有關乳化進口瀝青的研制與應用
乳化機是乳化設備的心臟,通過機械的剪切、沖擊和研磨完成對瀝青的粉碎分散,因不同的力學作用原理,乳化機械有攪拌機、勻油機、膠體磨等,其中采用最多的是膠體磨,膠體磨的乳化機是較理想的乳化機械,它磨出的瀝青粒子均勻、細度小、計量穩(wěn)定、安裝調試方便。其主要部件是轉子和定子,轉子轉速一般為16.6-200r/s,最高轉速可達300r/s.轉子和定子間有一定間隙可以調整,最小間隙可調至0.025mm.瀝青與乳化劑水溶液從進口流入,在離心力的作用下,穿過轉子與定子間的縫隙,經高速剪切與研磨,從出口流出即完成分散乳化,瀝青即形成極細小的微粒穩(wěn)定于乳化劑水溶液中。我們選用的W1型膠體磨,工作時依靠兩個齒形面的相對運動,通過二齒面間隙使制品受到剪切、研磨、高頻振動、漩渦等多種的作用,因此乳液被有效地分散、碎破,均化乳化細度<2um,產量8t/h、電動機功率13kW,動磨盤與靜磨盤均采用不銹鋼制造,抗腐蝕能力強。
瀝青乳化生產,除核心部分乳化機極為關鍵外,其他配套生產設備設置是保證乳化機生產效率、產品質量以及產品成本的重要部分。要求各部位設計緊湊、堅固、管道布置合理,節(jié)省能源、便于檢修、操作方便,整個設備做到文明生產。
配套設備主要有乳液生產系統(tǒng)、油水供給裝置、溫度調節(jié)裝置、流量控制裝置、乳液貯存及輸出、儀表控制室及試驗室等六大部分,F(xiàn)分述如下:
(1)乳液生產系統(tǒng)。
乳液生產系統(tǒng)各設二個200×150×150cm過渡鍋,以滿足連續(xù)生產的要求,這一工藝可以用到ME700乳化機。為了節(jié)省用地,利用高位差,使過渡鍋底標高離地面200cm左右。二鍋間設有溢流孔,以防止瀝青溢鍋時外流。為保證生產時供料穩(wěn)定,并提高產量,過渡鍋出口處設二臺齒輪泵,規(guī)格為10″,作供熱瀝青及乳化劑水溶液之用。
乳化劑的制備。先在1t調配池內加入一定量水,使乳化劑全部溶解,以防止影響使用效果。鍋內設蒸氣管道,利用鍋爐蒸氣加熱。鍋外設水標,可清晰地看到用水情況。瀝青鍋的設置位置與水鍋對稱,鍋內設有遠紅處加熱器,其他結構與鍋相同。
(2)油水供給裝置(包括溫度調節(jié)裝置、流量控制裝置)。
為滿足瀝青路面工程不同用途,我站可以對多標號的瀝青進行乳化。按不同施工方式以及施工季節(jié)的需要共設三個乳化瀝青貯存罐。大小可以配套,最小間隙可調至0.025mm.它工作的混合液從進口流入,在重力作用下穿過轉子與定子間的縫隙,從出口流出即完成分散,瀝青液體在縫隙中受到轉子產生的離心力和磨擦力的作用,磨碎成極細小的微粒。我們選用的小型膠體磨機,它工作時依靠兩個齒形面的相對運動,使通過二齒面間的乳液受到剪切力、高頻振動、漩渦等復雜力的作用,因而乳液被有效地分散、破碎、均化、乳化和混合。
。3)溫度調節(jié)裝置。
乳化瀝青生產車間所需熱能以充分利用原油庫蒸氣熱源為原則,并設置必要的電加熱設備,作溫度調節(jié)控制。對瀝青貯存罐及瀝青加熱鍋均設置有蒸氣加熱管及遠紅外電熱管二套設備,瀝青加熱鍋內設二組遠紅外電熱管總功率為64kW.可以分組使用,以熱電偶指示加熱溫度,自動控溫。乳化劑水溶液采用蒸氣加熱,以壓力式溫度計指示加熱溫度。乳液貯存罐內,為考慮貯存溫度而設有蒸氣管道,另外為保證生產過程及防止間隙生產乳液破乳使管道泵體、膠體磨中的殘留瀝青凝固,在這些設備上均備有蒸氣預熱裝置。
