車身焊接工藝循環冷卻水系統的水處理工藝的製作方法

2024-02-15 10:50:15

專利名稱：：車身焊接工藝循環冷卻水系統的水處理工藝的製作方法
技術領域：
：本發明涉及一種循環水的綜合處理方案，尤其涉及汽車製造用工藝水的水處理工藝方案。
背景技術：
：車身焊接是指使用通過電流把金屬零件熔合在一起的焊接系統。焊接設備在焊接過程中會積聚起巨大的熱量，冷卻水流過焊接設備，以達到冷卻的目的。從水處理角度來講，焊接工藝冷卻水系統具有的特點以及相對應的己有水處理方案的不足之處列表如下tableseeoriginaldocumentpage4tableseeoriginaldocumentpage5
發明內容本發明需要解決的技術問題是公開一套車身焊接工藝循環冷卻水的水處理方案，以克服現有技術方案存在的缺陷。上表所述的各項內容，互相之間實際上存在者非常緊密的關聯性，譬如，合理的緩蝕劑方案能有效控制各類腐蝕問題，因而腐蝕產生的懸浮物問題也能大大緩解；再如，充分維護好旁濾器，也能明顯減少末梢沉積現象；又如，大量的沉積也促進了沉積下腐蝕以及厭氧菌的繁殖等等。因此，要提供一整套行之有效的綜合性水處理方案，確保系統的長期穩定運行，保持熱交換器的換熱效率，從而杜絕非計劃停機，延長設備的使用壽命。本發明的車身焊接工藝循環冷卻水系統的水處理工藝包括如下內容1.循環冷卻水加藥處理以冷卻水的總量為基礎計，在循環冷卻水中添加碳鋼緩蝕劑1000-1500mg/L，銅緩蝕劑60-100mg/L，殺菌劑(指有效成份)l-3mg/L。2.旁濾器的設置與維護在循環冷卻水系統中配備旁濾器，旁濾器的進出口分別與水系統循環泵前後的主管道連接，旁濾流量為3~5%的系統總流量，監控旁濾器進出水壓力差，當壓差大於0.1MPa時，更換更換或清洗濾芯；3.車間排汙工位供回水管壓差《0.1MPa時，每8-16小時，在生產前進行焊槍頭排汙；工位供回水管壓差《0.2MPa且X).lMPa時，每16-24小時在生產前進行焊槍頭排汙；工位供回水管壓差《0.3MPa且X).2MPa時，每24-48小時在生產前進行焊槍頭排汙。4.循環冷卻水水質控制控制循環冷卻水的pH值為7.0~9.0，最佳範圍是8.08.2;電導率<500uS/cm;總鐵Fe《2.0mg/L，儘量能控制在1.0mg/L以下；總銅Cu《1.0mg/L;游離銅離子(Cu2+、Cu+)《0.2mg/L;Cr<20mg/L;SO42-<100mg/L;Ca2+<100mg/L。上述碳鋼緩蝕劑優選專用的密閉式焊接冷卻水系統的鎢系複合緩蝕劑，優選配方及各組分的質量百分比為羥基乙叉二膦酸1-30%;鉤酸鈉1-10%;鋅鹽0.1-1%;餘量為水。上述鋅鹽可以是硫酸鋅、氯化鋅、硝酸鋅等。鎢系複合緩蝕劑其主要緩蝕機理是與碳鋼管道中的鐵形成氧化亞鐵一氧化高鐵一鎢酸鐵的絡合鈍化膜，具有高牢固性、高緻密性，對碳鋼起到了很好的保護作用；它對兩性金屬鋁及鋅也有很好的保護作用；它與銅緩蝕劑的配合使用，能增強銅及銅合金的緩蝕作用。該藥劑電導率貢獻值低，在1000-1500mg/L的正常投加量下，其電導率貢獻僅120150uS/cm。當與補充水混合以後，其電導率將遠小於500uS/cm的要求；亦適用於7.0-10更寬的pH值範圍。該產品須在冷卻水系統內一次投加到位，並由測試冷卻水中指示劑的含量來監測產品的濃度。上述銅緩蝕劑優選有機唑複合銅緩蝕劑，優選配方為甲基苯並噻唑3-10%，巰基苯並噻唑2%-8%，鹼1-4%,餘量為水。銅緩蝕劑的投加周期為2-4周投加一次。上述鹼可以選自氫氧化鈉、氫氧化鉀。該複合配方的緩蝕機理是與銅在金屬表面形成一層到幾層的三唑銅絡合物保護膜。