封閉式循環(huán)水系統(tǒng)在汽車裝焊工藝上的應(yīng)用

王文紅

（天津一汽華利汽車有限公司天津300380）

0 引言

進(jìn)入二十一世紀(jì)，伴隨著汽車行業(yè)的蓬勃發(fā)展，企業(yè)面臨著全球市場大環(huán)境的新一輪挑戰(zhàn)，企業(yè)的競爭關(guān)鍵在于產(chǎn)品的質(zhì)量和成本的競爭，現(xiàn)就汽車車身焊裝工藝而言，其設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性是保證先進(jìn)的焊裝工藝的關(guān)鍵。工業(yè)循環(huán)冷卻水一般占工業(yè)用水的80%以上。根據(jù)冷卻循環(huán)水是否與大氣直接接觸冷卻可將循環(huán)系統(tǒng)分為敞開式循環(huán)水系統(tǒng)和封閉式循環(huán)水系統(tǒng)兩種。

我公司現(xiàn)有二條焊裝生產(chǎn)線的循環(huán)水系統(tǒng)均為敞開式循環(huán)系統(tǒng)，生產(chǎn)線分別建于1986年和1995年，循環(huán)水系統(tǒng)主要是向汽車焊裝生產(chǎn)線上的懸掛式點(diǎn)焊機(jī)、座點(diǎn)、焊接機(jī)器人、液壓泵站等設(shè)備提供合格優(yōu)質(zhì)的循環(huán)冷卻水，循環(huán)水系統(tǒng)的好與壞，直接影響焊接質(zhì)量和整車的質(zhì)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(jié)晶凝固，在此過程中，總會(huì)不同程度地發(fā)生冶金現(xiàn)象和熱處理過程，同時(shí)伴隨著復(fù)雜的變形和應(yīng)力產(chǎn)生。因此焊接既是一個(gè)裝配工藝過程，又是一個(gè)復(fù)雜的冶金過程、熱處理過程和焊接變形與應(yīng)力的產(chǎn)生過程。焊接質(zhì)量的保證來源于運(yùn)行穩(wěn)定的焊接設(shè)備，焊接設(shè)備的穩(wěn)定性來源于優(yōu)質(zhì)的循環(huán)冷卻水冷卻系統(tǒng)及設(shè)備其它運(yùn)行參數(shù)的調(diào)節(jié)如電極電壓、電流、電阻值、焊接時(shí)間等。

在保證焊接工藝的前提下，提高生產(chǎn)節(jié)拍是節(jié)能增效降成本的最佳途徑，那么既要保證整車的焊接質(zhì)量，又要為降低能耗，延長設(shè)備使用壽命，使焊接設(shè)備換熱裝置的換熱率最大化，提高經(jīng)濟(jì)效益，循環(huán)冷卻水系統(tǒng)必須實(shí)現(xiàn)優(yōu)化運(yùn)行。封閉式循環(huán)水系統(tǒng)解決了長期以來因循環(huán)水系統(tǒng)水質(zhì)電導(dǎo)率高、水中菌藻類滋生、水溫升高引起鈣、鎂離子溶解度發(fā)生變化等原因，所造成的管道腐蝕而形成水垢嚴(yán)重影響循環(huán)水的流量，從而降低了換熱效率，導(dǎo)致焊接質(zhì)量降低等問題，此套循環(huán)水系統(tǒng)具有補(bǔ)水量低的特點(diǎn)，達(dá)到了節(jié)能增效的目的。

1 敞開式循環(huán)水系統(tǒng)存在的問題

1.1 地下部分回水滲漏嚴(yán)重，造成能源極大的浪費(fèi)

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

1.2 由于敷設(shè)形式使維修及工藝改造工作量增加

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

1.3 循環(huán)系統(tǒng)管路設(shè)計(jì)布置不合理，整個(gè)系統(tǒng)水力分配不均，末端水循環(huán)效果不佳

根據(jù)壓力阻力損失計(jì)算公式可知，已知循環(huán)水末端沿線管道長度最長，循環(huán)水末端水的流速最慢、水壓最低、流量最小，最終導(dǎo)致循環(huán)水分配不均，整個(gè)循環(huán)水系統(tǒng)水力平衡處在失衡狀態(tài)。

