封闭式循环水系统在汽车装焊工艺上的应用

王文红

（天津一汽华利汽车有限公司天津300380）

0 引言

进入二十一世纪，伴随着汽车行业的蓬勃发展，企业面临着全球市场大环境的新一轮挑战，企业的竞争关键在于产品的质量和成本的竞争，现就汽车车身焊装工艺而言，其设备运行的稳定性是保证先进的焊装工艺的关键。工业循环冷却水一般占工业用水的80%以上。根据冷却循环水是否与大气直接接触冷却可将循环系统分为敞开式循环水系统和封闭式循环水系统两种。

我公司现有二条焊装生产线的循环水系统均为敞开式循环系统，生产线分别建于1986年和1995年，循环水系统主要是向汽车焊装生产线上的悬挂式点焊机、座点、焊接机器人、液压泵站等设备提供合格优质的循环冷却水，循环水系统的好与坏，直接影响焊接质量和整车的质量。

焊接工艺，一般都是把金属的局部加热到溶化温度以上，然后冷却结晶凝固，在此过程中，总会不同程度地发生冶金现象和热处理过程，同时伴随着复杂的变形和应力产生。因此焊接既是一个装配工艺过程，又是一个复杂的冶金过程、热处理过程和焊接变形与应力的产生过程。焊接质量的保证来源于运行稳定的焊接设备，焊接设备的稳定性来源于优质的循环冷却水冷却系统及设备其它运行参数的调节如电极电压、电流、电阻值、焊接时间等。

在保证焊接工艺的前提下，提高生产节拍是节能增效降成本的最佳途径，那么既要保证整车的焊接质量，又要为降低能耗，延长设备使用寿命，使焊接设备换热装置的换热率最大化，提高经济效益，循环冷却水系统必须实现优化运行。封闭式循环水系统解决了长期以来因循环水系统水质电导率高、水中菌藻类滋生、水温升高引起钙、镁离子溶解度发生变化等原因，所造成的管道腐蚀而形成水垢严重影响循环水的流量，从而降低了换热效率，导致焊接质量降低等问题，此套循环水系统具有补水量低的特点，达到了节能增效的目的。

1 敞开式循环水系统存在的问题

1.1 地下部分回水渗漏严重，造成能源极大的浪费

原来使用的是敞开式较为传统的压力式供水、自流式回水方式，回水主管线、储水槽均敷设在地下，自86年建线投产以来，一直作为“大发”箱式货车及后来的“幸福使者”生产基地，由于使用多年，地下回水主干管腐蚀严重，各转弯井及循环水槽渗水率较高，循环水的丢失率高，为此补水量非常大，造成极大的能源浪费。

1.2 由于敷设形式使维修及工艺改造工作量增加

由于焊装设备根据新车型换代工艺的不断变化而改变，这样就导致焊装工艺和设备改造的频次频发，由于循环水回水主干管敷设在地下，每一次改造都增加土建费用，无形中造成改造预算成本的增加，同时给维修人员带来很大的不便。

1.3 循环系统管路设计布置不合理，整个系统水力分配不均，末端水循环效果不佳

根据压力阻力损失计算公式可知，已知循环水末端沿线管道长度最长，循环水末端水的流速最慢、水压最低、流量最小，最终导致循环水分配不均，整个循环水系统水力平衡处在失衡状态。

1.4 系统周边环境恶劣，扬尘太大

空气中含有大量粉尘，造成污染物沉积在换热设备和管道中影响热交换效果。

1.5 水质污染严重，管线堵塞

本系统为敞开式循环水系统，不同程度存在腐蚀问题，循环水带着管路内壁的锈蚀和水中自带有的菌类及循环带回来的油污等为微生物提供营养,使系统中生物粘泥生长迅速，引起垢下腐蚀、锈瘤，从而导致了水质电导率升高，水质恶化，加速管路系统腐蚀，使管道过流断面减小，循环水流量减少从而降低换热器的冷却效果。

