封閉式循環水系統在汽車裝焊工藝上的應用

王文紅

（天津一汽華利汽車有限公司天津300380）

0 引言

進入二十一世紀，伴隨著汽車行業的蓬勃發展，企業面臨著全球市場大環境的新一輪挑戰，企業的競爭關鍵在于產品的質量和成本的競爭，現就汽車車身焊裝工藝而言，其設備運行的穩定性是保證先進的焊裝工藝的關鍵。工業循環冷卻水一般占工業用水的80%以上。根據冷卻循環水是否與大氣直接接觸冷卻可將循環系統分為敞開式循環水系統和封閉式循環水系統兩種。

我公司現有二條焊裝生產線的循環水系統均為敞開式循環系統，生產線分別建于1986年和1995年，循環水系統主要是向汽車焊裝生產線上的懸掛式點焊機、座點、焊接機器人、液壓泵站等設備提供合格優質的循環冷卻水，循環水系統的好與壞，直接影響焊接質量和整車的質量。

焊接工藝，一般都是把金屬的局部加熱到溶化溫度以上，然后冷卻結晶凝固，在此過程中，總會不同程度地發生冶金現象和熱處理過程，同時伴隨著復雜的變形和應力產生。因此焊接既是一個裝配工藝過程，又是一個復雜的冶金過程、熱處理過程和焊接變形與應力的產生過程。焊接質量的保證來源于運行穩定的焊接設備，焊接設備的穩定性來源于優質的循環冷卻水冷卻系統及設備其它運行參數的調節如電極電壓、電流、電阻值、焊接時間等。

在保證焊接工藝的前提下，提高生產節拍是節能增效降成本的最佳途徑，那么既要保證整車的焊接質量，又要為降低能耗，延長設備使用壽命，使焊接設備換熱裝置的換熱率最大化，提高經濟效益，循環冷卻水系統必須實現優化運行。封閉式循環水系統解決了長期以來因循環水系統水質電導率高、水中菌藻類滋生、水溫升高引起鈣、鎂離子溶解度發生變化等原因，所造成的管道腐蝕而形成水垢嚴重影響循環水的流量，從而降低了換熱效率，導致焊接質量降低等問題，此套循環水系統具有補水量低的特點，達到了節能增效的目的。

1 敞開式循環水系統存在的問題

1.1 地下部分回水滲漏嚴重，造成能源極大的浪費

原來使用的是敞開式較為傳統的壓力式供水、自流式回水方式，回水主管線、儲水槽均敷設在地下，自86年建線投產以來，一直作為“大發”箱式貨車及后來的“幸福使者”生產基地，由于使用多年，地下回水主干管腐蝕嚴重，各轉彎井及循環水槽滲水率較高，循環水的丟失率高，為此補水量非常大，造成極大的能源浪費。

1.2 由于敷設形式使維修及工藝改造工作量增加

由于焊裝設備根據新車型換代工藝的不斷變化而改變，這樣就導致焊裝工藝和設備改造的頻次頻發，由于循環水回水主干管敷設在地下，每一次改造都增加土建費用，無形中造成改造預算成本的增加，同時給維修人員帶來很大的不便。

1.3 循環系統管路設計布置不合理，整個系統水力分配不均，末端水循環效果不佳

根據壓力阻力損失計算公式可知，已知循環水末端沿線管道長度最長，循環水末端水的流速最慢、水壓最低、流量最小，最終導致循環水分配不均，整個循環水系統水力平衡處在失衡狀態。

1.4 系統周邊環境惡劣，揚塵太大

空氣中含有大量粉塵，造成污染物沉積在換熱設備和管道中影響熱交換效果。

1.5 水質污染嚴重，管線堵塞

本系統為敞開式循環水系統，不同程度存在腐蝕問題，循環水帶著管路內壁的銹蝕和水中自帶有的菌類及循環帶回來的油污等為微生物提供營養,使系統中生物粘泥生長迅速，引起垢下腐蝕、銹瘤，從而導致了水質電導率升高，水質惡化，加速管路系統腐蝕，使管道過流斷面減小，循環水流量減少從而降低換熱器的冷卻效果。