1.4 系統(tǒng)周邊環(huán)境惡劣，揚(yáng)塵太大

空氣中含有大量粉塵，造成污染物沉積在換熱設(shè)備和管道中影響熱交換效果。

1.5 水質(zhì)污染嚴(yán)重，管線堵塞

本系統(tǒng)為敞開式循環(huán)水系統(tǒng)，不同程度存在腐蝕問題，循環(huán)水帶著管路內(nèi)壁的銹蝕和水中自帶有的菌類及循環(huán)帶回來的油污等為微生物提供營養(yǎng),使系統(tǒng)中生物粘泥生長迅速，引起垢下腐蝕、銹瘤，從而導(dǎo)致了水質(zhì)電導(dǎo)率升高，水質(zhì)惡化，加速管路系統(tǒng)腐蝕，使管道過流斷面減小，循環(huán)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(huán)水的水質(zhì)

我們發(fā)現(xiàn)循環(huán)水系統(tǒng)的水質(zhì)直接影響到管線的腐蝕程度、換熱設(shè)備的使用壽命和換熱效果。普通過濾設(shè)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(huán)水內(nèi)的雜質(zhì)除了少數(shù)大顆粒雜質(zhì)外，主要由空氣中的塵沙、粘泥和管路中的鐵銹等細(xì)小的懸浮物組成，普通過濾設(shè)備對(duì)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(tǒng)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(huán)水系統(tǒng)在夏利N5焊裝線上應(yīng)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(jìn)國外先進(jìn)的裝備配置來保證領(lǐng)先的工藝技術(shù)，從而使產(chǎn)品達(dá)到質(zhì)量要求。為點(diǎn)焊服務(wù)的循環(huán)水系統(tǒng)在保證產(chǎn)品焊接質(zhì)量方面起到了重要的作用。

借鑒以往敞開式循環(huán)水系統(tǒng)的弊端，更新設(shè)計(jì)理念，從系統(tǒng)配制到管線的合理布局，都大大提高了循環(huán)水冷卻效果，在保證產(chǎn)品焊接質(zhì)量方面起到了重要的作用。

2.2 封閉式循環(huán)水系統(tǒng)的基本配置(大大降低水損耗)

2.2.1 循環(huán)水槽加水或補(bǔ)水系統(tǒng)的水處理系統(tǒng)配置:

2.2.2 循環(huán)水工作時(shí)系統(tǒng)配置：

2.2.3 循環(huán)水工作時(shí)水處理配置：

2.2.4 封閉式循環(huán)水系統(tǒng)流程配制：

整個(gè)封閉式循環(huán)水系統(tǒng)的水循環(huán)基本上處在與大氣隔絕的狀態(tài)，杜絕了循環(huán)水的二次污染，提高了水質(zhì)，同時(shí)解決了由于循環(huán)冷卻水蒸發(fā)、飛濺、漏損、濃縮形成的鹽類污垢，造成管網(wǎng)堵塞，另外因系統(tǒng)的滲漏點(diǎn)的減少和循環(huán)水蒸發(fā)量的減少，也大大的降低了循環(huán)水系統(tǒng)的補(bǔ)水量。節(jié)約了大量的水資源。

2.3 封閉式循環(huán)水系統(tǒng)的循環(huán)水泵采用了先進(jìn)的變頻控制技術(shù)，是改變水泵低效運(yùn)行和節(jié)能的有效措施

循環(huán)水系統(tǒng)在運(yùn)行的過程中處在非恒流、恒壓狀態(tài)，循環(huán)水系統(tǒng)的流量和揚(yáng)程的變化靠調(diào)節(jié)水泵的出口閥門來控制是無法達(dá)到泵及電機(jī)的效率處在合理的工作區(qū)，它改變了輸水系統(tǒng)的特性曲線，造成了不必要的浪費(fèi)。