1.6 普通过滤器和电子水处理仪均无法改变循环水的水质

我们发现循环水系统的水质直接影响到管线的腐蚀程度、换热设备的使用寿命和换热效果。普通过滤设备的过滤精度非常低，一般在10～15目，只能去除大颗粒物体，循环水内的杂质除了少数大颗粒杂质外，主要由空气中的尘沙、粘泥和管路中的铁锈等细小的悬浮物组成，普通过滤设备对这些悬浮物的过滤效率几乎为零。另外，电子水处理器只能解决水垢问题，管路系统的腐蚀及菌藻等问题也无法得到有效的控制。

2 封闭式循环水系统在夏利N5焊装线上应用

2.1 华利公司背景简介

2010年华利公司装焊课基地建成，新的焊装线引进国外先进的装备配置来保证领先的工艺技术，从而使产品达到质量要求。为点焊服务的循环水系统在保证产品焊接质量方面起到了重要的作用。

借鉴以往敞开式循环水系统的弊端，更新设计理念，从系统配制到管线的合理布局，都大大提高了循环水冷却效果，在保证产品焊接质量方面起到了重要的作用。

2.2 封闭式循环水系统的基本配置(大大降低水损耗)

2.2.1 循环水槽加水或补水系统的水处理系统配置:

2.2.2 循环水工作时系统配置：

2.2.3 循环水工作时水处理配置：

2.2.4 封闭式循环水系统流程配制：

整个封闭式循环水系统的水循环基本上处在与大气隔绝的状态，杜绝了循环水的二次污染，提高了水质，同时解决了由于循环冷却水蒸发、飞溅、漏损、浓缩形成的盐类污垢，造成管网堵塞，另外因系统的渗漏点的减少和循环水蒸发量的减少，也大大的降低了循环水系统的补水量。节约了大量的水资源。

2.3 封闭式循环水系统的循环水泵采用了先进的变频控制技术，是改变水泵低效运行和节能的有效措施

循环水系统在运行的过程中处在非恒流、恒压状态，循环水系统的流量和扬程的变化靠调节水泵的出口阀门来控制是无法达到泵及电机的效率处在合理的工作区，它改变了输水系统的特性曲线，造成了不必要的浪费。

2.3.1 调节阀门造成电机功率浪费

调节阀门，管路系统流量满足要求，这时泵的运行效率提高了，但造成了阀门上的水头损失，电机提供的功率没有作有用功而消耗在阀门上。

2.3.2 流量调节造成能源上的浪费

流量减少时不作任何操作，泵的运行效率是提高了，也没有阀门上的水头损失，但静扬程得到了提高，没有必要的提高扬程也是一种能源上的浪费。

循环水泵采用变频控制技术，使系统处在恒压状态，此时水泵上的阀门完全打开，不作控制，系统需求流量的变化，是通过系统返回的压力控制信号，水泵的电机通过调节运行速度来保证系统压力的一个恒定值来实现流量调节。这时循环水泵处在最经济的运行状态上。

2.4 合理的环状管路系统布置，整个系统无末端死点，管段各点的水头损失及水力分配基本达到均衡

封闭式循环水系统的供、回水干管采用环状布置，环状管路的特点在某一共同的节点断面分支，然后又在另一共同的节点断面汇合，它是若干并联管路组合而成的，因此，它符合并联管路的流动规律。

2.5 采用封闭式冷却塔，杜绝循环水的二次污染同时减少水的蒸发量

封闭式冷却塔的工作原理是：循环水在冷却塔的铜管内循环，当温度低于28℃时，冷却塔风机启动进行冷却，当温度高于30℃时，冷却塔下部接水盘内的冷却循环泵启动，向散热铜管上喷水，对铜管内的循环水进行冷却，从而达到冷却的目的。循环水同大气完全隔绝，循环水的冷却消除了周边环境对水质的污染，同时也控制了循环水的蒸发量，大大降低了系统补水量。