它們具有用量小但緩蝕效果好的特點。對一般的工業循環水系統，其投加量只要3050mg/L即可有效防止銅腐蝕。但對於焊接工藝水系統，由於銅設備數量和合金種類多，與水接觸的表面積大，因此一般需要60100mg/L的投加量，若系統銅腐蝕比較嚴重，則可將投加濃度提高至150mg/L以上。另外，該藥劑中的唑類分子能與系統中的游離銅離子形成絡合物。水中的銅離子可能來源於補水，也可來自於銅設備的腐蝕。唑類分子的這種性質有助於防止銅離子沉積在其它金屬如碳鋼管道或鋁質部件表面而產生電偶腐蝕。上述殺菌劑優選非氧化性殺菌劑如異噻類殺菌劑(如2-甲基-4-異噻唑啉-3-酮和5-氯-2-甲基-4-異噻唑啉-3-酮)、有機醛類殺菌劑(如戊二醛)、有機溴類(如溴化丙醯胺)等。殺菌劑的投加周期為l-2周投加一次。較佳的，需殺菌劑的投入方案為定期更換殺菌劑的種類。微生物控制的關鍵在於日常將其數量控制在一定範圍之內，而不是等到大量繁殖導致在焊接設備內形成沉積或在管壁形成粘泥才採取措施。因為此時可能已引起換熱部位堵塞或粘泥下面金屬的腐蝕。研究表明，對於焊接工藝水系統，不宜採用滷系氧化性殺菌劑，譬如次氯酸鈉。由於此類殺菌劑在系統中易降解為滷素離子如氯離子，易對鋅、鋁部件產生點蝕，嚴重的會造成穿孔。因此宜採用殺菌效率高、效果持續時間長的非氧化性殺菌劑如異噻唑啉酮。它的殺菌機理是通過斷開細菌和藻類細胞的蛋白質鍵而使微生物細胞死亡。與其它殺菌劑相比，它具有以下優點(1)投加濃度低，殺菌效率高。投加濃度為0.5mg/L即可達到抑制微生物的生長目的，1~3mg/L即可達到十分有效的殺菌效果。(2)與其它水處理劑的兼容性好。能與鎢酸鹽、唑類銅緩蝕劑和其它類型殺菌劑共同使用，因此它尤其適合焊接水系統。(3)對各類金屬基本無侵蝕作用。(4)殺菌穿透力強。能穿透黏附在設備和管道表面上的生物粘泥，對下面的微生物進行有效控制。當然為避免長期使用同一種殺菌劑引起微生物的抗藥性，需定期更替一次其它種類殺菌劑，譬如有機醛、有機溴等，例如投加了3次異噻類殺菌劑後，再投加一次有機醛類殺菌劑。在水系統處理中設置旁濾器，是因為焊接工藝水系統中一個常見的水質問題就是懸浮物的存在。懸浮物包括鐵、銅等金屬的腐蝕產物、微生物絮凝體、外界帶入的汙染物等，它們易在系統流速較緩處如焊接設備沉積，降低了冷卻效果。因此需配備旁濾器，在不停機情況下能逐漸濾除懸浮物。旁濾器的進出口一般分別與焊接水系統循環泵前後的主管道連接，這樣能得到最大的過濾壓力，旁濾流量一般為3~5%的系統總流量。過濾材料一般為纖維濾芯，孔徑《50wn。在使用一段時間後，隨著纖維濾芯上的截留物越積越多，其出口壓力也逐步下降，由於其進口壓力不變，因此壓差將逐步增大，過濾效率也將越來越低。因此使用中應經常關注進出水壓力表的讀數，一般壓差小於0.1MPa為宜，否則應考慮是否更換或清洗濾芯。分析發現，雖然一般的焊接工藝水系統設計要求為》0.3MPa。但在車間遠離供水泵房的各工位壓差由於壓損大，因而不一定能達到這個要求，若壓差小於0.2MPa，則該工位處流速相對較慢，焊槍內較易形成沉積，槍頭水質也較差，造成換熱效率降低。同時緩蝕藥劑較難帶到此處，或在濁度較高的情況下難以作用。因此有必要制定合理的車間排汙計劃，首先應調查車間工位供回水管壓差狀況，尤其是新接手處理的焊接工藝水系統。根據調查結果，可制定車間排汙計劃工位供回水管壓差《0.1MPa時，每8-16小時在生產前或間隙進行焊槍頭排汙；工位供回水管壓差《0.2MPa且XUMPa時，每16-24小時在生產前或間隙進行焊槍頭排汙；工位供回水管壓差《0.3MPa且X).2MPa時，每24-48小時在生產前或間隙進行焊槍頭排汙。