黃色變?yōu)椴韬稚瑖?yán)重的會變?yōu)楹稚?，從分析測試看，導(dǎo)熱油的中和值、運(yùn)動粘度、高沸物、丙酮不溶物等項目的測定數(shù)值均會升高。

4 導(dǎo)熱油防止變質(zhì)的方法

防止導(dǎo)熱油變質(zhì)的原則是盡量避免高溫導(dǎo)熱油與空氣接觸。

4.1 惰性氣體保護(hù)

防止導(dǎo)熱油氧化變質(zhì)最有效的方法是使用惰性氣體保護(hù)膨脹罐，最常用的是氮封。惰性氣體保護(hù)原理是在膨脹罐氣相空間內(nèi)保持一種微正壓的不反應(yīng)氣體，以防止空氣與水分進(jìn)入膨脹罐內(nèi)。氮封裝置可非常有效的防止導(dǎo)熱油氧化。

圖6 氮封系統(tǒng)流程圖

4.2 冷油封保護(hù)

冷油封裝置是通過冷卻導(dǎo)熱油封閉放空管管口的方法來隔絕外界空氣與系統(tǒng)內(nèi)高溫導(dǎo)熱油的接觸。

與氮封相比冷油封裝置的優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備簡單，不需要消耗氮?dú)?，其缺陷是：?）當(dāng)系統(tǒng)油溫下降，導(dǎo)熱油體積收縮，膨脹罐內(nèi)導(dǎo)熱油液位會下降，此時冷封罐內(nèi)的冷油可能會被抽回膨脹罐中，一旦冷油無法覆蓋放空管管口，會使空氣重新進(jìn)入膨脹罐，造成冷油封失效。（2）低沸物和水分在膨脹罐中氣化后進(jìn)入冷封罐，會遇冷液化，在冷封罐內(nèi)積聚，如果膨脹罐導(dǎo)熱油液位下降可能會把積聚在冷封罐中的低沸物、水分抽回膨脹罐，造成系統(tǒng)操作不穩(wěn)定。因此，對于熱負(fù)荷波動較大的系統(tǒng)，尤其是間歇式操作系統(tǒng)，不適合選擇冷油封裝置。

圖7 冷油封系統(tǒng)流程圖

5 結(jié)論

本文介紹了導(dǎo)熱油鍋爐在汽車灌蠟線上的應(yīng)用，并解決了導(dǎo)熱油變質(zhì)的問題及防治方法。