導熱油爐在涂裝灌蠟線中的應用

李曉宇，李寶利

（1.一汽-大眾汽車有限公司，吉林 長春 130000；2.長春一汽藍迪自動化工程有限公司，吉林 長春 130000）

前言

隨著汽車工業尤其是轎車的蓬勃發展，人們對車身防腐要求越來越高。為了保證車身與汽車其他系統達到同樣壽命，空腔灌蠟技術的應用可以有效的避免因空氣中水分與金屬接觸而造成的車身腔體氧化腐蝕現象[1]。

所謂空腔灌蠟是通過專用泵或閥將 120 ℃液態融化蠟注入已預熱的車身空腔內，多余的蠟經重力作用流出車體，最終在車身空腔內留下一層約0.03－1mm厚度蠟膜，單車蠟膜總重量約 1-1.5Kg，隔絕空氣與車身板材，以達到車身長期防腐的作用。

圖1 車身空腔蠟

相對普通的手工、機械自動式的噴蠟工藝，即將噴槍槍嘴插入車身預留的工藝開孔，高壓氣化蠟霧進行噴涂，空腔注蠟工藝流程較復雜，設備投資金額大，溫度控制要求高，需要專門的熱源系統。

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熱油鍋爐或熱水鍋爐系統。成都早期項目采用的是高壓熱水鍋爐，直接加熱水至 135℃，再通過高溫水加熱蠟至 120℃。在長春、佛山、青島、天津工廠灌蠟線上采用的都是導熱油鍋爐，以天然氣為能源介質燃燒器，加熱導熱油至190℃，再通過導熱油與熱水換熱，加熱水至135℃，最終通過熱水加熱蠟至120℃。采用導熱油-熱水-蠟間接加熱，更加穩定、準確的控制蠟溫。

圖3 灌蠟工藝過程示意圖

1 導熱油鍋爐的特點

1.1 安全、可靠

導熱油鍋爐作為有機熱載體鍋爐的一種，采用液相導熱油為工作介質。導熱油是一種液態無蒸發、高閃點、高沸點的油品，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的操作壓力和安全要求，提高了系統和設備的可靠性。導熱油鍋爐采用二次換熱的方式，使灌蠟線溫控系統更穩定，從而很安全地實現以水或蒸汽為介質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，將造成系統腐蝕。

1.2 經濟、環保

對比熱水鍋爐，導熱油鍋爐系統首次設備投資大，但省去了閃蒸罐及壓力控制裝置等。更主要的是導熱油系統維修量小，導熱油無腐蝕性，對鍋爐及管路不易造成腐蝕及結垢，省去了鍋爐給水處理費用及鍋爐排污水處理費用。導熱油無泄漏的情況下是零排放的，更環保。

2 導熱油鍋爐的構成

導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，導熱油通過泵往盤管內輸送，然后在管內加熱，火焰在管外，如圖4所示。火管式的加熱爐，導熱油在火管的外側流過，通過加熱爐的殼程，而火焰及煙氣在管內流過。

圖4 液管式導熱油鍋爐結構

3 導熱油變質分析

灌蠟線因長期運行，導熱油存在變質風險，原因有二：

3.1 導熱油溫度過熱

導熱油溫度分為主體溫度（流動的導熱油溫度）及膜溫（與加熱盤管邊界接觸，不流動的導熱油溫度），膜溫高于主體溫度。導熱油通過傳熱面的速度必須相對快，以充分擴展紊流，從而避免膜溫過高導致傳熱面和導熱油的損害。流動主體溫度是固定的，由導熱油鍋爐上熱電阻控制。當導熱油流速低時，加熱盤管溫度就高，即膜溫高，如圖5所示，導熱油超溫發生化學鏈變化，加速氧化，粘度加大，不溶物增加，導熱油變質發黑，嚴重時出現固體顆粒，結焦滯留在管壁，影響換熱效果，更嚴重時加熱管溫度過高，火焰燒壞加熱管，導熱油泄露，發生安全事故。所以說流量控制比溫度控制更重要。一定要在傳熱面上設法使導熱油達到紊流，不應存在駐點，避免過熱點的存在及局部導熱油氣化。導熱油在加熱爐管內工作的適宜流速值為2-2.5m/s[2]。

圖5 導熱油流速與溫度對比圖

3.2 導熱油與氧氣接觸

對于一個導熱油循環系統來說，由于設計、操作等因素，膨脹罐或者儲油罐等設備中的導熱油有可能會暴露在空氣中。如此，導熱油將會與空氣中的氧氣發生氧化反應。在常溫狀態下或者油溫較低時，氧化反應速度較慢，對其所發生的品質變化基本可以忽略，但當油溫較高時（大于 60℃），氧化反應速度會明顯加快，進而氧化變質縮短導熱油壽命。

導熱油氧化變質后，將生成有機固體不溶物，同時，氧化產物將增加導熱油的運動粘度，影響傳熱，進而加劇導熱油的過熱裂解，最終縮短導熱油壽命，甚至引發安全事故。導熱油氧化變質后，從外觀上看，油的顏色會從黃色變為茶褐色，嚴重的會變為褐色，從分析測試看，導熱油的中和值、運動粘度、高沸物、丙酮不溶物等項目的測定數值均會升高。

4 導熱油防止變質的方法

防止導熱油變質的原則是盡量避免高溫導熱油與空氣接觸。

4.1 惰性氣體保護

防止導熱油氧化變質最有效的方法是使用惰性氣體保護膨脹罐，最常用的是氮封。惰性氣體保護原理是在膨脹罐氣相空間內保持一種微正壓的不反應氣體，以防止空氣與水分進入膨脹罐內。氮封裝置可非常有效的防止導熱油氧化。

圖6 氮封系統流程圖

4.2 冷油封保護

冷油封裝置是通過冷卻導熱油封閉放空管管口的方法來隔絕外界空氣與系統內高溫導熱油的接觸。

與氮封相比冷油封裝置的優點是設備簡單，不需要消耗氮氣，其缺陷是：（1）當系統油溫下降，導熱油體積收縮，膨脹罐內導熱油液位會下降，此時冷封罐內的冷油可能會被抽回膨脹罐中，一旦冷油無法覆蓋放空管管口，會使空氣重新進入膨脹罐，造成冷油封失效。（2）低沸物和水分在膨脹罐中氣化后進入冷封罐，會遇冷液化，在冷封罐內積聚，如果膨脹罐導熱油液位下降可能會把積聚在冷封罐中的低沸物、水分抽回膨脹罐，造成系統操作不穩定。因此，對于熱負荷波動較大的系統，尤其是間歇式操作系統，不適合選擇冷油封裝置。

圖7 冷油封系統流程圖

5 結論

本文介紹了導熱油鍋爐在汽車灌蠟線上的應用，并解決了導熱油變質的問題及防治方法。