由於是悍槍頭處的局部沉積，故每次排汙量僅需23L。循環冷卻水系統的水質指標控制具有重要的作用(l)pH值。焊接循環水系統含有包括碳鋼、銅、銅合金、鋁等多種金屬設備，每種有其最適合的pH值以使其腐蝕趨勢最小，同時緩蝕劑也有其發揮最佳效果的pH範圍。因此，根據理論和實際分析，焊接系統pH值控制在7.09.0為宜。而最佳範圍是8.08.2，因為此時能使鋁得到最有效的保護。pH的控制可經由投加少量的酸或鹼、適當的排水置換等方式實現；(2)電導率。正如前面所述的，焊接設備不同的金屬間的相互連接將導致電腐蝕。除了投加銅緩蝕劑，另一個影響電偶腐蝕程度的關鍵指標是電導率。因為電導率越高，電偶腐蝕反應中陰陽極之間電子流動越快，電流就越高，腐蝕速度就越快。因此日常系統電導率越低越好，如採用純水作為補水。但考慮到所投加的各類藥劑也會貢獻電導率，因此一般控制電導率〈500uS/cm。電導率的控制可通過避免過量投藥、維護好除鹽水產水裝置，確保產水質量等方式實現G)總鐵和銅。焊接工藝水系統總鐵(水體中包括游離態離子、化合態、金屬微粒所有鐵元素的含量)一般控制Fe《2.0mg/L，儘量能控制在1.0mg/L以下。過量的鐵易促進鐵細菌的生長，並且易在焊接設備沉積。總鐵可通過旁濾或在過高時也可通過對主管道排水來去除。但焊槍頭部位由於流速慢，因此極易造成總鐵沉積，而且通過對主管道排水也很難去除，因此可直接在焊槍頭部位進行排水。由於焊接系統銅設備數量和種類較多，即使投加了銅緩蝕劑，其銅腐蝕也不可能徹底杜絕，相比其它普通工業循環水，其銅指標往往較高。一般控制總銅(水體中包括游離態離子、化合態、金屬微粒所有銅元素的含量)Cu《1.0mg/L，並且為防止游離銅離子與碳鋼和鋁產生電偶腐蝕，要投加足量銅緩蝕劑，控制游離銅離子(012+、Cu+)《0.2mg/L。總銅的控制可通過旁濾，過高時也可通過排汙，尤其是焊槍頭處排汙等方式實現(4)其它指標包括一些腐蝕性離子如氯離子、硫酸根、亞硝酸根和鈣離子，控制如下Cr<20mg/L(針對純水作為補水)、SO42'<100mg/L、Ca2+<100mg/L。腐蝕性離子的控制可通過確保除鹽水補水的質量等方式實現。較佳的，需要對循環冷卻水系統設立日常監測項目，包括下列內容補水水質監測監測項目包括pH、電導率。補水水質波動也比較頻繁，尤其是其電導率和pH的波動，會直接影響到系統的水質，定期地進行補水水質分析對預測焊接工藝水系統水質和解決問題十分重要。循環水監測監測項目包括pH，電導率，總鐵，鈣硬，總銅，氯根、硫酸根。定期水質全分析，跟蹤重點參數如pH，電導率，總鐵，總銅等。掛片監測監測項目包括碳鋼、銅、鋁、鋅的腐蝕速率監測。掛片可以代表系統管路的真實情況。每季度對每個系統的掛片(碳鋼、銅、鋁、鋅)進行腐蝕速率監測，配合水質分析，量化地考核處理結果。焊槍頭及浸水電纜更換情況監測每個焊槍頭的平均使用壽命根據各個生產廠不同，跟蹤其使用壽命的概況及觀察換下來的焊槍頭可以幫助了解處理的效果。浸水電纜也有使用壽命，例如每焊50萬點須更換，跟蹤了解幾個重點工位的情況也可為處理情況的改善或惡化提供事實依據。本發明方法，綜合解決了現有的循環水處理中，因緩蝕劑耐高溫性差，電導率貢獻高、缺乏pH控制手段、輕視銅的緩蝕處理、單一殺菌劑、所用緩蝕劑含Nor或大量磷元素、缺乏合理的末端排汙維護計劃等缺陷引起的管道腐蝕、沉積和微生物繁殖以及焊接設備堵塞、損壞等問題，確保系統的長期穩定運行，保持熱交換器的換熱效率，從而杜絕非計劃停機，延長設備的使用壽命。具體實施例方式以下列舉具體實例以進一步闡述本發明，應理解，實施例並非用於限制本發明的保護範圍。