換熱器內(nèi)部殘留揮發(fā)油烘干研究與運(yùn)用

鄒成科 劉孟杰 杜 健

（格力電器（合肥）有限公司 合肥 230088）

引言

換熱器主要結(jié)構(gòu)組成由翅片（鋁箔沖壓制作）、長U管（銅管機(jī)械折彎）、鈑金件（機(jī)械沖壓），翅片和長U管的加工過程中都需要使用大量的揮發(fā)油（a鋁箔在進(jìn)入沖床前要用揮發(fā)油處理表面，沖壓過程中設(shè)備沖頭模具也都需要大量的揮發(fā)油降溫、減少機(jī)械磨損、保證翅片質(zhì)量；b長U管折彎和切割過程中也需要噴大量揮發(fā)油保證銅管成型和設(shè)備都起到保護(hù)作用），導(dǎo)致初步成型的換熱器表面和內(nèi)部殘留部分揮發(fā)油，如果不盡快處理好殘留揮發(fā)油，經(jīng)過一段時(shí)間PH值會(huì)慢慢越來越小，酸性腐蝕銅管也越來越嚴(yán)重，銅管剛開始會(huì)氧化，發(fā)黑，輕微腐蝕，最后蟻巢腐蝕泄漏；同時(shí)銅管管口有油也會(huì)影響焊接時(shí)焊料流動(dòng)性和子母材料的融合，嚴(yán)重降低焊接一次合格率[1]。

正因?yàn)閾Q熱器加工中對(duì)揮發(fā)油的依賴，同時(shí)質(zhì)量影響也非常嚴(yán)重，烘干工藝是換熱器生產(chǎn)流程中必不可少的一個(gè)環(huán)節(jié)。國內(nèi)空調(diào)企業(yè)大部分采用傳統(tǒng)隧道式烘干機(jī)（圖1），工作時(shí)由循環(huán)風(fēng)機(jī)提供動(dòng)力,燃繞器提供熱源,隧道內(nèi)部形成循環(huán)熱風(fēng)，提高空氣溫度達(dá)到清理物料內(nèi)部油和水的目的，主要的特點(diǎn)為加熱溫度提升快、溫度調(diào)節(jié)上限高、加熱面積全面，缺點(diǎn)是溫度曲線不穩(wěn)定、內(nèi)部油份揮發(fā)不完全。近二年國內(nèi)某知名空調(diào)企業(yè)也在研究真空烘干設(shè)備，利用負(fù)壓（真空）降低物料中水或溶劑的沸點(diǎn)，通過傳導(dǎo)傳熱提供足夠的熱量來蒸發(fā)物料中多余溶劑的干燥設(shè)備，技術(shù)上面還有很多難點(diǎn)未攻克。

圖1 傳統(tǒng)隧道式烘干機(jī)示意圖

1 烘干存在的問題

為了更好監(jiān)控?fù)Q熱器烘干后的殘油含量，利用設(shè)備紅外三波數(shù)測(cè)油儀，從烘干后的兩器中，抽檢一定數(shù)量的兩器用液萃取液清洗銅管，然后用油份分析儀（IR-200A）測(cè)量清洗液中的含油量，2013年以前銅管殘油含量標(biāo)準(zhǔn)：C≤1 mg/m，2013年后銅管殘油含量標(biāo)準(zhǔn)提高：C ≤ 0.5 mg/m[5]。

1.1 設(shè)備恒溫差

國內(nèi)空調(diào)企業(yè)的烘干設(shè)備一般烘道實(shí)際溫度須控制都在：150～180 ℃（根據(jù)企業(yè)工藝要求、換熱器規(guī)格、天氣情況等有所不同），烘干設(shè)備的熱源主要由燃燒室提供，為了保證烘道控制在一定溫度中，燃燒室通過大小火轉(zhuǎn)換來保證烘道溫度可控，防止溫度低了殘油揮發(fā)更差，溫度高了導(dǎo)致銅管過烘氧化。

