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今日超导热管技术在沥青加热中的应用

发布时间:2021-07-22 13:52:18 阅读: 来源:消毒餐具厂家

超导热管技术在沥青加热中的应用

摘 要:针对益阳邓石桥沥青油场及各公路站沥青加热尚待解决的技术经济问题,结合对湘潭公路 机械厂生产的超导沥青加热罐的试用与对相关沥青油场的学习考察,本文介绍了超导热管技 术与超导加热沥青罐的主要特点,分析了对沥青加热设施进行技术改造的必要性、紧迫性和 可行性,提出了对沥青供应站及公路站沥青加热设施进行技术改造的基本设想并在各方式间切换时实现无冲击平滑过渡和应该综合考 虑的几个问题。

关键词:沥青加热 超导热管技术 新技术应用 综合考虑因素

随着科学技术的不断进步,沥青加热经历了柴〈煤〉炉灶明 火、重燃油、燃气、太阳能、远红外辐射、中压水载体、导热油 载体等不同形式的不同阶段,但对其能源消耗、沥青质量、劳动 强度、环保要求及设备的一次性投入与维修费用等问题,始终未 能达成完美的统一。尤其是县〈市、区〉公路管理局下属的公路 站的沥青加热,基本上还是砖砌油池、铁锅明火直接外部加热, 开口铁桶接油上路施工,油温低了再用明火升温。这种极为原始 的加热方式,几十年几乎没有任何改变。作为公路技术工作者,对此问题应引起深思。

1 正视沥青加热的技术经济问题

沥青加热是沥青路面施工、养护的一个重要环节,它既制约 着公路施工、养护的质量,也影响着公路施工、养护的成本,还 与养路工人的劳动强度、施工环境及周边生态环境密切相关。几 十年来,广大公路科技工作者与相关专家、学者,围绕这一问题 作出了不懈的努力。益阳市公路管理局依托省局的大力支持,分 阶段地对所属邓石桥沥青油场进行了多次技术改造,每次均不同程度地收到了可观的社会、经济 效益。邓石桥油场技术改造所经历的几个主要阶段及尚需解决的 主要技术经济问题,可归纳为如下几个方面:

1)20世纪60年代,随着沥青路面的兴建,益阳市于1964年建 立邓石桥沥青油场。下属各公路管养单位也相继建成规模不一的 沥青油场。这些油场全部采用砖砌油池、土灶铁锅外部加热,沥 青从砖池到铁锅,基本上由人工用半节开口铁桶转送。这种方式 加热沥青能耗大、损耗大、工人劳动强度大、工作条件差、生产成本高、环境污染严重,但加热设施的一次性投入不大。每年公 路大中修、新改建等均需要大量沥青,高温季节里沥青油场浓烟 滚滚,臭气难闻,伤害人畜庄稼,附近居民怨声载道 ,并常常因此发生纠纷。这种明火外部加热沥青的方法,一直延续到上世纪80 年代;而公路小修用沥青的加热,由于受公路基础设施投入不足等 诸多因素的影响,至今尚无大的改变。

2)1983年6月,成立“邓石桥沥青油场改造课题组”,着手对 其进行研究和改进,至1984年8月建成利用太阳能、远红外综合 加热沥青的炼油场。该油场设太阳能石砌油池4座,采光面积428. 5平方米,沥青储量1100多吨;沥青熬炼车间一个,内设容量5吨 的远红外加热油锅5口,装机总功率240千瓦。同时,配套建成了 乳化沥青生产线和沥青试验室,做到了沥青储存、加热、化验、出 油等设备基本配套成龙。从太阳能油池到加热油锅、成品油出锅,形成了一条全新工艺的生产线。改变了以往价格高、油质差、肮 脏、笨重的老工艺,实现了低耗、物美、清洁、文明的改造目标。存 在的主要问题是:①远红外电热管工作时表面温度在350℃以上, 高温金属管表面在向沥青传热的过程中,对“沥青质”的损失较 为严重,沥青加热(特别是重复加温)后其针入度增加3%左右。② 高温金属管与沥青接触,导致沥青在熬炼过程中自燃起火,安全 生产存在严重隐患。③电能消耗大,热效率低,电当负荷不能再上升时热管质量难过 关,维修拆换困难。同时,维修费等费用一度增至12元/吨,加 热能耗成本增至120元/吨(1997年)。

3)1998年,益阳市公路管理局投入90多万元,采用中压水载 体加热技术,取代了邓石桥油场的远红外电热管加热系统。一方 面使沥青的熬炼质量得以保证,另一方面将熬炼成本降低,较改 造前每吨节约近70元,6年共节约近100万元,通过节约收回了技术改造的全部投资。但是,由于燃煤价格的上涨,熬炼沥青的煤 电消耗由1998年的50元/吨涨至2003年的66元/吨、2004年达80 元/吨左右。同时,中压水锅炉及管系的检测、维修频率高,稍有 不慎,将有引发锅炉爆裂的危险,安全生产仍然存在隐患。目前已 有中压水锅炉爆裂的先例,也有油场在对中压水载体加热试用一 年后,被迫改为导热油载体加热。另外,邓石桥油场的石砌太阳能 油池已使用多年,漏油渗水严重,增加了沥青熬炼的能耗与损耗。 而且,该油场只能生产热沥青,乳化沥青设备也已陈旧,沥青化验 室破旧不堪,改性沥青等的生产更是空白。再一次对邓石桥油场 进行技术改造,或另行择址新建一个具有多种沥青产品加工、化 验、经营等功能的现代化沥青供应站,已迫在眉睫。

