乳化瀝青是熱熔的瀝青摻配乳化劑水溶液,通過機械作用,把瀝青切割成微粒制成水包油型乳狀液,簡稱乳液。它是由瀝青、水和乳化劑等三個成分組成,經(jīng)過乳化設(shè)備的作用而形成。由此可知制造乳化瀝青必須有基本裝置-乳化機,它是生產(chǎn)乳化瀝青的核心。另外,還需要有乳化劑水溶液罐、熱瀝青貯存罐和加溫裝置等等,這就形成了生產(chǎn)組合車間。
綜上所述可知,瀝青乳化不僅需要專用的機械設(shè)備,而且還必須制定一定的工藝生產(chǎn)流程,在特定的工藝條件下才能完成。乳化瀝青的生產(chǎn)工藝及生產(chǎn)設(shè)備對乳液的質(zhì)量和成本起著重要的作用,選擇好的設(shè)備、制定完善的生產(chǎn)工藝、管線布局、充分利用現(xiàn)有條件,是建好生產(chǎn)車間的前提。同時,建立科學(xué)的生產(chǎn)管理制度是保證產(chǎn)品質(zhì)量、發(fā)展乳化瀝青生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)。
3.1充分利用優(yōu)越的運輸及熱能條件六十年代中期,在鎮(zhèn)江近郊已建立了一座熱瀝青中轉(zhuǎn)油庫,年進出瀝青近1.5萬t.中轉(zhuǎn)油庫有可???節(jié)槽車的鐵路專用線,有二臺2t蒸氣鍋爐、一臺650大卡導(dǎo)熱油鍋爐和4000t瀝青儲罐,既可中轉(zhuǎn)瀝青也能為施工直接供加熱至160℃~180℃的熱瀝青。另外還有200t的汽車專用運輸罐車,專門送運熱瀝青或乳化瀝青。因此發(fā)展生產(chǎn)乳化瀝青時:
?。?)可利用加熱條件為生產(chǎn)乳化瀝青提供加熱至要求的熱融瀝青和要求溫度的乳化劑溶液;(2)可利用蒸氣對生產(chǎn)設(shè)備預(yù)熱;
?。?)可利用原有房屋減少基建投資;
?。?)可利用鐵路專用線調(diào)運瀝青直接入庫,減少運輸環(huán)節(jié),降低成本;
?。?)充分利用油庫的供水供電條件;
?。?)利用原有瀝青檢測設(shè)備及試驗人員,增加些專用設(shè)備,即可建立起健全的質(zhì)量檢測體系。
3.2設(shè)備的選型八十年代初,我站即利用中轉(zhuǎn)瀝青的有利條件,組建了國內(nèi)較先進的以乳化國產(chǎn)瀝青為主的生產(chǎn)車間,它有較完善的瀝青加熱熔化和供給系統(tǒng)、供水供汽系統(tǒng)、乳化劑水溶液摻配系統(tǒng)、計量控制系統(tǒng)、乳化瀝青生產(chǎn)機械、乳液儲存系統(tǒng)、乳液質(zhì)檢設(shè)備、乳液生產(chǎn)電控系統(tǒng)以及乳液外運系統(tǒng)。
乳化機是乳化設(shè)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(xué)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(diào)試方便。其主要部件是轉(zhuǎn)子和定子,轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速一般為16.6-200r,最高轉(zhuǎn)速可達300r.轉(zhuǎn)子和定子間有一定間隙可以調(diào)整,最小間隙可調(diào)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(zhuǎn)子與定子間的縫隙,經(jīng)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(chǎn)量8th、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(chǎn),除核心部分乳化機極為關(guān)鍵外,其他配套生產(chǎn)設(shè)備設(shè)置是保證乳化機生產(chǎn)效率、產(chǎn)品質(zhì)量以及產(chǎn)品成本的重要部分。要求各部位設(shè)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(shè)備做到文明生產(chǎn)。
配套設(shè)備主要有乳液生產(chǎn)系統(tǒng)、油水供給裝置、溫度調(diào)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:
?。?)乳液生產(chǎn)系統(tǒng)。
乳液生產(chǎn)系統(tǒng)各設(shè)二個200×150×150cm過渡鍋,以滿足連續(xù)生產(chǎn)的要求。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(shè)有溢流孔,以防止瀝青溢鍋時外流。為保證生產(chǎn)時供料穩(wěn)定,并提高產(chǎn)量,過渡鍋出口處設(shè)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(diào)配池內(nèi)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(nèi)設(shè)蒸氣管道,利用鍋爐蒸氣加熱。鍋外設(shè)水標,可清晰地看到用水情況。瀝青鍋的設(shè)置位置與水鍋對稱,鍋內(nèi)設(shè)有遠紅處加熱器,其他結(jié)構(gòu)與鍋相同。
?。?)油水供給裝置(包括溫度調(diào)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(shè)三個乳化瀝青貯存罐。大小可以配套,最小間隙可調(diào)至0.025mm.它工作的混合液從進口流入,在重力作用下穿過轉(zhuǎn)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(zhuǎn)子產(chǎn)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(fù)雜力的作用,因而乳液被有效地分散、破碎、均化、乳化和混合。
?。?)溫度調(diào)節(jié)裝置。
