涂裝車(chē)間中蒸汽的妙用

汽車(chē)制造的四大工藝車(chē)間中，涂裝車(chē)間因?yàn)槠涮厥獾墓に囈?，其前處理的槽液溫度、油漆溫度和噴漆室溫度等都要保證在一定的工藝溫度范圍內(nèi)，才能確保車(chē)身油漆的質(zhì)量。涂裝車(chē)間工藝保溫的加熱介質(zhì)一般是蒸汽，隨季節(jié)的不同，蒸汽所占涂裝車(chē)身制造的動(dòng)能成本比例也不一樣，在冬季可以達(dá)到59%(見(jiàn)圖1)。在控制制造成本中，蒸汽的動(dòng)能成本控制是很重要的一環(huán)，所以蒸汽輸送管路的設(shè)計(jì)設(shè)備的選用及后期的操作維護(hù)尤其重要。

圖1 涂裝車(chē)間冬季各介質(zhì)單耗比例

蒸汽的應(yīng)用

蒸汽就是把鍋爐中的水，通過(guò)加熱而產(chǎn)生的一種透明的氣體。在一定的壓力下，必須有足夠的能量才能將水溫升到沸點(diǎn)，之后再增加的能量只能把水轉(zhuǎn)化為蒸汽。這些增加的能量并沒(méi)有損失掉，而是存儲(chǔ)在蒸汽中，隨時(shí)準(zhǔn)備釋放出來(lái)，用于加熱介質(zhì)。由于蒸汽是一種高效、易控制的加熱介質(zhì)，它常用于將能量從一個(gè)集中點(diǎn)(鍋爐)輸送到工廠的各個(gè)地方，去加熱空氣、水或工藝介質(zhì)。

涂裝車(chē)間中，前處理的預(yù)脫脂、脫脂、磷化和油漆循環(huán)等都需要利用蒸汽來(lái)加熱工藝介質(zhì)。常用的方式是將蒸汽和工藝介質(zhì)分別通過(guò)板式換熱器各個(gè)進(jìn)口和出口(見(jiàn)圖2)，兩者在換熱板的兩端換熱達(dá)到蒸汽加熱工藝介質(zhì)的目的。

圖2 板式換熱器

圖3為前處理脫脂板式換熱器的工作示意圖，蒸汽的供汽管、冷凝回水管以及脫脂液的供、回管分別接在相應(yīng)的管口上，通過(guò)各自的循環(huán)，在換熱器內(nèi)部進(jìn)行換熱。蒸汽的熱能在傳遞給冷的脫脂液后冷凝成冷凝水，通過(guò)冷凝回水管回收。而冷的脫脂液在吸收蒸汽熱能后升溫，用于實(shí)現(xiàn)車(chē)身脫脂。

圖3 脫脂液加熱

對(duì)于板式換熱器，換熱板的材質(zhì)、波紋、結(jié)構(gòu)決定了換熱效率的效率。在前期規(guī)劃中，從節(jié)能的方面考慮要選擇換熱效率較高的換熱器產(chǎn)品。在后期的使用中，密封墊不能損壞，安裝時(shí)各換熱板要壓緊，否則泄漏蒸汽及蒸汽和介質(zhì)會(huì)混在一起，導(dǎo)致能源浪費(fèi)。

涂裝空調(diào)送風(fēng)加熱

圖4 空調(diào)換熱器

圖4為奇瑞涂裝二車(chē)間中央空調(diào)的換熱器，杜爾公司設(shè)計(jì)時(shí)考慮了蒸汽的供汽壓力，為了減少壓力、節(jié)約動(dòng)能，巧妙地利用了管道變徑。蒸汽到達(dá)加熱盤(pán)管后和冷風(fēng)接觸，將冷風(fēng)加熱。蒸汽冷凝成水從回水管回收，冷風(fēng)經(jīng)過(guò)吸收蒸汽熱能升溫達(dá)到工藝溫度后送到各個(gè)工位。

圖5 空調(diào)換熱器盤(pán)管

換熱器的盤(pán)管(見(jiàn)圖5)有標(biāo)準(zhǔn)型、中心進(jìn)給型和串接型等。從滿足工藝需要及節(jié)能方面考慮，盤(pán)管的結(jié)構(gòu)和材料的選擇需要考慮眾多因素：包括管子材質(zhì)、管子方向(如水平管還是垂直管)、氣流方向(水平氣流還是豎直向下氣流)、管子排數(shù)和接管孔徑等。

為了增加和空氣流的接觸面積，盤(pán)管上有用螺旋纏繞或類(lèi)似方法加工的翅片。翅片的選擇對(duì)節(jié)能也很重要，翅片的結(jié)構(gòu)有鍵型、L型和疊壓L型等，材質(zhì)有銅、鋁、鋼和不銹鋼等。阿姆斯壯公司不同材質(zhì)組合的盤(pán)管相對(duì)傳熱能力如文中表所示，具體數(shù)據(jù)根據(jù)條件的變化而變化。