實施例1對象某汽車製造廠車身焊接工藝冷卻水系統各項參數保有水量——130m3，循環水量——400m3/h，水溫——2630°C，主管道材質——無縫鋼管，焊接設備材質——銅及銅合金、鋅、鋁，旁濾器——2臺，旁濾量20m3/11。方案實施前狀況該系統原水處理方案，經5年水處理運行後，發現系統總鐵含量一直居高不下，少則5mg/L，最高達20mg/L以上，水呈棕黃色，靜止下有大量絮狀沉澱；而某些焊槍頭總鐵達100mg/L以上，致使冷卻水管被鐵鏽堵塞而大大降低了冷卻效果，造成虛焊，即焊接點結合不牢固或焊不上現象，影響了生產質量。雖然通過增加總管排水頻率亦不能降低其總鐵含量。原因分析1、對總管水質及焊槍沉積物進行跟蹤分析，發現系統總管水中銅含量不高，僅為0.2mg/L左右，但沉積物中銅含量極高，說明原水處理方案忽視了銅的緩蝕，引起嚴重的銅腐蝕，腐蝕下來的銅離子基本都吸附至碳鋼管道內壁而形成銅鐵間的電偶反應，結果造成鐵不斷被溶解下來，形成一個惡性循環，應該說，這樣的處理方法是危險的，長久下來可能造成管道穿孔。2、沒有制定車間焊槍頭的排汙計劃，致使焊接設備處沉積累積，引起堵塞。3、系統雖然配備旁濾器，但無維護計劃，其濾芯長期下來已被堵塞。方案的實施1、更換原藥劑方案，投加鎢系複合緩蝕劑1000-1500mg/L，增強碳鋼緩蝕效果。最重要的是，補充高濃度的有機唑複合銅緩蝕劑100-150mg/L，對銅設備迅速起保護作用，並螯合游離銅離子，間接也對碳鋼起到保護作用，銅緩蝕劑的投加周期為2-4周投加一次。殺菌劑選用異噻類殺菌劑2-甲基-4-異噻唑啉-3-酮和5-氯-2-甲基-4-異噻唑啉-3-酮，投加量為l-3mg/L。殺菌劑的投加周期為l-2周投加一次。每投加了3次異噻類殺菌劑後，再投加一次有機醛類殺菌劑。鎢系複合緩蝕劑的配製，按下表配製鉤系複合緩蝕劑，並測試各組分的碳鋼緩蝕率配方(配製100kg的鎢系複合緩蝕劑，各成分單位均為kg)tableseeoriginaldocumentpage10上述1-7的配方均可達到選用要求，在本例中，選用配方l。有機唑複合銅緩蝕劑的配製，按下表配製有機唑複合銅緩蝕劑，並測試各組分的銅緩蝕率配方(配製100kg的有機唑複合銅緩蝕劑，各成分單位均為kg)tableseeoriginaldocumentpage10tableseeoriginaldocumentpage11由於銅在普通水體中腐蝕速率過慢，為了能快速得出上述比較試驗的結果，人為地創造腐蝕性試驗介質溶液(3.5%氯化鈉溶液，PH=6.5)檢測銅緩蝕率。上述1-7的配方均可達到選用要求，在本例中，選用配方7。2、對車間工位進行調查，結果為多數供回水管壓差剛達設計要求0.3MPa，但車間遠離供水泵房的各工位壓差普遍小於0.2MPa，最小只有0.06MPa。尤其在前圍各工位較突出，水質特別差。在對全車間焊槍頭集中排汙後，按下列排汙計劃進行排汙工位供回水管壓差《0.1MPa時，每8-16小時在生產前或間隙進行焊槍頭排汙；工位供回水管壓差《0.2MPa且X).lMPa時，每16-24小時在生產前或間隙進行焊槍頭排汙；工位供回水管壓差《0.3MPa且X).2MPa時，每24-48小時在生產前或間隙進行焊槍頭排汙。3、設置旁濾流量為3~5%的系統總流量，監控旁濾器進出水壓力差，當壓差大於O.lMPa時，更換或清洗濾芯，但規定每年至少更換濾芯2次。4、日常監測項目設立補水水質監測監測項目包括pH、電導率。循環水監測監測項目包括pH,電導率，總鐵，鈣硬，總銅，氯根、硫酸根。掛片監測監測項目包括碳鋼、銅、鋁、鋅的腐蝕速率監測。焊槍頭及浸水電纜更換情況監測。