有关乳化进口沥青的研制与应用

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更新时间:2014-1-14 8:19:35   来源:

  乳化机是乳化设备的心脏,通过机械的剪切、冲击和研磨完成对沥青的粉碎分散,因不同的力学作用原理,乳化机械有搅拌机、匀油机、胶体磨等,其中采用最多的是胶体磨,胶体磨的乳化机是较理想的乳化机械,它磨出的沥青粒子均匀、细度小、计量稳定、安装调试方便。其主要部件是转子和定子,转子转速一般为16.6-200r/s,最高转速可达300r/s.转子和定子间有一定间隙可以调整,最小间隙可调至0.025mm.沥青与乳化剂水溶液从进口流入,在离心力的作用下,穿过转子与定子间的缝隙,经高速剪切与研磨,从出口流出即完成分散乳化,沥青即形成极细小的微粒稳定于乳化剂水溶液中。我们选用的W1型胶体磨,工作时依靠两个齿形面的相对运动,通过二齿面间隙使制品受到剪切、研磨、高频振动、漩涡等多种的作用,因此乳液被有效地分散、碎破,均化乳化细度<2um,产量8t/h、电动机功率13kW,动磨盘与静磨盘均采用不锈钢制造,抗腐蚀能力强。
  沥青乳化生产,除核心部分乳化机极为关键外,其他配套生产设备设置是保证乳化机生产效率、产品质量以及产品成本的重要部分。要求各部位设计紧凑、坚固、管道布置合理,节省能源、便于检修、操作方便,整个设备做到文明生产。
  配套设备主要有乳液生产系统、油水供给装置、温度调节装置、流量控制装置、乳液贮存及输出、仪表控制室及试验室等六大部分。现分述如下:
  (1)乳液生产系统。
  乳液生产系统各设二个200×150×150cm过渡锅,以满足连续生产的要求,这一工艺可以用到ME700乳化机。为了节省用地,利用高位差,使过渡锅底标高离地面200cm左右。二锅间设有溢流孔,以防止沥青溢锅时外流。为保证生产时供料稳定,并提高产量,过渡锅出口处设二台齿轮泵,规格为10″,作供热沥青及乳化剂水溶液之用。
  乳化剂的制备。先在1t调配池内加入一定量水,使乳化剂全部溶解,以防止影响使用效果。锅内设蒸气管道,利用锅炉蒸气加热。锅外设水标,可清晰地看到用水情况。沥青锅的设置位置与水锅对称,锅内设有远红处加热器,其他结构与锅相同。
  (2)油水供给装置(包括温度调节装置、流量控制装置)。
  为满足沥青路面工程不同用途,我站可以对多标号的沥青进行乳化。按不同施工方式以及施工季节的需要共设三个乳化沥青贮存罐。大小可以配套,最小间隙可调至0.025mm.它工作的混合液从进口流入,在重力作用下穿过转子与定子间的缝隙,从出口流出即完成分散,沥青液体在缝隙中受到转子产生的离心力和磨擦力的作用,磨碎成极细小的微粒。我们选用的小型胶体磨机,它工作时依靠两个齿形面的相对运动,使通过二齿面间的乳液受到剪切力、高频振动、漩涡等复杂力的作用,因而乳液被有效地分散、破碎、均化、乳化和混合。
  (3)温度调节装置。
  乳化沥青生产车间所需热能以充分利用原油库蒸气热源为原则,并设置必要的电加热设备,作温度调节控制。对沥青贮存罐及沥青加热锅均设置有蒸气加热管及远红外电热管二套设备,沥青加热锅内设二组远红外电热管总功率为64kW.可以分组使用,以热电偶指示加热温度,自动控温。乳化剂水溶液采用蒸气加热,以压力式温度计指示加热温度。乳液贮存罐内,为考虑贮存温度而设有蒸气管道,另外为保证生产过程及防止间隙生产乳液破乳使管道泵体、胶体磨中的残留沥青凝固,在这些设备上均备有蒸气预热装置。