表 不同材質(zhì)管子、翅片的相對(duì)傳熱能力

導(dǎo)致蒸汽浪費(fèi)的常見(jiàn)因素

1.冷凝水

首先冷凝水是蒸汽加熱的副產(chǎn)品，是蒸汽在加熱過(guò)程中由于熱量向被加熱介質(zhì)傳遞后降溫形成的。冷凝水要及時(shí)排掉，如果不及時(shí)排掉，當(dāng)形成足夠的冷凝水量，高速流動(dòng)的蒸汽就會(huì)推動(dòng)冷凝水一起走，并且會(huì)與前面的液體滾動(dòng)變得越來(lái)越大，形成“水擊”，它可以破壞任何改變氣流方向的管件、調(diào)節(jié)閥、三通和彎頭盲板法蘭等，導(dǎo)致系統(tǒng)泄露蒸汽，浪費(fèi)動(dòng)能。這就要求操作者不但要熟悉操作規(guī)程，還要有較強(qiáng)的責(zé)任心，才能確保安全及節(jié)能。

圖6 浪費(fèi)掉的冷凝水

其次冷凝水的溫度一般在60℃左右，還有較高的利用價(jià)值，如果在離鍋爐房較近時(shí)直接送回鍋爐再利用，既節(jié)約蒸汽又節(jié)約用水;在離鍋爐房較遠(yuǎn)時(shí)要考慮就地使用，如在涂裝車(chē)間中央空調(diào)的蒸汽冷凝水就可以直接用于噴淋加濕。

2.不凝性氣體及污垢

設(shè)備在開(kāi)機(jī)及鍋爐給水時(shí)總會(huì)有空氣存在，給水中可能還會(huì)有能釋放CO2的溶解碳酸鹽。蒸汽將這些氣體推到換熱器壁上，占據(jù)了一些本應(yīng)留給蒸汽的空間，這些氣體既不能凝結(jié)又不能靠重力排除掉，有極好隔熱特性的空氣使傳熱效率降低，加上內(nèi)部的冷凝水、污物和水垢等導(dǎo)致蒸汽和換熱器之間被隔斷，蒸汽熱量必須穿過(guò)這些熱阻才能到達(dá)低溫流體(見(jiàn)圖7)，加上低溫流體本身也存在污垢，所以會(huì)損失很大的熱量。

圖7 換熱器截面示意圖

為了減少熱損失，要將這些氣體及時(shí)排放，同時(shí)要定期清潔換熱板內(nèi)部的污垢，更換密封圈。所以定期的維護(hù)保養(yǎng)不但可以延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命，同時(shí)還可以有效節(jié)約動(dòng)能。

3.蒸汽管道保溫

熱量從高溫區(qū)向低溫區(qū)的流動(dòng)稱(chēng)為熱傳遞，在蒸汽形成過(guò)程中鍋爐燃燒的熱量傳遞給水，在水達(dá)到沸點(diǎn)后成為水蒸汽，在鍋爐壓力升高后，蒸汽推出來(lái)時(shí)又會(huì)把熱量傳遞給管道。所以人們要求蒸汽輸送管道必須有良好的保溫效果，否則管道就會(huì)直接將熱量傳遞給周?chē)睦淇諝?，特別是冬季時(shí)戶(hù)外溫度極低，損失熱量很大，這種熱傳遞不但會(huì)造成極大的熱量浪費(fèi)，還會(huì)造成部分蒸汽變回成水阻礙蒸汽傳輸。

圖8 保溫不良造成損失

圖9 良好的保溫

圖8中采用鋁鉑保溫價(jià)格便宜但是容易損壞，圖9中利用鍍鋅鐵皮包裹保溫棉既牢固又美觀，保溫效果較好。

4.其他損失

管道系統(tǒng)中的跑、冒、滴、漏也是蒸汽熱損失的一大方面。對(duì)于泄露多集中在管道中各個(gè)接頭的地方，比如由于振動(dòng)導(dǎo)致接頭松動(dòng)、或密封的墊圈損壞等等。特別是對(duì)于主管道一旦泄露需要花費(fèi)很大的工夫才能修復(fù)。

管道腐蝕也是導(dǎo)致泄露的重要方面，引起腐蝕的主要原因是CO2及O2。碳酸鹽溶解于鍋爐給水中的CO2進(jìn)入系統(tǒng)，一旦與冷的凝結(jié)水結(jié)合就會(huì)生成碳酸。碳酸具有很強(qiáng)的腐蝕性，能夠腐蝕穿管道。

結(jié)束語(yǔ)

蒸汽的節(jié)能在設(shè)備規(guī)劃時(shí)對(duì)蒸汽設(shè)備的選用起了決定性的作用，在后期的使用與維護(hù)也相當(dāng)重要。維護(hù)者要有節(jié)約成本的意識(shí)還要有節(jié)約能源的憂患意識(shí)，同時(shí)還要有足夠的韌性敢于面對(duì)各種困難。

本文作者：　奇瑞汽車(chē)有限公司 孫承羲 鄭磊