2.6 配置合理的水处理工艺是提高和解决循环水的水质问题的根本所在

循环水的水处理目的是提供合格的工业用水，其主要工艺是将外网提供的自来水（原水）通过加药装置（絮凝剂）→压力式过滤器（净水）→软化器（软化水），通过处理达标的软化水被加放在封闭式循环水系统中。

2.6.1 絮凝剂加药装置

絮凝剂加药装置包括一台加药箱和两台加要泵，该加药装置的作用是向过滤前的原水中加入絮凝剂，利用直流凝聚的作用，使原水中的细小悬浮物产生絮凝，通过过滤器过滤掉。加药点设在压力式过滤器前的管路上。

2.6.2 压力式过滤器

过滤器采用304不锈钢，填料为多种级别的石英砂，它可将水中的悬浮物、凝聚的片状物及胶体等除去，降低原水的浊度。

2.6.3 软化器

软化器的材质为钢衬玻璃钢，内装填强酸阳离子交换树脂，它可将水中的钙、镁等二价离子除去，降低水的硬度、电导率，从而达到降低循环水的对管路及换热装置的腐蚀。

2.6.4 自循环过滤器

封闭式循环水系统自循环过滤器，消除系统循环过程中产生的各种菌类等。循环水的加水和补水是通过水处理后加入系统中，但在系统循环时，整个封闭循环系统也无法保证水质在运行一定的时间内，不在被污染变质，为此为保证循环水在加入时和运行一定周期后的水质的一贯性，在封闭式循环水系统中加装一套自循环水过滤器，来消除系统循环过程中产生的各种菌类。

2.6.5 紫外线杀菌装置

紫外线水消毒技术在各类水消毒处理中得到广泛的应用。由于紫外C消毒技术克服了传统消毒技术的缺点，在消毒过程中，不添加任何化学物质，也不产生或在水体中留下任何有害物质，消毒效果更好，运行安全可靠。

3 效果分析

封闭式循环水系统是车身焊接工艺装备发展的新方向，合理的管网布局设计和先进的设备配套，利用水处理设施解决水质问题。封闭式冷却塔及新管材的运用，避免循环水同大气的直接接触等措施，不仅提高了循环水水质，同时也降低水的补充量。另外通过循环水泵的变频控制技术的运用，提高了水泵的运行效率同时达到了节能的目的，使循环水系统处于良好的运行状态，解决系统因末端沿程水头损失大造成系统水力失衡，局部水压低、流速慢、流量小而造成的点焊设备电缆、电极、焊机的整流部分、控制箱的可控硅因温度过高经常发生烧毁的现象，保障了焊接设备的工艺需求，有力地保证了汽车车身的焊接质量。

图1敞开式循环水系统的水消耗统计

月平均水费=(7036+8986+9541+9098)/4*7.5元/t=65989.38元/月

图2封闭式循化水系统的水消耗统计

月平均水费=（2100+1900+2300+2130）/4*7.5 元/t=15806.25 元/月

以上是通过现场实际测得的两套循环水系统年耗水量的数据对比：

每年可节约水费：（64989.38元/月-15806.25元/月）*12月=59.02万元/年

4 结束语

通过上面的论述及分析可以看出，新的焊装生产线运用封闭式循环水冷却系统，在设计和水处理工艺上是一套比较先进、科学、合理的冷却系统。从根本上解决了困扰我厂多年的生产问题。此套系统不仅解决了制约我厂生产上的难题，同时在我国大力提倡节能降耗，建设节约型社会的倡导中，从整个系统的设计到设备的选型上，全部采用低能耗的设备，选择了国际领先的全封闭式冷却塔工艺，不但解决了循环水的一个重大的二次污染问题，还大大的降低了循环水的蒸发量，同时减少设备运行时的补水量。此系统循环泵的控制运用了变频技术，有效的、合理的控制循环水的流量和压力，水泵的电机通过调节运行速度来保证系统压力的一个恒定值来实现流量调节。这时循环水泵处在最经济的运行状态上。

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