遠紅外線的使用。紅外線與普通光譜一樣,是整個電磁波的一部分。波長在0.75u—100u范圍。在5.6u以上者一般稱遠紅外,它介于光與微波之間。各種物質均有特定的紅外線吸收波長。水分有機物質在遠紅外的波長范圍中有更多吸收峰,使物體吸收后內部分子運動加劇,溫度迅速升高,從而達到加熱的目的。
它的組成:管狀電熱器是由一個金屬管內放入金屬電阻絲、并在空隙部分填滿有良好的導熱性和絕緣性的結晶氧化鎂而組成。它可以安裝在空氣通道里用于加熱空氣,也可浸在水或其他液體中用于加熱水或其他液體,以及直接放在固體金屬中加熱金屬,具有結構簡單、熱效率高、消耗電力省、拆裝維修方便、使用安全等特點。
。4)流量控制系統(tǒng)。
乳化瀝青中瀝青與乳化水溶液配比是個變數(shù),一般介于60:40或55:45之間。瀝青與水溶液配比控制準確與否,將直接影響乳化瀝青的質量。據(jù)了解國內控制和調整瀝青與乳化水比例方法,多采用箱式定液面法調整閥門大小控制流量?拷涷炗^察或抽樣檢查,確定配比是否正確。這種方法,實際上不能準確地控制用量。
為使瀝青與乳化水溶液的流量測定準確,較科學可靠地控制流量,我們在管路中按裝流量計裝置。乳化劑水溶液采用玻璃轉子流量計,它用來連續(xù)測量管道中液體的流量,是一種就地指示式的儀表。轉子流量計根據(jù)金屬管制造材料而分為玻璃轉子流量計和金屬管轉子流量計,我們選用了常州熱工儀表廠生產的LZB-50F型玻璃轉子流量計。其測量范圍為0.6~6m3/h.工作條件:壓力<6kgf/cm2,溫度-20℃~+20℃。另一為開封儀表廠的LZZ-25F型金屬管轉子流量計。其測量范圍為0.4~1.6m3/h.工作條件:壓力<16kgf/cm2,溫度為-40℃-+100℃。
轉子流量計的主要部件為一錐形管和一個能在管中自由移動的轉子。轉子隨液體流動而浮起,浮起的位置隨流量大小而異。轉子浮起的高度即表示一定流量。此流量計使用簡單,讀數(shù)直觀,且能了解單位時間產量,但使用前要選用與設計生產能力相匹配的規(guī)格。
瀝青采用上海自動化儀表廠生產的LS-25型旋轉活塞流量計,旋轉活塞流量計是一種容積式流量計,可用來連續(xù)測量液體的瞬時流量及總量,使用時可以看出現(xiàn)場流量情況,并可記錄累計流量多少。
旋轉活塞流量計主要部件為計量室和旋轉塞,液體以一定流量進入計量室。由于進出口的壓差迫使活塞旋轉,旋轉活塞的轉動通過杠桿,內外磁鋼及齒輪傳到記數(shù)機構指示現(xiàn)場或累計流量。本儀表結構簡單、工作可靠、測量范圍大、精度高,不受粘度影響。但每次使用完畢必須清洗,以防瀝青粘結影響使用,若繼續(xù)使用時發(fā)現(xiàn)儀表旋轉受阻,應設法加溫溶解。
除上述兩種計量裝置外,在乳化水溶液上設有玻璃水位計,瀝青加熱鍋上沒有浮球油位計,指示容器內液面高度,作為流量第二控制手段。
瀝青乳化可利用高位自流進入乳化機械,雖然達到乳化目的,但產量低,易造成溢出或飛濺。若乳化時維持一定的工作壓力,不但乳化效果好、氣泡少,而且產量高,系全封閉生產,無飛濺溢出的危險,但對設備要求高。W4型膠體磨采用自流時產量為2t/h左右,采用泵輸入時產量達4t/h,故設計時采用齒輪泵作為輸入動力,實踐證明壓力并不太高,一般設備都能滿足要求,生產穩(wěn)定。
輸入動力均先用CLB-50型齒輪式瀝青泵,但由于乳化劑水溶液對一般鋼材有腐蝕性,因而需要耐腐蝕壓力泵,齒輪泵規(guī)格可選用1.5″,并且產量還可以提高。
(5)乳液貯存及輸出。