乳化瀝青生產(chǎn)車間所需熱能以充分利用原油庫蒸氣熱源為原則,并設(shè)置必要的電加熱設(shè)備,作溫度調(diào)節(jié)控制。對瀝青貯存罐及瀝青加熱鍋均設(shè)置有蒸氣加熱管及遠紅外電熱管二套設(shè)備,瀝青加熱鍋內(nèi)設(shè)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(nèi),為考慮貯存溫度而設(shè)有蒸氣管道,另外為保證生產(chǎn)過程及防止間隙生產(chǎn)乳液破乳使管道泵體、膠體磨中的殘留瀝青凝固,在這些設(shè)備上均備有蒸氣預(yù)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0.75u100u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(zhì)均有特定的紅外線吸收波長。水分有機物質(zhì)在遠紅外的波長范圍中有更多吸收峰,使物體吸收后內(nèi)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(nèi)放入金屬電阻絲、并在空隙部分填滿有良好的導(dǎo)熱性和絕緣性的結(jié)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(jié)構(gòu)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(zhì)量。據(jù)了解國內(nèi)控制和調(diào)整瀝青與乳化水比例方法,多采用箱式定液面法調(diào)整閥門大小控制流量??拷?jīng)驗觀察或抽樣檢查,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(xué)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(zhuǎn)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(zhuǎn)子流量計根據(jù)金屬管制造材料而分為玻璃轉(zhuǎn)子流量計和金屬管轉(zhuǎn)子流量計,我們選用了常州熱工儀表廠生產(chǎn)的LZB-50F型玻璃轉(zhuǎn)子流量計。其測量范圍為0.6~6m3h.工作條件:壓力<6kgfcm2,溫度-20℃~+20℃。另一為開封儀表廠的LZZ-25F型金屬管轉(zhuǎn)子流量計。其測量范圍為0.4~1.6m3h.工作條件:壓力<16kgfcm2,溫度為-40℃-+100℃。 轉(zhuǎn)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(zhuǎn)子。轉(zhuǎn)子隨液體流動而浮起,浮起的位置隨流量大小而異。轉(zhuǎn)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(chǎn)量,但使用前要選用與設(shè)計生產(chǎn)能力相匹配的規(guī)格。
瀝青采用上海自動化儀表廠生產(chǎn)的LS-25型旋轉(zhuǎn)活塞流量計,旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)活塞流量計主要部件為計量室和旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn),旋轉(zhuǎn)活塞的轉(zhuǎn)動通過杠桿,內(nèi)外磁鋼及齒輪傳到記數(shù)機構(gòu)指示現(xiàn)場或累計流量。本儀表結(jié)構(gòu)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(jié)影響使用,若繼續(xù)使用時發(fā)現(xiàn)儀表旋轉(zhuǎn)受阻,應(yīng)設(shè)法加溫溶解。
除上述兩種計量裝置外,在乳化水溶液上設(shè)有玻璃水位計,瀝青加熱鍋上沒有浮球油位計,指示容器內(nèi)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(chǎn)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(chǎn)量高,系全封閉生產(chǎn),無飛濺溢出的危險,但對設(shè)備要求高。W4型膠體磨采用自流時產(chǎn)量為2th左右,采用泵輸入時產(chǎn)量達4th,故設(shè)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(shè)備都能滿足要求,生產(chǎn)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(chǎn)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(dǎo)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(dǎo)致表面破乳而形成瀝青膜層,故應(yīng)儲存在密閉容器內(nèi),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(shè)計成立式貯存罐,無論采用何種形式,為防止沉淀均應(yīng)備有攪拌設(shè)施。但攪拌時應(yīng)防止帶入空氣以免造成乳液分解破乳,必要時應(yīng)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(yīng)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(guān)數(shù)據(jù)作參考。
瀝青乳液貯存罐的設(shè)置,應(yīng)考慮容量大小,防腐設(shè)施、攪拌、保溫方式以及輸出安放位置。容量大小應(yīng)與生產(chǎn)能力及使用相匹配。罐內(nèi)設(shè)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(nèi),當液位降低時備有齒輪泵抽吸。
?。?)儀表控制室及試驗室。
