涂装车间中蒸汽的妙用

汽车制造的四大工艺车间中，涂装车间因为其特殊的工艺要求，其前处理的槽液温度、油漆温度和喷漆室温度等都要保证在一定的工艺温度范围内，才能确保车身油漆的质量。涂装车间工艺保温的加热介质一般是蒸汽，随季节的不同，蒸汽所占涂装车身制造的动能成本比例也不一样，在冬季可以达到59%（见图1）。在控制制造成本中，蒸汽的动能成本控制是很重要的一环，所以蒸汽输送管路的设计设备的选用及后期的操作维护尤其重要。



图1 涂装车间冬季各介质单耗比例

蒸汽的应用
蒸汽就是把锅炉中的水，通过加热而产生的一种透明的气体。在一定的压力下，必须有足够的能量才能将水温升到沸点，之后再增加的能量只能把水转化为蒸汽。这些增加的能量并没有损失掉，而是存储在蒸汽中，随时准备释放出来，用于加热介质。由于蒸汽是一种高效、易控制的加热介质，它常用于将能量从一个集中点（锅炉）输送到工厂的各个地方，去加热空气、水或工艺介质。

涂装车间中，前处理的预脱脂、脱脂、磷化和油漆循环等都需要利用蒸汽来加热工艺介质。常用的方式是将蒸汽和工艺介质分别通过板式换热器各个进口和出口（见图2），两者在换热板的两端换热达到蒸汽加热工艺介质的目的。



图2 板式换热器

图3为前处理脱脂板式换热器的工作示意图，蒸汽的供汽管、冷凝回水管以及脱脂液的供、回管分别接在相应的管口上，通过各自的循环，在换热器内部进行换热。蒸汽的热能在传递给冷的脱脂液后冷凝成冷凝水，通过冷凝回水管回收。而冷的脱脂液在吸收蒸汽热能后升温，用于实现车身脱脂。



图3 脱脂液加热

对于板式换热器，换热板的材质、波纹、结构决定了换热效率的效率。在前期规划中，从节能的方面考虑要选择换热效率较高的换热器产品。在后期的使用中，密封垫不能损坏，安装时各换热板要压紧，否则泄漏蒸汽及蒸汽和介质会混在一起，导致能源浪费。

涂装空调送风加热



图4 空调换热器

图4为奇瑞涂装二车间中央空调的换热器，杜尔公司设计时考虑了蒸汽的供汽压力，为了减少压力、节约动能，巧妙地利用了管道变径。蒸汽到达加热盘管后和冷风接触，将冷风加热。蒸汽冷凝成水从回水管回收，冷风经过吸收蒸汽热能升温达到工艺温度后送到各个工位。



图5 空调换热器盘管

换热器的盘管（见图5）有标准型、中心进给型和串接型等。从满足工艺需要及节能方面考虑，盘管的结构和材料的选择需要考虑众多因素：包括管子材质、管子方向（如水平管还是垂直管）、气流方向（水平气流还是竖直向下气流）、管子排数和接管孔径等。

为了增加和空气流的接触面积，盘管上有用螺旋缠绕或类似方法加工的翅片。翅片的选择对节能也很重要，翅片的结构有键型、L型和叠压L型等，材质有铜、铝、钢和不锈钢等。阿姆斯壮公司不同材质组合的盘管相对传热能力如文中表所示，具体数据根据条件的变化而变化。



表 不同材质管子、翅片的相对传热能力

导致蒸汽浪费的常见因素
1.冷凝水
首先冷凝水是蒸汽加热的副产品，是蒸汽在加热过程中由于热量向被加热介质传递后降温形成的。冷凝水要及时排掉，如果不及时排掉，当形成足够的冷凝水量，高速流动的蒸汽就会推动冷凝水一起走，并且会与前面的液体滚动变得越来越大，形成“水击”，它可以破坏任何改变气流方向的管件、调节阀、三通和弯头盲板法兰等，导致系统泄露蒸汽，浪费动能。这就要求操作者不但要熟悉操作规程，还要有较强的责任心，才能确保安全及节能。



图6 浪费掉的冷凝水

其次冷凝水的温度一般在60℃左右，还有较高的利用价值，如果在离锅炉房较近时直接送回锅炉再利用，既节约蒸汽又节约用水；在离锅炉房较远时要考虑就地使用，如在涂装车间中央空调的蒸汽冷凝水就可以直接用于喷淋加湿。

2.不凝性气体及污垢
设备在开机及锅炉给水时总会有空气存在，给水中可能还会有能释放CO2的溶解碳酸盐。蒸汽将这些气体推到换热器壁上，占据了一些本应留给蒸汽的空间，这些气体既不能凝结又不能靠重力排除掉，有极好隔热特性的空气使传热效率降低，加上内部的冷凝水、污物和水垢等导致蒸汽和换热器之间被隔断，蒸汽热量必须穿过这些热阻才能到达低温流体（见图7），加上低温流体本身也存在污垢，所以会损失很大的热量。



图7 换热器截面示意图

为了减少热损失，要将这些气体及时排放，同时要定期清洁换热板内部的污垢，更换密封圈。所以定期的维护保养不但可以延长设备的使用寿命，同时还可以有效节约动能。

3.蒸汽管道保温
热量从高温区向低温区的流动称为热传递，在蒸汽形成过程中锅炉燃烧的热量传递给水，在水达到沸点后成为水蒸汽，在锅炉压力升高后，蒸汽推出来时又会把热量传递给管道。所以人们要求蒸汽输送管道必须有良好的保温效果，否则管道就会直接将热量传递给周围的冷空气，特别是冬季时户外温度极低，损失热量很大，这种热传递不但会造成极大的热量浪费，还会造成部分蒸汽变回成水阻碍蒸汽传输。



图8 保温不良造成损失



图9 良好的保温

图8中采用铝铂保温价格便宜但是容易损坏，图9中利用镀锌铁皮包裹保温棉既牢固又美观，保温效果较好。

4.其他损失
管道系统中的跑、冒、滴、漏也是蒸汽热损失的一大方面。对于泄露多集中在管道中各个接头的地方，比如由于振动导致接头松动、或密封的垫圈损坏等等。特别是对于主管道一旦泄露需要花费很大的工夫才能修复。

管道腐蚀也是导致泄露的重要方面，引起腐蚀的主要原因是CO2及O2。碳酸盐溶解于锅炉给水中的CO2进入系统，一旦与冷的凝结水结合就会生成碳酸。碳酸具有很强的腐蚀性，能够腐蚀穿管道。

结束语
蒸汽的节能在设备规划时对蒸汽设备的选用起了决定性的作用，在后期的使用与维护也相当重要。维护者要有节约成本的意识还要有节约能源的忧患意识，同时还要有足够的韧性敢于面对各种困难。

本文作者：
奇瑞汽车有限公司 孙承羲 郑磊