選擇同一條烘干線體選擇不同時(shí)間段進(jìn)行爐溫測(cè)試（圖2），發(fā)現(xiàn)最高溫度相差10 ℃，最重要的銅管內(nèi)部恒溫相差約30 s。

圖2 爐溫測(cè)試示意圖

1.2 設(shè)備內(nèi)部無橫向氣流

隧道式烘干機(jī)的結(jié)構(gòu)是循環(huán)風(fēng)路系統(tǒng)，由風(fēng)機(jī)送風(fēng)管以及回風(fēng)管組成這是一個(gè)閉環(huán)循環(huán)系統(tǒng),在送風(fēng)管上設(shè)置了不同要求的風(fēng)嘴循環(huán)風(fēng)路系統(tǒng)用于不斷地給爐內(nèi)提供熱空氣,以滿足對(duì)換熱器進(jìn)行烘干的需要；但所有循環(huán)風(fēng)路均是上下運(yùn)行方式，而換熱器擺放管口是左右朝向（圖3），這樣的設(shè)計(jì)對(duì)換熱器表面揮發(fā)油烘干效率非常高，從使用至現(xiàn)在還未發(fā)現(xiàn)表面出現(xiàn)過一次未烘干的現(xiàn)象，可以說已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了質(zhì)量要求的標(biāo)準(zhǔn)。風(fēng)向與換熱器擺放方向的相反，主要還是影響銅管內(nèi)部受熱面積和氣化揮發(fā)油的置換。

圖3 烘干機(jī)左右朝向示意圖

2 分析論證

2.1 爐溫恒溫分析

換熱器現(xiàn)加工中過程所使用的揮發(fā)油主要二種翅片油和銅管油，他們雖然都屬于揮發(fā)油但成份含量有所不同，后者密度略高于前者；換熱器在加工成型中二者會(huì)形成混合油，根據(jù)揮發(fā)油規(guī)定揮發(fā)標(biāo)準(zhǔn)，取內(nèi)徑φ56 mm的培養(yǎng)皿準(zhǔn)確稱取揮發(fā)油5 g±0.001 g，在120 ℃的情況下在箱中烘10 min（烘干時(shí)，敞開培養(yǎng)皿蓋子），開箱后立刻蓋上蓋子，并冷卻至室溫，準(zhǔn)確稱重為，計(jì)算該油的揮發(fā)率；標(biāo)準(zhǔn)揮發(fā)性分別為≥42 %、≥22 %。

實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)情況和實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)還是有所差別的，設(shè)備溫度更高，但是烘干時(shí)間也未達(dá)到10 min，只能將實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)作為參考。通過實(shí)際的研究150～180 ℃保持2.5 min以上，揮發(fā)性較差的銅管油也能完全氣化。那么隧道式烘干機(jī)雖然恒溫穩(wěn)定性差，通過對(duì)設(shè)備溫度幅度上下偏差值的研究，工藝參數(shù)的進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，是可以滿足換熱器殘油需求。

經(jīng)上述分析，溫度不是導(dǎo)致?lián)Q熱器殘油超標(biāo)的核心問題。

2.2 設(shè)備橫向氣流分析

清理換熱器殘油的整個(gè)過程是高溫將液體慢慢氣化，然后將含有揮發(fā)油的氣體進(jìn)行置換，來達(dá)到清理的目的，再此之前一直分析和研究溫度是否滿足，油份液態(tài)變成氣態(tài)前提條件，卻忽略汽態(tài)下的油能否100 %的置換出來。

換熱器表面的殘油屬于開放式置換不用進(jìn)行考慮，主要分析銅管內(nèi)部殘油，管口朝向與設(shè)備風(fēng)源方向不一致，氣體置換的效果較差；初步預(yù)案按照整條烘干線增加3處吹氣工裝來驗(yàn)證效果，分別安裝在上線段、中間段、下線段（圖4）。