車間設(shè)置除使乳化瀝青生產(chǎn)做到科學(xué)管理、安全生產(chǎn)外,并檢驗乳化瀝青質(zhì)量及考核乳化瀝青生產(chǎn)成本,故乳化瀝青生產(chǎn)車間還應(yīng)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(cè)作瀝青常規(guī)指標和乳液質(zhì)量檢驗等工作,以控制乳化瀝青的生產(chǎn)及使用。 我站這套裝置已得到各方面認可,并經(jīng)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(chǎn)的產(chǎn)品定為勝利煉油廠的正式產(chǎn)品。十幾年來由于嚴格生產(chǎn)質(zhì)保體系,制定了生產(chǎn)操作制度及產(chǎn)品質(zhì)量檢測制度,產(chǎn)品質(zhì)量一直穩(wěn)定可靠。班產(chǎn)量穩(wěn)定在60~80t,總產(chǎn)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(chǎn)使用質(zhì)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(chǔ)上,對現(xiàn)有生產(chǎn)裝置進行了改造,擴大生產(chǎn)約50t進口瀝青乳液,生產(chǎn)穩(wěn)定,各頂指標均符合要求,投入三條試驗路應(yīng)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(jié)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(shù)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(wǎng)裂,有的泛油而形成光滑的表面,嚴重影響使用品質(zhì),甚至造成行車事故。若鋪一層稀漿封層,將使表面形成色調(diào)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(dǎo)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(shè)上用于瀝青路面的下封層是理想的結(jié)構(gòu)。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(chǎn)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(chǎn)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(nóng)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(dǎo)意見及二院設(shè)計文件對下封層實施要求看,當前對稀漿封層的研究應(yīng)加速這方面的開發(fā)及研究,盡快投入到工程應(yīng)用。我站在這方面已進行了一些有益的初探,室內(nèi)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(nèi)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(shù)
?。?)由于稀漿封層具有較強的專業(yè)性,實施的主要關(guān)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(chǎn)乳化瀝青的基地作為發(fā)展的基礎(chǔ),這個基地既能生產(chǎn)國產(chǎn)瀝青乳液,又能生產(chǎn)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(yīng)用,又能滿足工程建設(shè)、特別是高速公路建設(shè)的需要,盡可能生產(chǎn)改性乳化瀝青以適應(yīng)今后高速公路養(yǎng)護的需要。力爭所生產(chǎn)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(chǎn)移動式乳化瀝青車間,直接在施工工地生產(chǎn)所需的乳化瀝青。
?。?)實施稀漿封層關(guān)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(zhì)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(chǎn)的移動式乳化瀝青生產(chǎn)設(shè)備,生產(chǎn)能力達到230th,這對發(fā)展應(yīng)用稀漿封層技術(shù)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(nèi)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(nèi)就開始破乳、凝固,達到快速開放交通的目的。
?。?)乳化劑的研制,應(yīng)引入社會竟爭機制,引進國外先進化學(xué)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(chǎn)體系的研制機制。同時努力掌握信息,了解國內(nèi)外乳化劑生產(chǎn)開發(fā)動態(tài),使其成果為我所用。
?。?)建立專業(yè)化的施工隊伍,統(tǒng)一備配機械設(shè)備,統(tǒng)一組織調(diào)度施工,使我省施工隊伍從零落分散、水平不高、設(shè)備不全,發(fā)展成專業(yè)公路施工技術(shù)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(shè)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(shù)水平高,施工質(zhì)量有保證,還能增加我省的經(jīng)濟產(chǎn)值。
?。?)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(nèi)乳化瀝青產(chǎn)品標準及施工工藝程序。
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