乳化瀝青雖具有常溫下施工的特點,但亦并非對其儲存沒有要求,若貯存不當,將導至乳液破壞,因此還必須把握其貯存要點,使之保持良好的使用狀態(tài)?偟膩碇v乳液要求密閉儲存,并保持一定的溫度。因乳液暴露在空氣中,導致表面破乳而形成瀝青膜層,故應儲存在密閉容器內,盡可能減少乳液與空氣的接觸面積。一般采用金屬臥式貯存罐,也有設計成立式貯存罐,無論采用何種形式,為防止沉淀均應備有攪拌設施。但攪拌時應防止帶入空氣以免造成乳液分解破乳,必要時應做好金屬防腐。
乳液貯存的溫度范圍在10℃-85℃之間,貯存溫度根據(jù)乳液的用途和類型而異。如灑布用乳液,貯存溫度與灑布溫度相近為50℃-85℃,而拌和用乳液貯存溫度一般均為常溫,使用與貯存不應取低溫。目前我國尚未制定貯存溫度標準,暫參考ASTM或AASHTO標準中有關數(shù)據(jù)作參考。
瀝青乳液貯存罐的設置,應考慮容量大小,防腐設施、攪拌、保溫方式以及輸出安放位置。容量大小應與生產能力及使用相匹配。罐內設有盤管,利用蒸氣保溫,此熱能盡可能利用廢氣,且盤管表面溫度不得超過85℃。乳液攪拌采用泵循環(huán)來攪拌乳液。貯存罐的安放位置要考慮輸出時車輛運送方便,因此選擇高出地面1.2m處。使用時,當液位較高時可自流罐車內,當液位降低時備有齒輪泵抽吸。
(6)儀表控制室及試驗室。
車間設置除使乳化瀝青生產做到科學管理、安全生產外,并檢驗乳化瀝青質量及考核乳化瀝青生產成本,故乳化瀝青生產車間還應包括儀表控制及試驗室,其面積3×4.5m2,儀表控制部分包括16門控制臺,可自控瀝青溫度、膠體磨等。試驗室兩側作瀝青常規(guī)指標和乳液質量檢驗等工作,以控制乳化瀝青的生產及使用。
我站這套裝置已得到各方面認可,并經省交通廳及中國石油化工總公司鑒定,獲部級三等獎,并將生產的產品定為勝利煉油廠的正式產品。十幾年來由于嚴格生產質保體系,制定了生產操作制度及產品質量檢測制度,產品質量一直穩(wěn)定可靠。班產量穩(wěn)定在60~80t,總產量已達到數(shù)萬t.近幾年來還為我省兄弟市及外省籌建了十幾個車間,投產使用質量良好。
今年我站對進口瀝青進行了乳化試制,在小試成功的基礎上,對現(xiàn)有生產裝置進行了改造,擴大生產約50t進口瀝青乳液,生產穩(wěn)定,各頂指標均符合要求,投入三條試驗路應用。
4、加速研制稀漿封層
陽離子乳化瀝青稀漿封層,是用標準級配石屑為首料,以陽離子乳化瀝青為結合料,加入水泥等填料、水,按一定比例在機械強剪切的作用下,拌和成糊狀的稀漿,用機械攤鋪在路面上,凝固后形成一層瀝青表面處理層即為稀漿封層。形成后的表面防滲水,增加表面磨耗層,其表面粗糙不泛油,平整堅實,一般厚度在6~8mm左右,是國家“八五”重點技術推廣項目,具有較廣闊的使用范圍。
4.1用在公路養(yǎng)護上能夠改善路面外觀條件。當前我市道路由于多種原因,不少瀝青路面出現(xiàn)干澀、貧油、脫粒、網裂,有的泛油而形成光滑的表面,嚴重影響使用品質,甚至造成行車事故。若鋪一層稀漿封層,將使表面形成色調一致的新面層,外觀上堅實平整、有一定粗糙度的路表。
具有防止雨雪滲透的作用。瀝青路面的裂縫往往是導致油路面大量損壞的信號,由于稀漿封層具有流動性能好的特點,用其填滿縫隙,并將裂縫全部覆蓋封閉,使其具有防滲水作用,減少縫隙擴大,改善路面平整度。
能夠延長路面使用壽命。因稀漿封層中含有礦料,且乳化瀝青與酸堿性礦料和原瀝青路面均有良好的粘附性能,使表面形成一層磨耗層,起到耐磨與保護的作用,而延長原路面的使用壽命,且造價較一般罩面低廉。
具有提高摩擦系數(shù)的防滑性能。若稀漿封層中的礦料采用玄武巖,則路表摩擦系數(shù)可大大提高,而一般石灰石礦料加鋪稀漿封層后摩擦系數(shù)可在45以上。