5、指標控制控制循環冷卻水的pH值為7.0-9.0;電導率<500uS/cm;總鐵Fe《2.0mg/L，儘量能控制在1.0mg/L以下；總銅Cu《1.0mg/L;游離銅離子(Cu2+、Cu+)《0.2mg/L;Cr<20mg/L;SO4、100mg/L;Ca2+0.1MPa時，每16-24小時在生產前進行焊槍頭排汙；工位供回水管壓差≤0.3MPa且>0.2MPa時，每24-48小時在生產前進行焊槍頭排汙；d、循環冷卻水水質控制控制循環冷卻水的pH值為7.0～9.0；電導率<500μS/cm；總鐵Fe≤2.0mg/L；總銅Cu≤1.0mg/L；游離銅離子≤0.2mg/L；Cl-<20mg/L；SO42-<100mg/L；Ca2+<100mg/L。2.如權利要求l所述車身焊接工藝循環冷卻水系統的水處理工藝，其特徵在於，a中所述碳鋼緩蝕劑為鎢系複合緩蝕劑。3.如權利要求2所述車身焊接工藝循環冷卻水系統的水處理工藝，其特徵在於，所述鎢系複合緩蝕劑的配方及各組分的質量百分比為羥基乙叉二膦酸1-30%;鎢酸鈉1-10%;鋅鹽0.1-1%;餘量為水。4.如權利要求3所述車身焊接工藝循環冷卻水系統的水處理工藝，其特徵在於，所述鋅鹽選自硫酸鋅、氯化鋅或硝酸鋅。5.如權利要求1所述車身焊接工藝循環冷卻水系統的水處理工藝，其特徵在於，a中所述銅緩蝕劑為有機唑複合銅緩蝕劑。6.如權利要求5所述車身焊接工藝循環冷卻水系統的水處理工藝，其特徵在於，所述有機唑複合銅緩蝕劑的配方及各組分的質量百分比為甲基苯並噻唑3_10%，巰基苯並噻唑2%-8%，鹼1-4%,餘量為水。7.如權利要求1所述車身焊接工藝循環冷卻水系統的水處理工藝，其特徵在於，a中所述殺菌劑選自非氧化性殺菌劑、有機醛殺菌劑、有機溴殺菌劑中的一種或多種，殺菌劑的投加周期為1-2周投加一次。8.如權利要求7所述車身焊接工藝循環冷卻水系統的水處理工藝，其特徵在於，所述非氧化性殺菌劑為異噻類殺菌劑，殺菌劑的投加周期為l-2周投加一次，且定期更換殺菌劑的種類。9.如權利要求7所述車身焊接工藝循環冷卻水系統的水處理工藝，其特徵在於，所述非氧化性殺菌劑選自2-甲基-4-異噻唑啉-3-酮或5-氯-2-甲基-4-異噻唑啉-3-酮，所述有機醛殺菌劑為戊二醛，所述有機溴殺菌劑為溴化丙醯胺。10.如權利要求l所述車身焊接工藝循環冷卻水系統的水處理工藝，其特徵在於，b中所述旁濾器的過濾材料為纖維濾芯，孔徑《50wn。11.如權利要求1所述車身焊接工藝循環冷卻水系統的水處理工藝，其特徵在於，d中所述pH為8.0-8.2;總鐵Fe《1.0mg/L。12.如權利要求1-11中任一權利要求所述車身焊接工藝循環冷卻水系統的水處理工藝，其特徵在於，還包括設立循環冷卻水系統的日常監測項目，日常監測項目包括下列內容補水水質監測監測項目包括pH、電導率；循環水監測監測項目包括pH，電導率，總鐵，鈣硬，總銅，氯根、硫酸根；掛片監測監測項目包括碳鋼、銅、鋁、鋅的腐蝕速率監測；焊槍頭及浸水電纜更換情況監測。全文摘要本發明公開了一種車身焊接工藝循環冷卻水系統的水處理工藝，包括循環冷卻水加藥處理；旁濾器的設置與維護；車間排汙；和循環冷卻水水質控制。本發明方法，綜合解決了現有的循環水處理中的各種缺陷引起的管道腐蝕、沉積和微生物繁殖以及焊接設備堵塞、損壞等問題，確保系統的長期穩定運行，保持熱交換器的換熱效率，從而杜絕非計劃停機，延長設備的使用壽命。文檔編號C02F1/66GK101439912SQ20081020745公開日2009年5月27日申請日期2008年12月19日優先權日2008年12月19日發明者餘志榮,力宋,徐存德,施沛穎,潘志傑,寧陸申請人:上海依科綠色工程有限公司