首頁攪拌設(shè)備瀝青罐動態(tài)加熱模型的研究與應(yīng)用
攪拌設(shè)備通常配置多個瀝青罐，若同時加熱到最高使用溫度并長時間儲存，不僅會使瀝青老化，而且會導(dǎo)致大量能量消耗。針對瀝青罐加熱節(jié)能技術(shù)，王發(fā)聽等基于CFD、FLUENT提出了瀝青罐最佳攪拌裝置布局，將瀝青加熱速度提升14%，燃油消耗減少5.5%；依據(jù)流體力學(xué)理論模型研究了攪拌裝置在罐內(nèi)的布置方式與攪拌功率之間的關(guān)系。張春錚等從瀝青罐安裝調(diào)試方面提出有利于節(jié)能的安裝要點(diǎn)及注意事項(xiàng)；李廣斗對合理配置瀝青罐容積、提高加熱速度進(jìn)行了研究；美國道路瀝青鋪裝協(xié)會于2011年從排放控制、自動化控制、溫拌瀝青、可持續(xù)發(fā)展等方面提出了瀝青儲存、加熱的新方法。雖然以上研究從瀝青罐結(jié)構(gòu)形式、溫度控制、節(jié)能環(huán)保等不同角度對瀝青罐提高加熱效率、降低能耗進(jìn)行了研究，但并未涉及施工過程中多個瀝青罐的動態(tài)加熱模型。
瀝青罐結(jié)構(gòu) 瀝青罐有2種形式，分別為立式和臥式。常見的是圓柱形臥式罐，罐內(nèi)設(shè)置有蛇形循環(huán)管，實(shí)現(xiàn)加熱、保溫等功能；導(dǎo)熱介質(zhì)(導(dǎo)熱油或水蒸氣)從蛇形循環(huán)管中流過，把熱量傳給瀝青；罐壁由保溫層和蒙皮組成，保溫層通常由石棉或其他導(dǎo)熱系數(shù)低的材料構(gòu)成，蒙皮通常使用不銹鋼或電鍍金屬板材。根據(jù)罐內(nèi)是否設(shè)置攪拌裝置，可分為普通罐和攪拌罐2種。 普通瀝青罐結(jié)構(gòu) 普通瀝青罐由溫度傳感器、液位計(jì)、蛇形循環(huán)管等組成。溫度傳感器用于檢測罐內(nèi)瀝青溫度；液位計(jì)用于顯示罐內(nèi)液位高低，并由安裝于瀝青罐底的壓力傳感器將壓力信號轉(zhuǎn)換成電信號輸出到液位顯示器；蛇形循環(huán)管用于保溫及加熱瀝青，導(dǎo)熱油由蛇形循環(huán)管進(jìn)口進(jìn)入罐內(nèi)，通過管壁將熱量傳遞給瀝青，經(jīng)出口回流至導(dǎo)熱油爐。普通罐結(jié)構(gòu)簡單，成本較低，但由于缺少強(qiáng)制攪拌裝置，加熱效率較低。 強(qiáng)制攪拌瀝青罐結(jié)構(gòu) 它在普通瀝青罐的基礎(chǔ)上，增加了帶槳葉的攪拌裝置。在槳葉的攪動下，瀝青在罐內(nèi)呈整體流動和湍流脈動狀態(tài)，增加熱交換速率，提高加熱效率。 動態(tài)加熱原理與加熱過程分析 動態(tài)加熱原理 動態(tài)加熱包含兩方面內(nèi)容：一是由于攪拌裝置作用，瀝青在加熱過程中自始至終處于運(yùn)動狀態(tài)，稱為“攪拌動態(tài)”；二是依據(jù)罐內(nèi)瀝青溫升速度、使用時間等參數(shù)，動態(tài)安排多個瀝青罐的加熱時序及節(jié)點(diǎn)，形成梯形動態(tài)加熱模型，稱為“梯形動態(tài)”。 瀝青加熱過程中，初始加熱時溫度相對較低，在“攪拌動態(tài)”作用下呈整體流動和湍流脈動；隨著瀝青溫度升高，湍流脈動成為主要運(yùn)動形式，熱對流效應(yīng)增強(qiáng)，任一瀝青微元體在瀝青罐的任何一個部位都不會停留。因此，在蛇形循環(huán)管周圍不會形成高溫過熱區(qū)域，從根本上避免了瀝青過熱導(dǎo)致的老化和結(jié)碳。另外，運(yùn)動著的瀝青具有較大的動能，足以克服瀝青自身的表面張力和粘滯力，實(shí)現(xiàn)與蛇形循環(huán)管之間的連續(xù)熱交換。