4)带着上述问题,我们于2004年8月到相关市局沥青油场 进行了学习、考察,各沥青油场近存在1定的风险期技术改造的基本情况如下:

油场名称油场甲油场乙油场丙油场丁 贮存规模(吨)/2000 工艺型式导热油导热油超导热管(导热油预热)导热油/超导热管 技术取处江苏常州江苏无锡山东菏泽山东菏泽/武汉昌世 近期投资规模(万元)/110 资金来源市局投入 省局借贷-90-- 职工集资-30290- 其他集团入股1000--800 通常年产量(吨) 产品种类热沥青、改性沥青、乳化沥青、改性乳化沥青热沥青、乳化沥青热沥青、乳化沥青热沥青、改性沥青、乳化沥青 接卸方式铁路专线汽车转运汽车转其误差也为负差;特点是对各级度盘其相对误差相同运铁路专线 启用情况正在建设中已启用已启用已启用 技改性质新建改建改建新建

上述沥青油场的主要特点是:①新技术、新材料、新工艺在沥青加热中的应用速度快、投 资大;②沥青加热智能化,文明生产程度高;③沥青接卸、熬炼 及乳化沥青、改性沥青的生产综合考虑,形成了一体化模式;④ 铁路接线通向油场或附近,规划长远,后劲十足;⑤沥青场建设 资金筹措渠道多元化,经营公司化,技术改造与公司股份制改造 同步实施;⑥沥青场的生产向集约型转变,科技含量增加,劳动 强度减小,生产工人已由原来的几十人减少至不足十人。如油场 甲,新择站址于207国道旁的高科工业园,征地30多亩,沥青专 列直达油场,临街门面近百米,能进行多种沥青产品的系列加工 和多元综合经营,前景十分可观。

5)目前,国内外沥青加热运用最为广泛是采用导热油载体和 超导热管载体两种方式。两者均能达到沥青熬炼的质量要求,其 智能化及文明生产程度都较高。他们的主要区别在于:导热油载 体的热油需要电动泵将其向沥青循环泵送传热,超导热管则无需 外加动力而可以高速无热阻传送热量;导热油需按期更换且价格 较高,超导热管则使用寿命在10至15年左右,且价格便宜;导热 油锅炉、管系庞大复杂,而超导热管加热技术结构组成简单、紧凑。

2 超导热管加热沥青前景十分广阔

2.1 超导热管简介

超导热管又称介质导热管,是近几年发展起来的一种新型热传导元件。其加热原理是在密闭的金属管内填入一种特殊的介质,该介质载热量大,受热后立即产生高能物理变化,并迅速传递热量。超导热管技术的运用,打破了传统的以水、油为介质的传热方式,可将大量热量通过极小的截面积,实现远距离快速传输而无需外加动力,从而实现了高效、节能、低耗、环保的目的。经有关专家测试,其传热速度可达80—100厘米/秒,是银、铜、 铝等良导体的数千倍;传输过程几乎是等温传热,热损耗可以忽 略不计,使用寿命高达数万小时;超导热管采用普通金属管材,管内介质价格非常低廉,制作十分简单。近几年来,超导热管技术已在许多领域广泛应用,发展十分迅速,如智能型超导热管沥青加热罐等。

2.2 智能型超导热管沥青加热罐的主要特点

超导热管沥青加热罐集沥青储存、加热、脱水、保温、输送 于一体,可设计制造成卧式或立式金属罐。卧式罐容量可为1.5 —100m3不等,又可做成自行式、拖式或便移式;立式罐每个可做 成50至数千m3。热源可为燃油、燃气、燃煤等,加热方式为超导 热管载体传热。该罐既可用于固定的沥青供应站,又可用于沥青运输;既可进行批量生产,又可用于零星供应热沥青,使用、维 修非常方便。其主要特点是:

1)结构紧凑。集沥青储存、燃烧加热、脱水升温、输送、管 系预热于一体,占地面积小;

2)节约能源。加热一吨沥青只需耗柴油10L或煤15kg左右;

3)加热成本低。加热一吨沥青约需燃料费30多元,批量生产及使用燃气、燃煤成本更低,且一次性投入也不是太大。经市场 调查,建一个50—100m3的便移式卧罐,只需投入16-22万元; 建一个1000m3立罐,也只需投入55万元左右,仅为导热油载体加 热设备的60%左右,比中压水载体加热设备减少20%左右,3- 5年内均可收回投资;

4)沥青质量有保证。罐中设罐,局部加热,可按需加热并输 出高温沥青,不需整体反复加热;同时,采用螺旋泵双向循环 扰动,避免了沥青的局部老化;