2.3.1 調(diào)節(jié)閥門造成電機(jī)功率浪費(fèi)

調(diào)節(jié)閥門，管路系統(tǒng)流量滿足要求，這時(shí)泵的運(yùn)行效率提高了，但造成了閥門上的水頭損失，電機(jī)提供的功率沒有作有用功而消耗在閥門上。

2.3.2 流量調(diào)節(jié)造成能源上的浪費(fèi)

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

循環(huán)水泵采用變頻控制技術(shù)，使系統(tǒng)處在恒壓狀態(tài)，此時(shí)水泵上的閥門完全打開，不作控制，系統(tǒng)需求流量的變化，是通過系統(tǒng)返回的壓力控制信號(hào)，水泵的電機(jī)通過調(diào)節(jié)運(yùn)行速度來保證系統(tǒng)壓力的一個(gè)恒定值來實(shí)現(xiàn)流量調(diào)節(jié)。這時(shí)循環(huán)水泵處在最經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行狀態(tài)上。

2.4 合理的環(huán)狀管路系統(tǒng)布置，整個(gè)系統(tǒng)無末端死點(diǎn)，管段各點(diǎn)的水頭損失及水力分配基本達(dá)到均衡

封閉式循環(huán)水系統(tǒng)的供、回水干管采用環(huán)狀布置，環(huán)狀管路的特點(diǎn)在某一共同的節(jié)點(diǎn)斷面分支，然后又在另一共同的節(jié)點(diǎn)斷面匯合，它是若干并聯(lián)管路組合而成的，因此，它符合并聯(lián)管路的流動(dòng)規(guī)律。

2.5 采用封閉式冷卻塔，杜絕循環(huán)水的二次污染同時(shí)減少水的蒸發(fā)量

封閉式冷卻塔的工作原理是：循環(huán)水在冷卻塔的銅管內(nèi)循環(huán)，當(dāng)溫度低于28℃時(shí)，冷卻塔風(fēng)機(jī)啟動(dòng)進(jìn)行冷卻，當(dāng)溫度高于30℃時(shí)，冷卻塔下部接水盤內(nèi)的冷卻循環(huán)泵啟動(dòng)，向散熱銅管上噴水，對(duì)銅管內(nèi)的循環(huán)水進(jìn)行冷卻，從而達(dá)到冷卻的目的。循環(huán)水同大氣完全隔絕，循環(huán)水的冷卻消除了周邊環(huán)境對(duì)水質(zhì)的污染，同時(shí)也控制了循環(huán)水的蒸發(fā)量，大大降低了系統(tǒng)補(bǔ)水量。

2.6 配置合理的水處理工藝是提高和解決循環(huán)水的水質(zhì)問題的根本所在

循環(huán)水的水處理目的是提供合格的工業(yè)用水，其主要工藝是將外網(wǎng)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(dá)標(biāo)的軟化水被加放在封閉式循環(huán)水系統(tǒng)中。

2.6.1 絮凝劑加藥裝置

絮凝劑加藥裝置包括一臺(tái)加藥箱和兩臺(tái)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(xì)小懸浮物產(chǎn)生絮凝，通過過濾器過濾掉。加藥點(diǎn)設(shè)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(jí)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(zhì)為鋼襯玻璃鋼，內(nèi)裝填強(qiáng)酸陽離子交換樹脂，它可將水中的鈣、鎂等二價(jià)離子除去，降低水的硬度、電導(dǎo)率，從而達(dá)到降低循環(huán)水的對(duì)管路及換熱裝置的腐蝕。

