李曉宇，李寶利

（1.一汽-大眾汽車(chē)有限公司，吉林 長(zhǎng)春 130000；2.長(zhǎng)春一汽藍(lán)迪自動(dòng)化工程有限公司，吉林 長(zhǎng)春 130000）

前言

隨著汽車(chē)工業(yè)尤其是轎車(chē)的蓬勃發(fā)展，人們對(duì)車(chē)身防腐要求越來(lái)越高。為了保證車(chē)身與汽車(chē)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(chē)身腔體氧化腐蝕現(xiàn)象[1]。

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

圖1 車(chē)身空腔蠟

相對(duì)普通的手工、機(jī)械自動(dòng)式的噴蠟工藝，即將噴槍槍嘴插入車(chē)身預(yù)留的工藝開(kāi)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(zhuān)門(mén)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(xiàng)目采用的是高壓熱水鍋爐，直接加熱水至 135℃，再通過(guò)高溫水加熱蠟至 120℃。在長(zhǎng)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(guò)導(dǎo)熱油與熱水換熱，加熱水至135℃，最終通過(guò)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(guò)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(wú)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(duì)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(wú)腐蝕性，對(duì)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(wú)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(guò)泵往盤(pán)管內(nèi)輸送，然后在管內(nèi)加熱，火焰在管外，如圖4所示。火管式的加熱爐，導(dǎo)熱油在火管的外側(cè)流過(guò)，通過(guò)加熱爐的殼程，而火焰及煙氣在管內(nèi)流過(guò)。

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(zhǎng)期運(yùn)行，導(dǎo)熱油存在變質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)，原因有二：

3.1 導(dǎo)熱油溫度過(guò)熱

導(dǎo)熱油溫度分為主體溫度（流動(dòng)的導(dǎo)熱油溫度）及膜溫（與加熱盤(pán)管邊界接觸，不流動(dòng)的導(dǎo)熱油溫度），膜溫高于主體溫度。導(dǎo)熱油通過(guò)傳熱面的速度必須相對(duì)快，以充分?jǐn)U展紊流，從而避免膜溫過(guò)高導(dǎo)致傳熱面和導(dǎo)熱油的損害。流動(dòng)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(shí)，加熱盤(pán)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(shí)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(shí)加熱管溫度過(guò)高，火焰燒壞加熱管，導(dǎo)熱油泄露，發(fā)生安全事故。所以說(shuō)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(guò)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(duì)比圖

3.2 導(dǎo)熱油與氧氣接觸

對(duì)于一個(gè)導(dǎo)熱油循環(huán)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，由于設(shè)計(jì)、操作等因素，膨脹罐或者儲(chǔ)油罐等設(shè)備中的導(dǎo)熱油有可能會(huì)暴露在空氣中。如此，導(dǎo)熱油將會(huì)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(shí)，氧化反應(yīng)速度較慢，對(duì)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(shí)（大于 60℃），氧化反應(yīng)速度會(huì)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(shí)，氧化產(chǎn)物將增加導(dǎo)熱油的運(yùn)動(dòng)粘度，影響傳熱，進(jìn)而加劇導(dǎo)熱油的過(guò)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(huì)從黃色變?yōu)椴韬稚?，?yán)重的會(huì)變?yōu)楹稚?，從分析測(cè)試看，導(dǎo)熱油的中和值、運(yùn)動(dòng)粘度、高沸物、丙酮不溶物等項(xiàng)目的測(cè)定數(shù)值均會(huì)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(guò)冷卻導(dǎo)熱油封閉放空管管口的方法來(lái)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(jiǎn)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(huì)下降，此時(shí)冷封罐內(nèi)的冷油可能會(huì)被抽回膨脹罐中，一旦冷油無(wú)法覆蓋放空管管口，會(huì)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(huì)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(huì)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(duì)于熱負(fù)荷波動(dòng)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(chē)灌蠟線上的應(yīng)用，并解決了導(dǎo)熱油變質(zhì)的問(wèn)題及防治方法。