1.6 普通過濾器和電子水處理儀均無法改變循環水的水質

我們發現循環水系統的水質直接影響到管線的腐蝕程度、換熱設備的使用壽命和換熱效果。普通過濾設備的過濾精度非常低，一般在10～15目，只能去除大顆粒物體，循環水內的雜質除了少數大顆粒雜質外，主要由空氣中的塵沙、粘泥和管路中的鐵銹等細小的懸浮物組成，普通過濾設備對這些懸浮物的過濾效率幾乎為零。另外，電子水處理器只能解決水垢問題，管路系統的腐蝕及菌藻等問題也無法得到有效的控制。

2 封閉式循環水系統在夏利N5焊裝線上應用

2.1 華利公司背景簡介

2010年華利公司裝焊課基地建成，新的焊裝線引進國外先進的裝備配置來保證領先的工藝技術，從而使產品達到質量要求。為點焊服務的循環水系統在保證產品焊接質量方面起到了重要的作用。

借鑒以往敞開式循環水系統的弊端，更新設計理念，從系統配制到管線的合理布局，都大大提高了循環水冷卻效果，在保證產品焊接質量方面起到了重要的作用。

2.2 封閉式循環水系統的基本配置(大大降低水損耗)

2.2.1 循環水槽加水或補水系統的水處理系統配置:

2.2.2 循環水工作時系統配置：

2.2.3 循環水工作時水處理配置：

2.2.4 封閉式循環水系統流程配制：

整個封閉式循環水系統的水循環基本上處在與大氣隔絕的狀態，杜絕了循環水的二次污染，提高了水質，同時解決了由于循環冷卻水蒸發、飛濺、漏損、濃縮形成的鹽類污垢，造成管網堵塞，另外因系統的滲漏點的減少和循環水蒸發量的減少，也大大的降低了循環水系統的補水量。節約了大量的水資源。

2.3 封閉式循環水系統的循環水泵采用了先進的變頻控制技術，是改變水泵低效運行和節能的有效措施

循環水系統在運行的過程中處在非恒流、恒壓狀態，循環水系統的流量和揚程的變化靠調節水泵的出口閥門來控制是無法達到泵及電機的效率處在合理的工作區，它改變了輸水系統的特性曲線，造成了不必要的浪費。

2.3.1 調節閥門造成電機功率浪費

調節閥門，管路系統流量滿足要求，這時泵的運行效率提高了，但造成了閥門上的水頭損失，電機提供的功率沒有作有用功而消耗在閥門上。

2.3.2 流量調節造成能源上的浪費

流量減少時不作任何操作，泵的運行效率是提高了，也沒有閥門上的水頭損失，但靜揚程得到了提高，沒有必要的提高揚程也是一種能源上的浪費。

循環水泵采用變頻控制技術，使系統處在恒壓狀態，此時水泵上的閥門完全打開，不作控制，系統需求流量的變化，是通過系統返回的壓力控制信號，水泵的電機通過調節運行速度來保證系統壓力的一個恒定值來實現流量調節。這時循環水泵處在最經濟的運行狀態上。

2.4 合理的環狀管路系統布置，整個系統無末端死點，管段各點的水頭損失及水力分配基本達到均衡

封閉式循環水系統的供、回水干管采用環狀布置，環狀管路的特點在某一共同的節點斷面分支，然后又在另一共同的節點斷面匯合，它是若干并聯管路組合而成的，因此，它符合并聯管路的流動規律。

2.5 采用封閉式冷卻塔，杜絕循環水的二次污染同時減少水的蒸發量

封閉式冷卻塔的工作原理是：循環水在冷卻塔的銅管內循環，當溫度低于28℃時，冷卻塔風機啟動進行冷卻，當溫度高于30℃時，冷卻塔下部接水盤內的冷卻循環泵啟動，向散熱銅管上噴水，對銅管內的循環水進行冷卻，從而達到冷卻的目的。循環水同大氣完全隔絕，循環水的冷卻消除了周邊環境對水質的污染，同時也控制了循環水的蒸發量，大大降低了系統補水量。

2.6 配置合理的水處理工藝是提高和解決循環水的水質問題的根本所在

循環水的水處理目的是提供合格的工業用水，其主要工藝是將外網提供的自來水（原水）通過加藥裝置（絮凝劑）→壓力式過濾器（凈水）→軟化器（軟化水），通過處理達標的軟化水被加放在封閉式循環水系統中。

2.6.1 絮凝劑加藥裝置

絮凝劑加藥裝置包括一臺加藥箱和兩臺加要泵，該加藥裝置的作用是向過濾前的原水中加入絮凝劑，利用直流凝聚的作用，使原水中的細小懸浮物產生絮凝，通過過濾器過濾掉。加藥點設在壓力式過濾器前的管路上。

