导热油炉在涂装灌蜡线中的应用

2018-10-22李晓宇李宝利

汽车实用技术 2018年19期

关键词：油封空腔变质

李晓宇，李宝利

（1.一汽-大众汽车有限公司，吉林长春 130000；2.长春一汽蓝迪自动化工程有限公司，吉林长春 130000）

前言

随着汽车工业尤其是轿车的蓬勃发展，人们对车身防腐要求越来越高。为了保证车身与汽车其他系统达到同样寿命，空腔灌蜡技术的应用可以有效的避免因空气中水分与金属接触而造成的车身腔体氧化腐蚀现象[1]。

所谓空腔灌蜡是通过专用泵或阀将 120 ℃液态融化蜡注入已预热的车身空腔内，多余的蜡经重力作用流出车体，最终在车身空腔内留下一层约0.03－1mm厚度蜡膜，单车蜡膜总重量约 1-1.5Kg，隔绝空气与车身板材，以达到车身长期防腐的作用。

图1 车身空腔蜡

相对普通的手工、机械自动式的喷蜡工艺，即将喷枪枪嘴插入车身预留的工艺开孔，高压气化蜡雾进行喷涂，空腔注蜡工艺流程较复杂，设备投资金额大，温度控制要求高，需要专门的热源系统。

图2 空腔灌蜡效果

以目前德系合资品牌一汽-大众为例，灌蜡线的热源形式主要采用导热油锅炉或热水锅炉系统。成都早期项目采用的是高压热水锅炉，直接加热水至 135℃，再通过高温水加热蜡至 120℃。在长春、佛山、青岛、天津工厂灌蜡线上采用的都是导热油锅炉，以天然气为能源介质燃烧器，加热导热油至190℃，再通过导热油与热水换热，加热水至135℃，最终通过热水加热蜡至120℃。采用导热油-热水-蜡间接加热，更加稳定、准确的控制蜡温。

图3 灌蜡工艺过程示意图

1 导热油锅炉的特点

1.1 安全、可靠

导热油锅炉作为有机热载体锅炉的一种，采用液相导热油为工作介质。导热油是一种液态无蒸发、高闪点、高沸点的油品，可在较低工作压力下获得较高的供热温度，大大降低高温加热系统的操作压力和安全要求，提高了系统和设备的可靠性。导热油锅炉采用二次换热的方式，使灌蜡线温控系统更稳定，从而很安全地实现以水或蒸汽为介质的锅炉较难满足的要求。如果采用热水锅炉， 135℃的水的饱和蒸汽压力为 3.131bar，低于此压力，锅炉水汽化。高压热水锅炉热水的煮沸性，将造成系统腐蚀。

1.2 经济、环保

对比热水锅炉，导热油锅炉系统首次设备投资大，但省去了闪蒸罐及压力控制装置等。更主要的是导热油系统维修量小，导热油无腐蚀性，对锅炉及管路不易造成腐蚀及结垢，省去了锅炉给水处理费用及锅炉排污水处理费用。导热油无泄漏的情况下是零排放的，更环保。

2 导热油锅炉的构成

导热油锅炉有两种基本形式：液管式及火管式。液管式的加热炉，导热油通过泵往盘管内输送，然后在管内加热，火焰在管外，如图4所示。火管式的加热炉，导热油在火管的外侧流过，通过加热炉的壳程，而火焰及烟气在管内流过。

图4 液管式导热油锅炉结构

3 导热油变质分析

灌蜡线因长期运行，导热油存在变质风险，原因有二：

3.1 导热油温度过热

导热油温度分为主体温度（流动的导热油温度）及膜温（与加热盘管边界接触，不流动的导热油温度），膜温高于主体温度。导热油通过传热面的速度必须相对快，以充分扩展紊流，从而避免膜温过高导致传热面和导热油的损害。流动主体温度是固定的，由导热油锅炉上热电阻控制。当导热油流速低时，加热盘管温度就高，即膜温高，如图5所示，导热油超温发生化学链变化，加速氧化，粘度加大，不溶物增加，导热油变质发黑，严重时出现固体颗粒，结焦滞留在管壁，影响换热效果，更严重时加热管温度过高，火焰烧坏加热管，导热油泄露，发生安全事故。所以说流量控制比温度控制更重要。一定要在传热面上设法使导热油达到紊流，不应存在驻点，避免过热点的存在及局部导热油气化。导热油在加热炉管内工作的适宜流速值为2-2.5m/s[2]。

图5 导热油流速与温度对比图

3.2 导热油与氧气接触

对于一个导热油循环系统来说，由于设计、操作等因素，膨胀罐或者储油罐等设备中的导热油有可能会暴露在空气中。如此，导热油将会与空气中的氧气发生氧化反应。在常温状态下或者油温较低时，氧化反应速度较慢，对其所发生的品质变化基本可以忽略，但当油温较高时（大于 60℃），氧化反应速度会明显加快，进而氧化变质缩短导热油寿命。

导热油氧化变质后，将生成有机固体不溶物，同时，氧化产物将增加导热油的运动粘度，影响传热，进而加剧导热油的过热裂解，最终缩短导热油寿命，甚至引发安全事故。导热油氧化变质后，从外观上看，油的颜色会从黄色变为茶褐色，严重的会变为褐色，从分析测试看，导热油的中和值、运动粘度、高沸物、丙酮不溶物等项目的测定数值均会升高。

4 导热油防止变质的方法

防止导热油变质的原则是尽量避免高温导热油与空气接触。

4.1 惰性气体保护

防止导热油氧化变质最有效的方法是使用惰性气体保护膨胀罐，最常用的是氮封。惰性气体保护原理是在膨胀罐气相空间内保持一种微正压的不反应气体，以防止空气与水分进入膨胀罐内。氮封装置可非常有效的防止导热油氧化。

图6 氮封系统流程图

4.2 冷油封保护

冷油封装置是通过冷却导热油封闭放空管管口的方法来隔绝外界空气与系统内高温导热油的接触。

与氮封相比冷油封装置的优点是设备简单，不需要消耗氮气，其缺陷是：（1）当系统油温下降，导热油体积收缩，膨胀罐内导热油液位会下降，此时冷封罐内的冷油可能会被抽回膨胀罐中，一旦冷油无法覆盖放空管管口，会使空气重新进入膨胀罐，造成冷油封失效。（2）低沸物和水分在膨胀罐中气化后进入冷封罐，会遇冷液化，在冷封罐内积聚，如果膨胀罐导热油液位下降可能会把积聚在冷封罐中的低沸物、水分抽回膨胀罐，造成系统操作不稳定。因此，对于热负荷波动较大的系统，尤其是间歇式操作系统，不适合选择冷油封装置。