Разогрев битума в производстве асфальта

Подогрев битума в технологическом цикле производства асфальта – энергозатратный, а потому дорогостоящий процесс. С учетом непрерывности производства и критичности всех его этапов, особенно остро встает вопрос выбора энергоэффективного и надежного нагревательного оборудования. Здесь мы рассмотрим существующие решения данной задачи и решим, можно ли применить индукционные нагреватели для нагрева битума.

►См. Оборудование для разогрева битума в нашем каталоге

Производство асфальта

Технология производства асфальта строго регламентирована. В состав асфальтовой смести входит песок, щебень различных типов и – главное связующее вещество – битум. Битум – это продукт нефтепереработки, имеющий чрезвычайно высокую вязкость и обладающий интересным свойством: в твердом состоянии битум проявляет свойства жидкости. Так, в 1927 году сотрудник Квинслендского университета Томас Парнелл поместил кусок битума в воронку и дождался-таки первой капли из нее… спустя 8 лет после начала эксперимента, за что удостоился «Шнобелевской премии». Впрочем, этот забавный эксперимент не имеет значения для асфальтового производства – здесь нет такого количества времени на ожидание, поэтому для повышения текучести битума его приходится разогревать.

Вообще термические процессы при производстве асфальта играют важнейшую роль, поскольку применяются практически на всех этапах производства:

1. Подогрев инертных материалов перед смешиванием (температура нагрева 200°С)
2. Предварительный разогрев битума (либо поддержание температуры текучести битума) в емкостях (порядка 80-100°С)
3. Подогрев битума перед приготовлением асфальтовой смеси в так называемых расходных емкостях с целью удаления воды (выпаривание) – происходит при температуре 120-160°С.

Любой сбой цикла, несоблюдение температурных режимов ведет к изменению физических свойств смеси или, простыми словами, к браку. Поэтому на АБЗ* так щепетильно относятся к выбору и последующей эксплуатации оборудования.

Подогрев минеральных материалов (песка, гравия, щебня) осуществляется в сушильных барабанах, где, как правило, используются газовые горелки – на этом этапе особых вариаций в технологическом плане нет, поэтому эту сферу мы подробно рассматривать не будем, а перейдем сразу к изучению особенностей подогрева битума.

*АБЗ – асфальтобетонный завод

Подогрев битума

Процесс подогрева битума преследует две основные цели – выпаривание воды и повышение текучести.

Даже малое количество влаги (0,5-1%) в битуме недопустимо, поскольку влага влияет на прочность связи минеральных материалов в смеси, а значит и на прочность и долговечность будущего асфальтобетонного покрытия. Казалось бы, откуда может взяться вода в битуме? А между тем, битум с повышенным содержанием влаги поступает уже с нефтеперерабатывающих заводов (и это превышение может быть значительно больше допустимых 2,5 %). Поскольку хранят битум в ямных, полуямных и наземных битумохранилищах, происходит его дополнительное обводнение. В ямных и полуямных битумохранилищах, составляющих около 72% от общего количества хранилищ в стране, обводнение битума достигает 5-15 %, в основном за счет попадания в битум грунтовых и поверхностных ливневых вод.

С целью минимизации обводнения в настоящее время все шире используются наземные битумохранилища, однако даже это не решает проблему обводнения битума полностью. Обводнение битума в наземных хранилищах происходит за счет конденсата пара при сливе битума из железнодорожных (или автомобильных) цистерн, а также сорбции конденсата влаги из воздуха при перепадах температур в осенне-зимне-весенний период, когда производится заполнение хранилищ. При этом обводненность битума в наземных битумохранилищах достигает 0,5-1%.

Как видим, полностью избежать обводнения битума невозможно, следовательно, от влаги нужно как-то избавляться. Наиболее надежный метод – длительный нагрев битума. Температурный режим нагрева зависит от марки битума и типа смеси:

Существует несколько способов осуществления нагрева битума – битумоплавильные установки с огневым, масляным и электрическим подогревом.

Жаротрубные котлы

Установки с огневым подогревом чаще называются «жаротрубными котлами». И то и другое название отражает суть его работы: нагрев в них осуществляется c помощью открытого пламени, горячих газов. К преимуществам таких котлов можно отнести простоту конструкции и относительно невысокую стоимость. Однако список недостатков значительно больше и, зачастую, они значительно перевешивает все достоинства: во-первых, низкий КПД, т.к. значительное количество тепла (до 70%) просто рассеивается в окружающую среду; во-вторых, усложнение конструкции за счет дополнительных устройств перемешивания; в-третьих, частичное коксование битума на нагревательных поверхностях; в-четвертых, качественные изменения битума из-за длительного воздействия высоких температур на него (в зоне жаровых труб температура достигает 200-225°С). Наконец, дополнительного внимания требуют и вопросы пожарной безопасности. Поэтому жаротрубные котлы редко применяются на современных АБЗ, где высоки требования к качеству продукта и безопасности технологического процесса.