  远红外线的使用。红外线与普通光谱一样,是整个电磁波的一部分。波长在0.75u—100u范围。在5.6u以上者一般称远红外,它介于光与微波之间。各种物质均有特定的红外线吸收波长。水分有机物质在远红外的波长范围中有更多吸收峰,使物体吸收后内部分子运动加剧,温度迅速升高,从而达到加热的目的。
  它的组成:管状电热器是由一个金属管内放入金属电阻丝、并在空隙部分填满有良好的导热性和绝缘性的结晶氧化镁而组成。它可以安装在空气通道里用于加热空气,也可浸在水或其他液体中用于加热水或其他液体,以及直接放在固体金属中加热金属,具有结构简单、热效率高、消耗电力省、拆装维修方便、使用安全等特点。
  (4)流量控制系统。
  乳化沥青中沥青与乳化水溶液配比是个变数,一般介于60:40或55:45之间。沥青与水溶液配比控制准确与否,将直接影响乳化沥青的质量。据了解国内控制和调整沥青与乳化水比例方法,多采用箱式定液面法调整阀门大小控制流量。靠经验观察或抽样检查,确定配比是否正确。这种方法,实际上不能准确地控制用量。
  为使沥青与乳化水溶液的流量测定准确,较科学可靠地控制流量,我们在管路中按装流量计装置。乳化剂水溶液采用玻璃转子流量计,它用来连续测量管道中液体的流量,是一种就地指示式的仪表。转子流量计根据金属管制造材料而分为玻璃转子流量计和金属管转子流量计,我们选用了常州热工仪表厂生产的LZB-50F型玻璃转子流量计。其测量范围为0.6~6m3/h.工作条件:压力<6kgf/cm2,温度-20℃~+20℃。另一为开封仪表厂的LZZ-25F型金属管转子流量计。其测量范围为0.4~1.6m3/h.工作条件:压力<16kgf/cm2,温度为-40℃-+100℃。
  转子流量计的主要部件为一锥形管和一个能在管中自由移动的转子。转子随液体流动而浮起,浮起的位置随流量大小而异。转子浮起的高度即表示一定流量。此流量计使用简单,读数直观,且能了解单位时间产量,但使用前要选用与设计生产能力相匹配的规格。
  沥青采用上海自动化仪表厂生产的LS-25型旋转活塞流量计,旋转活塞流量计是一种容积式流量计,可用来连续测量液体的瞬时流量及总量,使用时可以看出现场流量情况,并可记录累计流量多少。
  旋转活塞流量计主要部件为计量室和旋转塞,液体以一定流量进入计量室。由于进出口的压差迫使活塞旋转,旋转活塞的转动通过杠杆,内外磁钢及齿轮传到记数机构指示现场或累计流量。本仪表结构简单、工作可靠、测量范围大、精度高,不受粘度影响。但每次使用完毕必须清洗,以防沥青粘结影响使用,若继续使用时发现仪表旋转受阻,应设法加温溶解。
  除上述两种计量装置外,在乳化水溶液上设有玻璃水位计,沥青加热锅上没有浮球油位计,指示容器内液面高度,作为流量第二控制手段。
  沥青乳化可利用高位自流进入乳化机械,虽然达到乳化目的,但产量低,易造成溢出或飞溅。若乳化时维持一定的工作压力,不但乳化效果好、气泡少,而且产量高,系全封闭生产,无飞溅溢出的危险,但对设备要求高。W4型胶体磨采用自流时产量为2t/h左右,采用泵输入时产量达4t/h,故设计时采用齿轮泵作为输入动力,实践证明压力并不太高,一般设备都能满足要求,生产稳定。
  输入动力均先用CLB-50型齿轮式沥青泵,但由于乳化剂水溶液对一般钢材有腐蚀性,因而需要耐腐蚀压力泵,齿轮泵规格可选用1.5″,并且产量还可以提高。
  (5)乳液贮存及输出。