5)管路简单且可完全内置罐内,传热面抗污垢能力强,使用 寿命长;

6)省时省工。常温下使用该罐加热到150--170℃的热沥青, 仅需两小时左右,连续批量生产时每次所需的时间更短,并且沥 青加热过程只需要一人观察仪表与简单操作;

7)智能化控制。该罐可对沥青温度进行动态调控、自动数 显、自动报警,并设有液位计;

8)符合环保要求。由于采用了先进的导热材料和工艺设计,热效率高,废气排量少,无其它污染。安化公路变成高质量的3D打印线材管理局沥青路面 机械养护专业队使用的XTG/CTG-1.5型超导沥青加热罐,启 动后,90min即可用热沥青,加热1.5t沥青,耗柴油10L,成本 32元,每吨节约加工费70元左右。

3 应用超导热管沥青加热技术应综合考虑和解决的几个问题

3.1 沥青供应站的技术改造应与公路站沥青加热设施的改造统筹安排

对公路站的沥青加热设施进行技术改造的时期也已经完全成 熟,这既是实现公路跨越式发展的技术、经济要求,也是改善工 人劳动条件、减轻劳动强度的现实要求。

1)进行养护运行机制改革,推行公路养护专业化、机械化, 为公路小修用沥青加热设施的技术改造提供了契机。按每100km 沥青路面〈基本上是一个县级管养单位〉设一个机械养护专业队 的格局,则可将其管养范围内的所有沥青土池、土灶全部拆除。 选择适当位置,建一个m3的超导热管沥青加热罐,负责管 养范围内的沥青熬炼。特别边远的生产作业点,则可与小型超导 加热沥青罐〈拖式〉配合使用。部分市局早已着手并初见成效。

2)沥青路面机械养护专业队便移式沥青罐的大小,依据其与 沥青供应站的距离而定。距供应站50km以内的可只考虑其公路 小修用沥青,其储量可在50m3以内;距供应站超过50km的,则应 考虑本队范围内的部分公路大中修、新改建所需沥青的加热,沥 青罐储量应为100m3左右。

3)罐中罐的大小,依沥青的用途和日用量而定。仅用于公路 小修、日用量较少的沥青罐中的小罐,不应大于1m3 :需供应大中修用沥青者,可制成6m3左右。控 制小罐的大小,主要是为了避免沥青的长期保温和反复加热、防 止沥青的老化。

3.2 沥青罐设立位置的选择,应充分考虑相关的自然因素。

无论是沥青供应站的固定立罐,还是养护专业队的便移式卧 罐,均应考虑如下因素:

1)尽可能选择靠山边、有高差,可满足从原油转运车到加热 罐及成品热沥青出罐自流化的要求(如图所示)。

这种设置既可省去电动泵油装置,使结构简单、维修方便,也 减去了油泵、电能和热能的消耗。若受地理条件限制而不能满 足其高差要求时,应从长远的技术、经济效益着想,宁可加大一 次性投入,人造天桥、引道,也要将其形成沥青进、出自流的高 差。这一点在新建沥青供应站的规划设计时,应予以充分的考 虑。

2)新建沥青供应站应尽可能考虑铁路接线、靠近或直接可作 砂石料场的位置,以便于沥青的接卸和沥青混合料的生产,减少二次转运费用。二者不能兼顾时应权衡利弊,至少应满足其中的 一项要求。

3.3 加热沥青应多种热源综合利用

有条件时应尽可能使用天然气,因其比燃油更经济,污染更 小。使用燃煤时要充分考虑对环境污染的治理,使其达到环保的 要求。立式罐的沥青预热,仍可利用罐顶设置太阳能加热装置, 与超导热管配合使用,但应充分做好顶部的防水处治。

3.4 沥青供应应与多种沥青产品加工、经营综合考虑

沥青供应站不应只限于沥青加热的单一生产,而应成为加热沥青、乳 化沥青、改性沥青、改性乳化沥青、沥青冷拌料、热拌混合料、填缝料等的 生产、加工、化验、经营的综合基地,并应考虑发展其相关“功能薄膜材料物理性能检测技术湖北省工程实验室”日前在武汉成立产业。其规模大 小、经营项目的选择,则应依据市场的需求和自身的条件而定。

3.5 沥青加热设施的技术改造应与经营方式的更新同步实施

1)资金的筹措应以自筹为主,可以申请上级支持一点,各 单位节约挖潜挤一点,发动职工集资、入股筹一点;也可以吸纳 社会闲散资金,有必要时既可以向银行贷款、邀请合作伙伴以资 金、场地、设施入股。

2)沥青供应站的经营应在技术改造的同时,进行股份制改 造,按公司法的要求实施法人治理制度。养护专业队的沥青熬制 也应该进行单项的经济核算,实施经营核算制和成本考核奖罚制 或个人承包制。

3)沥青加热设施技术改造一次性投入的资金回收,均应通过 收取设施折旧费。在其经营毛利中逐年归还,以增强其发展后 劲。

参考文献:

1、王志延,靳长征,韩宪锁,娄小珍《沥青加热技术》

2、益阳地区公路总段《益阳地区公路志》(end)

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