4.2用在工程建設上用于瀝青路面的下封層是理想的結構。近幾年我省高速公路飛躍發(fā)展,瀝青路面下封層前幾年采用國產瀝青乳液單層灑布法施工,而現(xiàn)今已采用進口瀝青乳液,從今年廣靖高速公路采用進口瀝青乳液下封看,其效果確實優(yōu)于國產瀝青乳液。但就施工方法而言,灑布法存在用油量掌握不好、偏少者多、個別地段忽多忽少、多時乳液流入農田造成污染、流下橋頭污染橋體,其次石料灑布不勻、破乳時間把握不準、碾壓時間控制不好而造成石料分布不勻、個別地段出現(xiàn)積油現(xiàn)象。但采用稀漿封層,則可以免除這些現(xiàn)象,達到表面均勻平整。從省高指的指導意見及二院設計文件對下封層實施要求看,當前對稀漿封層的研究應加速這方面的開發(fā)及研究,盡快投入到工程應用。我站在這方面已進行了一些有益的初探,室內小試表明,配制的慢裂快凝性乳化劑拌和的稀漿混合料(進口瀝青乳液)既有足夠公路的操作時間,又能在攤鋪后(當時氣溫18℃)1h以內形成,近期即將準備鋪筑試驗段,進一步擴大試驗。
4.3加速開發(fā)稀漿封層技術
。1)由于稀漿封層具有較強的專業(yè)性,實施的主要關鍵是研制慢裂快凝性的乳化劑,拌制慢裂快凝型稀漿混合料,因此把能研制生產乳化瀝青的基地作為發(fā)展的基礎,這個基地既能生產國產瀝青乳液,又能生產進口瀝青乳液,以滿足灑布法及稀漿封層用的諸品種乳化瀝青,使其既能滿足一般公路養(yǎng)護應用,又能滿足工程建設、特別是高速公路建設的需要,盡可能生產改性乳化瀝青以適應今后高速公路養(yǎng)護的需要。力爭所生產多種品牌的乳化瀝青達到商品化程度,滿足各方面的要求。有條件的單位還可以引進國產移動式乳化瀝青車間,直接在施工工地生產所需的乳化瀝青。
。2)實施稀漿封層關鍵的機械是稀漿封層機,八十年代初我國自行研制的拖式稀漿封層攤鋪機,后來改進為自行式稀漿封層機,使拌和攤鋪一次完成,但存在計量不準、控制較難、攤鋪質量不高等問題。近幾年不少省市從德國購進Breing瀝青稀漿封層車及寶馬公司制造的S-HY-800型稀漿封層機、美國HD-10型全自動全液壓改性稀漿封層機,以及SS公司生產的移動式乳化瀝青生產設備,生產能力達到230t/h,這對發(fā)展應用稀漿封層技術起到極大的推動作用。特別是美國HD-10型稀漿封層機作業(yè)效率高,其拌和罐采用雙軸漿葉式強制拌和器,能有效、快速、強有力地將各種材料拌和均勻,及時送入攤鋪箱,保證混合料在1-2min內均勻攤鋪在路上,保證稀漿混合料在工作時不破乳,攤鋪在路上幾分鐘內就開始破乳、凝固,達到快速開放交通的目的。
。3)乳化劑的研制,應引入社會竟爭機制,引進國外先進化學合成快、開放交通型乳化劑,有條件地與化工單位、高等院校聯(lián)合研究,而不能采用傳統(tǒng)的小而全的生產體系的研制機制。同時努力掌握信息,了解國內外乳化劑生產開發(fā)動態(tài),使其成果為我所用
。4)建立專業(yè)化的施工隊伍,統(tǒng)一備配機械設備,統(tǒng)一組織調度施工,使我省施工隊伍從零落分散、水平不高、設備不全,發(fā)展成專業(yè)公路施工技術力量。對高速公路土層施工,可采取指定分包形式,既可減少諸多施工隊伍增加這種特殊設備,又可使其集中精力來實施主體工程。由于是專業(yè)施工隊伍,技術水平高,施工質量有保證,還能增加我省的經濟產值。
。5)積極開展改性乳化瀝青稀漿封層的研究,建立省級檢測中心,完善乳化瀝青試驗檢測手段,制定省內乳化瀝青產品標準及施工工藝程序。
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