2.6.2 壓力式過濾器

過濾器采用304不銹鋼，填料為多種級別的石英砂，它可將水中的懸浮物、凝聚的片狀物及膠體等除去，降低原水的濁度。

2.6.3 軟化器

軟化器的材質為鋼襯玻璃鋼，內裝填強酸陽離子交換樹脂，它可將水中的鈣、鎂等二價離子除去，降低水的硬度、電導率，從而達到降低循環水的對管路及換熱裝置的腐蝕。

2.6.4 自循環過濾器

封閉式循環水系統自循環過濾器，消除系統循環過程中產生的各種菌類等。循環水的加水和補水是通過水處理后加入系統中，但在系統循環時，整個封閉循環系統也無法保證水質在運行一定的時間內，不在被污染變質，為此為保證循環水在加入時和運行一定周期后的水質的一貫性，在封閉式循環水系統中加裝一套自循環水過濾器，來消除系統循環過程中產生的各種菌類。

2.6.5 紫外線殺菌裝置

紫外線水消毒技術在各類水消毒處理中得到廣泛的應用。由于紫外C消毒技術克服了傳統消毒技術的缺點，在消毒過程中，不添加任何化學物質，也不產生或在水體中留下任何有害物質，消毒效果更好，運行安全可靠。

3 效果分析

封閉式循環水系統是車身焊接工藝裝備發展的新方向，合理的管網布局設計和先進的設備配套，利用水處理設施解決水質問題。封閉式冷卻塔及新管材的運用，避免循環水同大氣的直接接觸等措施，不僅提高了循環水水質，同時也降低水的補充量。另外通過循環水泵的變頻控制技術的運用，提高了水泵的運行效率同時達到了節能的目的，使循環水系統處于良好的運行狀態，解決系統因末端沿程水頭損失大造成系統水力失衡，局部水壓低、流速慢、流量小而造成的點焊設備電纜、電極、焊機的整流部分、控制箱的可控硅因溫度過高經常發生燒毀的現象，保障了焊接設備的工藝需求，有力地保證了汽車車身的焊接質量。

圖1敞開式循環水系統的水消耗統計

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

圖2封閉式循化水系統的水消耗統計

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

以上是通過現場實際測得的兩套循環水系統年耗水量的數據對比：

每年可節約水費：（64989.38元/月-15806.25元/月）*12月=59.02萬元/年

4 結束語

通過上面的論述及分析可以看出，新的焊裝生產線運用封閉式循環水冷卻系統，在設計和水處理工藝上是一套比較先進、科學、合理的冷卻系統。從根本上解決了困擾我廠多年的生產問題。此套系統不僅解決了制約我廠生產上的難題，同時在我國大力提倡節能降耗，建設節約型社會的倡導中，從整個系統的設計到設備的選型上，全部采用低能耗的設備，選擇了國際領先的全封閉式冷卻塔工藝，不但解決了循環水的一個重大的二次污染問題，還大大的降低了循環水的蒸發量，同時減少設備運行時的補水量。此系統循環泵的控制運用了變頻技術，有效的、合理的控制循環水的流量和壓力，水泵的電機通過調節運行速度來保證系統壓力的一個恒定值來實現流量調節。這時循環水泵處在最經濟的運行狀態上。

[1]周本省.《工業水處理技術》，化學工業出版社，1996：24~46.

[2]蘇福臨，鄧瀘秋.《流體力學、泵與風機》，中國建筑工業出版社，2001：78-102

[3]宋曉林，周水庭.《汽車車身制造工藝學》北京：北京理工大學出版社 2006：135~175

[4]中國人民共和國國家電力公司東北電力設計院主編：2003

[5]高肇潘.《工業用水》北京：中國土木水利工程學會1988：51~63

[6]馮駿.《工業用水處理生物分析》廣東：關東科技出版社.1989年.9-129

[7]孫愛軍.《工業用水效率分析》北京：中國社會科學出版社，2010：75~112.

[8]李全勝，王富.《節能減排新技術》北京：中國發展出版社，2005：12~16.

[9]頂桓如，吳春華，襲云峰，聞人勤.《工業用水處理工程》北京：清華大學出版社，2005：32~56.

[10]北京中經橫經濟研究院《2010-2015年中國智能型密閉式循環水系統產業發展報告》2003-2009年