Битумоплавильные установки с электроподогревом

Электроподогрев в виде погружных ТЭНов используется, как правило, для подогрева в битумохранилищах, а не в битумоплавильных установках. По сравнению с жаротрубной системой нагрева, система на ТЭН обеспечивает более высокую управляемость процессом нагрева, высокий КПД, возможность точно регулировать температуру и проводить разогрев битумной смеси постепенно. Такие системы более безопасны с пожарной точки зрения, однако сохраняется недостаток в виде возможности коксования битума на ТЭНе (либо на трубе, в которую помещается ТЭН, если система состоит из ТЭН не погружного типа). Надежность ТЭН также вызывает вопросы, особенно в системах непрерывного функционирования: ресурс нагревательных элементов данного типа относительно невелик.

Установки с масляным подогревом

Обогрев битумных хранилищ и битумоплавильных установок («выпаривателей») с использованием горячего масла в качестве теплоносителя считается наиболее прогрессивным и эффективным с экономической точки зрения. Что интересно, в качестве теплоносителя практики используют индустриальное масло, а не термомасляные смеси.

В системах с масляным подогревом нагретый высокотемпературный теплоноситель (масло) циркулирует по системе труб теплообмеников, размещенных внутри емкостей и резервуаров с битумом. В отличие от систем на ТЭН и жаротрубных котлов, перегрева битума в зоне контакта с теплобменником не происходит из-за более низкой температуры последнего. Передача же необходимого количества тепла осуществляется за счет более развитой системы теплообмена: масло в качестве теплоносителя позволяет это сделать. При таком способе нагрева исключается окисление и коксование битума, соответственно не происходит ухудшения его качественных характеристик.

Масло, в отличие от пара, обладает постоянными параметрами и может обеспечить любой необходимый температурный режим нагрева в широком диапазоне – от 90 до 160°С. Преимуществом масляной системы, по сравнению с паром, ТЭНами и жаровой тубой, является также возможность объединить битумное хранилище, битумоплавильные котлы и битумопроводы в единую теплосистему, в основе которой будет находится маслонагревательная станция.

Немаловажным является и то, что масляные системы нагрева не находятся под избыточным давлением, следовательно, упрощается их эксплуатация, и не только с технической точки зрения (энергетики поймут о чем речь!).

►См. Оборудование нагрева масляным теплоносителем в каталоге

Установка нагрева масла

Система нагрева при помощи масляного теплоносителя является косвенной, поскольку нагрев осуществляется посредством теплоносителя, который нагревается в отдельно стоящей установке. Установка нагрева может работать на разных видах топлива – газе, дизтопливе и электричестве. Выбор топлива остается за предприятием – оценивается доступность, стоимость, надежность поставок и т.д.

Одним из самых современных и эффективных типов нагревателей масла является индуктивно-кондуктивный или, проще говоря, индукционный электрический нагреватель. Подробнее об этом типе оборудования можно почитать в одной из статей на нашем сайте. Конкретная модификация, предназначенная для нагрева высокотемпературных теплоносителей производства НПП «ТермоТех» носит название «Терманик Техно».

Как и ТЭНовый нагреватель, индукционный нагреватель работает на электричестве. Однако пусть вас не вводит в заблуждение название: речь не идет ни о СВЧ, ни о ТВЧ нагревателях, которые работают на высоких частотах тока. Индукционный нагреватель текучих сред – это электротехническое устройство, работающее на токах промышленной частоты (50 Гц) от стандартной электросети напряжением 380 В, т.е. здесь никаких отличий от ТЭНа нет. Вместе с тем способ преобразования электричества в тепло в индукционном нагревателе необычен: электричество поступает на катушки индуктивности нагревателя, которые, в свою очередь, индуцируют короткозамкнутые токи в теплообменнике нагревателя. Теплообменник разогревается и тепло передается теплоносителю. В качестве теплоносителя может выступать как вода или антифриз (с максимальной температурой нагрева 100-115°С), так и высокотемпературный теплоноситель – масло (с температурой нагрева до 180-200°С).

По сравнению с электронагревателями других типов у индукционного нагревателя «Терманик Техно» есть масса преимуществ:

• отсутствие выходящих из строя или сменных элементов и, как следствие, чрезвычайная надежность и безотказность оборудования;
• высокая пожарная и электрическая безопасность: электрический потенциал не может быть передан теплоносителю, т.к. токопроводящие части не соприкасаются с ним физически;
• долговечность: по своей сути, индукционный нагреватель – это трансформатор, в качестве вторичной обмотки в котором используется теплообменник. Срок службы подобных устройств достигает нескольких десятков лет;
• высокие энергетические характеристики (КПД нагрева достигает 98%).

При этом индукционный нагреватель сохраняет и такие достоинства электронагревателей, как полностью автоматическое управление и относительно невысокая стоимость (по сравнению с газовыми котельными).

►См. Оборудование для разогрева битума в нашем каталоге

«Терманик Техно» подключается к существующей системе трубопроводов с масляными регистрами в емкостях и резервуарах, то есть никакого специфического оборудования для него не нужно: нагреватель работает в составе с другими элементами теплотехнической системы, предназначенными для обогрева маслом. При необходимости, специалисты НПП «ТермоТех» подберут необходимое оборудование для «обвязки» индукционного электронагревателя, а также рассчитают электрическую мощность оборудования исходя из потребностей заказчика в соответствии с техническим заданием.