  乳化沥青虽具有常温下施工的特点,但亦并非对其储存没有要求,若贮存不当,将导至乳液破坏,因此还必须把握其贮存要点,使之保持良好的使用状态。总的来讲乳液要求密闭储存,并保持一定的温度。因乳液暴露在空气中,导致表面破乳而形成沥青膜层,故应储存在密闭容器内,尽可能减少乳液与空气的接触面积。一般采用金属卧式贮存罐,也有设计成立式贮存罐,无论采用何种形式,为防止沉淀均应备有搅拌设施。但搅拌时应防止带入空气以免造成乳液分解破乳,必要时应做好金属防腐。
  乳液贮存的温度范围在10℃-85℃之间,贮存温度根据乳液的用途和类型而异。如洒布用乳液,贮存温度与洒布温度相近为50℃-85℃,而拌和用乳液贮存温度一般均为常温,使用与贮存不应取低温。目前我国尚未制定贮存温度标准,暂参考ASTM或AASHTO标准中有关数据作参考。
  沥青乳液贮存罐的设置,应考虑容量大小,防腐设施、搅拌、保温方式以及输出安放位置。容量大小应与生产能力及使用相匹配。罐内设有盘管,利用蒸气保温,此热能尽可能利用废气,且盘管表面温度不得超过85℃。乳液搅拌采用泵循环来搅拌乳液。贮存罐的安放位置要考虑输出时车辆运送方便,因此选择高出地面1.2m处。使用时,当液位较高时可自流罐车内,当液位降低时备有齿轮泵抽吸。
    (6)仪表控制室及试验室。
  车间设置除使乳化沥青生产做到科学管理、安全生产外,并检验乳化沥青质量及考核乳化沥青生产成本,故乳化沥青生产车间还应包括仪表控制及试验室,其面积3×4.5m2,仪表控制部分包括16门控制台,可自控沥青温度、胶体磨等。试验室两侧作沥青常规指标和乳液质量检验等工作,以控制乳化沥青的生产及使用。
  我站这套装置已得到各方面认可,并经省交通厅及中国石油化工总公司鉴定,获部级三等奖,并将生产的产品定为胜利炼油厂的正式产品。十几年来由于严格生产质保体系,制定了生产操作制度及产品质量检测制度,产品质量一直稳定可靠。班产量稳定在60~80t,总产量已达到数万t.近几年来还为我省兄弟市及外省筹建了十几个车间,投产使用质量良好。
  今年我站对进口沥青进行了乳化试制,在小试成功的基础上,对现有生产装置进行了改造,扩大生产约50t进口沥青乳液,生产稳定,各顶指标均符合要求,投入三条试验路应用。
  4、加速研制稀浆封层
  阳离子乳化沥青稀浆封层,是用标准级配石屑为首料,以阳离子乳化沥青为结合料,加入水泥等填料、水,按一定比例在机械强剪切的作用下,拌和成糊状的稀浆,用机械摊铺在路面上,凝固后形成一层沥青表面处理层即为稀浆封层。形成后的表面防渗水,增加表面磨耗层,其表面粗糙不泛油,平整坚实,一般厚度在6~8mm左右,是国家“八五”重点技术推广项目,具有较广阔的使用范围。
  4.1用在公路养护上能够改善路面外观条件。当前我市道路由于多种原因,不少沥青路面出现干涩、贫油、脱粒、网裂,有的泛油而形成光滑的表面,严重影响使用品质,甚至造成行车事故。若铺一层稀浆封层,将使表面形成色调一致的新面层,外观上坚实平整、有一定粗糙度的路表。
  具有防止雨雪渗透的作用。沥青路面的裂缝往往是导致油路面大量损坏的信号,由于稀浆封层具有流动性能好的特点,用其填满缝隙,并将裂缝全部覆盖封闭,使其具有防渗水作用,减少缝隙扩大,改善路面平整度。
  能够延长路面使用寿命。因稀浆封层中含有矿料,且乳化沥青与酸碱性矿料和原沥青路面均有良好的粘附性能,使表面形成一层磨耗层,起到耐磨与保护的作用,而延长原路面的使用寿命,且造价较一般罩面低廉。
  具有提高摩擦系数的防滑性能。若稀浆封层中的矿料采用玄武岩,则路表摩擦系数可大大提高,而一般石灰石矿料加铺稀浆封层后摩擦系数可在45以上。