2.6.4 自循環(huán)過濾器

封閉式循環(huán)水系統(tǒng)自循環(huán)過濾器，消除系統(tǒng)循環(huán)過程中產(chǎn)生的各種菌類等。循環(huán)水的加水和補(bǔ)水是通過水處理后加入系統(tǒng)中，但在系統(tǒng)循環(huán)時(shí)，整個(gè)封閉循環(huán)系統(tǒng)也無法保證水質(zhì)在運(yùn)行一定的時(shí)間內(nèi)，不在被污染變質(zhì)，為此為保證循環(huán)水在加入時(shí)和運(yùn)行一定周期后的水質(zhì)的一貫性，在封閉式循環(huán)水系統(tǒng)中加裝一套自循環(huán)水過濾器，來消除系統(tǒng)循環(huán)過程中產(chǎn)生的各種菌類。

2.6.5 紫外線殺菌裝置

紫外線水消毒技術(shù)在各類水消毒處理中得到廣泛的應(yīng)用。由于紫外C消毒技術(shù)克服了傳統(tǒng)消毒技術(shù)的缺點(diǎn)，在消毒過程中，不添加任何化學(xué)物質(zhì)，也不產(chǎn)生或在水體中留下任何有害物質(zhì)，消毒效果更好，運(yùn)行安全可靠。

3 效果分析

封閉式循環(huán)水系統(tǒng)是車身焊接工藝裝備發(fā)展的新方向，合理的管網(wǎng)布局設(shè)計(jì)和先進(jìn)的設(shè)備配套，利用水處理設(shè)施解決水質(zhì)問題。封閉式冷卻塔及新管材的運(yùn)用，避免循環(huán)水同大氣的直接接觸等措施，不僅提高了循環(huán)水水質(zhì)，同時(shí)也降低水的補(bǔ)充量。另外通過循環(huán)水泵的變頻控制技術(shù)的運(yùn)用，提高了水泵的運(yùn)行效率同時(shí)達(dá)到了節(jié)能的目的，使循環(huán)水系統(tǒng)處于良好的運(yùn)行狀態(tài)，解決系統(tǒng)因末端沿程水頭損失大造成系統(tǒng)水力失衡，局部水壓低、流速慢、流量小而造成的點(diǎn)焊設(shè)備電纜、電極、焊機(jī)的整流部分、控制箱的可控硅因溫度過高經(jīng)常發(fā)生燒毀的現(xiàn)象，保障了焊接設(shè)備的工藝需求，有力地保證了汽車車身的焊接質(zhì)量。

圖1敞開式循環(huán)水系統(tǒng)的水消耗統(tǒng)計(jì)

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

圖2封閉式循化水系統(tǒng)的水消耗統(tǒng)計(jì)

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

以上是通過現(xiàn)場實(shí)際測(cè)得的兩套循環(huán)水系統(tǒng)年耗水量的數(shù)據(jù)對(duì)比：

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

4 結(jié)束語

通過上面的論述及分析可以看出，新的焊裝生產(chǎn)線運(yùn)用封閉式循環(huán)水冷卻系統(tǒng)，在設(shè)計(jì)和水處理工藝上是一套比較先進(jìn)、科學(xué)、合理的冷卻系統(tǒng)。從根本上解決了困擾我廠多年的生產(chǎn)問題。此套系統(tǒng)不僅解決了制約我廠生產(chǎn)上的難題，同時(shí)在我國大力提倡節(jié)能降耗，建設(shè)節(jié)約型社會(huì)的倡導(dǎo)中，從整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)到設(shè)備的選型上，全部采用低能耗的設(shè)備，選擇了國際領(lǐng)先的全封閉式冷卻塔工藝，不但解決了循環(huán)水的一個(gè)重大的二次污染問題，還大大的降低了循環(huán)水的蒸發(fā)量，同時(shí)減少設(shè)備運(yùn)行時(shí)的補(bǔ)水量。此系統(tǒng)循環(huán)泵的控制運(yùn)用了變頻技術(shù)，有效的、合理的控制循環(huán)水的流量和壓力，水泵的電機(jī)通過調(diào)節(jié)運(yùn)行速度來保證系統(tǒng)壓力的一個(gè)恒定值來實(shí)現(xiàn)流量調(diào)節(jié)。這時(shí)循環(huán)水泵處在最經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行狀態(tài)上。

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