反復(fù)掠過加熱管表面的瀝青微元體，不是整體受熱，而是接觸表面薄膜換熱，從根本上克服了瀝青導(dǎo)熱性差的缺點(diǎn)，提高了傳熱效率。 “梯形動態(tài)”是根據(jù)工程實(shí)際的攪拌設(shè)備生產(chǎn)率、混合料瀝青含量、瀝青使用溫度、初始溫度、加熱速度、瀝青罐儲量等參數(shù)，根據(jù)罐內(nèi)瀝青熱平衡模型確定各罐瀝青的加熱時序和節(jié)點(diǎn)，形成“梯形動態(tài)”加熱模式。 加熱過程分析 損失的熱量包括兩部分：一部分是罐壁散熱產(chǎn)生的損失；另一部分是導(dǎo)熱油管道散熱產(chǎn)生的損失。由于導(dǎo)熱油管道表面積相對于罐壁面積要小很多，且容易采取較好的保溫措施，所以其熱量損失較少。 針對確定的瀝青罐，需知道攪拌設(shè)備生產(chǎn)率，混合料瀝青含量，每罐瀝青質(zhì)量、初始溫度、使用溫度以及加熱速度或每罐瀝青加熱時間、使用時間及加熱時間富余系數(shù)，即可求得開始加熱下一罐瀝青時罐內(nèi)瀝青剩余量。 瀝青罐動態(tài)加熱模型與工藝研究 瀝青罐動態(tài)加熱模型 通過以上加熱過程可知，開始加熱下一罐瀝青的時間節(jié)點(diǎn)與瀝青溫升速度v、加熱每罐瀝青所需時間t1及每罐瀝青可用時間t2等參數(shù)有關(guān)。在開始生產(chǎn)之前，應(yīng)提前φt1小時開始加熱第P罐瀝青，在第P罐瀝青剩余M時，開始加熱第P+N+1罐。 試驗(yàn)研究 試驗(yàn)采用瑪蓮尼4000型間歇式瀝青攪拌設(shè)備，額定產(chǎn)量為320t·h-1，共有7個瀝青罐，型號為T-500，容積為50m3，外形尺寸10660mm×2660mm×3050mm。加熱介質(zhì)為導(dǎo)熱油，溫度為180℃~200℃，可將瀝青加熱到165℃~175℃。 進(jìn)行加熱速度計(jì)算需要的參數(shù)較多，過程繁瑣，因此在實(shí)體工程中可通過試驗(yàn)獲取。在加熱過程中，每半小時測取一次罐內(nèi)瀝青溫度。 對于實(shí)際工程中使用的4000型間歇式瀝青攪拌設(shè)備，生產(chǎn)率為305t·h-1。 每罐瀝青標(biāo)準(zhǔn)儲量50t，取加熱時間富余系數(shù)φ=1.2，在開始連續(xù)生產(chǎn)前4.1h加熱第一罐瀝青，3.4h后開始加熱第二罐瀝青。 經(jīng)濟(jì)效益分析 瀝青通過罐壁的熱量損失主要包括3個階段：瀝青在等待加熱階段的熱量損失Q1；瀝青在加熱階段的熱量損失Q2；瀝青在使用階段的熱量損失Q3。各階段熱量損失與其瀝青散熱面積、溫度和持續(xù)時間相關(guān)。結(jié)合實(shí)體工程，攪拌設(shè)備配置的瀝青罐為7個。 經(jīng)計(jì)算可得，采用本文所述“梯形動態(tài)”瀝青罐加熱工藝，熱量損失較傳統(tǒng)工藝減少16.4%。因此，通過采用瀝青罐“梯形動態(tài)”加熱工藝，能顯著提高加熱效率，節(jié)省能源。 結(jié)語 (1)分析了瀝青罐結(jié)構(gòu)及“梯形動態(tài)”加熱過程，建立了瀝青罐動態(tài)加熱模型，根據(jù)罐內(nèi)瀝青加熱時間、使用時間及加熱時間富余系數(shù)確定了各瀝青罐的加熱時序和節(jié)點(diǎn)。 (2)結(jié)合實(shí)體工程試驗(yàn)得出，開始加熱下一罐瀝青的時間節(jié)點(diǎn)為，在用罐內(nèi)瀝青量剩余20.6%時。采用該工藝較傳統(tǒng)工藝可節(jié)能16.4%。 來源：微信公眾號“瀝青路面”
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