  4.2用在工程建设上用于沥青路面的下封层是理想的结构。近几年我省高速公路飞跃发展,沥青路面下封层前几年采用国产沥青乳液单层洒布法施工,而现今已采用进口沥青乳液,从今年广靖高速公路采用进口沥青乳液下封看,其效果确实优于国产沥青乳液。但就施工方法而言,洒布法存在用油量掌握不好、偏少者多、个别地段忽多忽少、多时乳液流入农田造成污染、流下桥头污染桥体,其次石料洒布不匀、破乳时间把握不准、碾压时间控制不好而造成石料分布不匀、个别地段出现积油现象。但采用稀浆封层,则可以免除这些现象,达到表面均匀平整。从省高指的指导意见及二院设计文件对下封层实施要求看,当前对稀浆封层的研究应加速这方面的开发及研究,尽快投入到工程应用。我站在这方面已进行了一些有益的初探,室内小试表明,配制的慢裂快凝性乳化剂拌和的稀浆混合料(进口沥青乳液)既有足够公路的操作时间,又能在摊铺后(当时气温18℃)1h以内形成,近期即将准备铺筑试验段,进一步扩大试验。
  4.3加速开发稀浆封层技术
  (1)由于稀浆封层具有较强的专业性,实施的主要关键是研制慢裂快凝性的乳化剂,拌制慢裂快凝型稀浆混合料,因此把能研制生产乳化沥青的基地作为发展的基础,这个基地既能生产国产沥青乳液,又能生产进口沥青乳液,以满足洒布法及稀浆封层用的诸品种乳化沥青,使其既能满足一般公路养护应用,又能满足工程建设、特别是高速公路建设的需要,尽可能生产改性乳化沥青以适应今后高速公路养护的需要。力争所生产多种品牌的乳化沥青达到商品化程度,满足各方面的要求。有条件的单位还可以引进国产移动式乳化沥青车间,直接在施工工地生产所需的乳化沥青。
  (2)实施稀浆封层关键的机械是稀浆封层机,八十年代初我国自行研制的拖式稀浆封层摊铺机,后来改进为自行式稀浆封层机,使拌和摊铺一次完成,但存在计量不准、控制较难、摊铺质量不高等问题。近几年不少省市从德国购进Breing沥青稀浆封层车及宝马公司制造的S-HY-800型稀浆封层机、美国HD-10型全自动全液压改性稀浆封层机,以及SS公司生产的移动式乳化沥青生产设备,生产能力达到230t/h,这对发展应用稀浆封层技术起到极大的推动作用。特别是美国HD-10型稀浆封层机作业效率高,其拌和罐采用双轴浆叶式强制拌和器,能有效、快速、强有力地将各种材料拌和均匀,及时送入摊铺箱,保证混合料在1-2min内均匀摊铺在路上,保证稀浆混合料在工作时不破乳,摊铺在路上几分钟内就开始破乳、凝固,达到快速开放交通的目的。
  (3)乳化剂的研制,应引入社会竟争机制,引进国外先进化学合成快、开放交通型乳化剂,有条件地与化工单位、高等院校联合研究,而不能采用传统的小而全的生产体系的研制机制。同时努力掌握信息,了解国内外乳化剂生产开发动态,使其成果为我所用
  (4)建立专业化的施工队伍,统一备配机械设备,统一组织调度施工,使我省施工队伍从零落分散、水平不高、设备不全,发展成专业公路施工技术力量。对高速公路土层施工,可采取指定分包形式,既可减少诸多施工队伍增加这种特殊设备,又可使其集中精力来实施主体工程。由于是专业施工队伍,技术水平高,施工质量有保证,还能增加我省的经济产值。
  (5)积极开展改性乳化沥青稀浆封层的研究,建立省级检测中心,完善乳化沥青试验检测手段,制定省内乳化沥青产品标准及施工工艺程序。

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