圖4 隧道式烘干機(jī)氣體置換工裝示意圖

1）上線段：換熱器進(jìn)入烘干流水線處，吹氣工裝安裝在線體二邊，達(dá)到置換銅管內(nèi)部氣體的目的。

2）中間段：在靠近燃燒室后面安裝，此時(shí)的揮發(fā)油基本已是氣態(tài)，達(dá)到含高濃度油的氣體

3）下線段：在出烘干機(jī)主體尾部，此時(shí)銅管內(nèi)部大部分高濃度含油氣體已經(jīng)置換，用相對(duì)更干凈的空氣進(jìn)行置換。

根據(jù)預(yù)案增加三組吹氣工裝并實(shí)際進(jìn)行評(píng)測(cè)，算出每組對(duì)油份的影響程度。實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證：選取不同規(guī)格管徑、同批次物料各28件，分為全部關(guān)閉氣閥、開上線工裝、開中間工裝、開下線工裝四種狀態(tài)各測(cè)試7件換熱器，最終出來的油份去掉上下限，得出5組數(shù)據(jù)；來推算換熱器內(nèi)部油份氣化后的置換作用（如表1）。

表1 油份測(cè)試數(shù)據(jù)

氣閥全部關(guān)閉和只開上線工裝時(shí)油份數(shù)據(jù)基本差不多，偶爾還有超出工藝范圍數(shù)據(jù)，說明上線處對(duì)最終影響程度不大；而開啟中間和下線工裝時(shí)，油份數(shù)據(jù)有明顯改善，且數(shù)據(jù)均合格，特別是下線處將內(nèi)部氣體置換的更加干凈徹底。

3 解決方法

1）設(shè)備下線溫度的設(shè)定，遠(yuǎn)程溫度監(jiān)控：對(duì)烘干機(jī)溫度增加溫度感應(yīng)器，實(shí)時(shí)監(jiān)控溫度波動(dòng)變化（圖5），同時(shí)與設(shè)備進(jìn)行聯(lián)動(dòng)，溫度低于160 ℃自動(dòng)停線，防止小火轉(zhuǎn)換出現(xiàn)異常溫度降到150 ℃以下。

圖5 實(shí)時(shí)監(jiān)控溫度示意圖

2）增加烘干機(jī)橫向氣流，便于換熱器管內(nèi)氣體置換；在烘干線體主箱內(nèi)增加氣體置換工裝，中間采用四排多孔尖嘴吹氣工裝、共計(jì)49孔尖嘴工裝（左右各一個(gè)）（圖6）；此設(shè)計(jì)主要是考慮風(fēng)源有效面積廣，能夠?qū)Σ煌?guī)格的組件實(shí)現(xiàn)完美覆蓋，能夠?qū)?nèi)部含油氣體置換80 %以上。

圖6 烘干機(jī)中間段置換氣體工裝示意圖

烘干下線處為了防止常溫壓縮空氣將氣態(tài)的油液化，無法達(dá)到置換氣體的目的，壓縮空氣連接管采用銅管，并在烘干線內(nèi)部保證長度1.5 m以上用于吸熱，將常溫風(fēng)變?yōu)闊犸L(fēng)；并選用可以增壓的風(fēng)刀作為吹氣工裝進(jìn)行氣體置換（圖7）。此設(shè)計(jì)主要風(fēng)源壓力大換氣非?？欤也粫?huì)造成回流。

圖7 烘干機(jī)尾段置換氣體工裝示意圖

4 結(jié)論

換熱器烘干過程中，應(yīng)對(duì)烘干設(shè)備的中段和尾段按照氣體置換工裝有效保證油份的揮發(fā)，烘干前段無需安裝，保證中后段氣體壓力。中段的氣體置換工裝采用四排多孔尖嘴吹氣工裝（49孔尖嘴工裝）；尾段增加熱風(fēng)風(fēng)源，選用增壓風(fēng)刀作為吹氣工裝進(jìn)行氣體置換。