Технологические процессы подготовки органических вяжущих
В последнее время за рубежом и в России для доставки битума все большее распространение получает автомобильный транспорт - битумовозы. Из них битум подается в металлические резервуары с жидкостным или электрическим обогревом.
Для нагрева битума до рабочей температуры, поддержания ее в расходных емкостях, обогрева битумо- и топливопроводов применяют специальные теплообменные устройства, которые можно классифицировать по видам теплоносителей: с паровым нагревом (дымовыми газами); с косвенным жидкостным нагревом («прямым огнем» нагревается промежуточный жидкий теплоноситель); с электрическим обогревом.
При прямом обогреве применяют жаровые трубы, нагреваемые горячими газами, которые образуются при сжигании жидкого или газообразного топлива, либо различные электронагреватели. При косвенном обогреве применяют промежуточный теплоноситель, в качестве которого обычно используют водяной пар и, в незначительном количестве, минеральные масла. Прямой разогрев вяжущего наиболее прост с точки зрения переноса тепла, но не всегда экономичен и часто уступает косвенному.
Дымовые газы позволяют осуществлять теплопередачу при высоких температурах без их термического разложения.
Однако как теплоносители прямого обогрева они имеют ряд недостатков:
высокая температура стенок теплопередающих устройств, вследствие чего изменяются качества битума;
неравномерность обогрева;
трудность регулирования температуры;
относительно низкая интенсивность теплообмена и пожароопасность;
сравнительно высокое содержание кислорода (вследствие необходимости разбавления его воздухом для снижения температуры), что приводит к окислению теплоотдающей поверхности нагрева.
Водяной пар имеет высокий коэффициент теплоотдачи при конденсации (около нескольких тысяч ккал/м2∙ч∙град.) и обеспечивает нагрев битума без коксования и изменения его качества. Кроме того, он не пожароопасен. Недостатком водяного пара как теплоносителя является необходимость применения систем высокого давления. Так, температуре газа 119 °С соответствует манометрическое давление 0,1 МПа, 169 °С - 0,7 МПа, 200 °С - 1,5 МПа и 300 °С - 9,0 МПа. Установки и системы с давлением пара 1,5 МПа требуют больших капиталовложений и сложны в эксплуатации, поэтому на асфальтобетонных заводах используют преимущественно парообразователи с давлением пара около 0,7 МПа и температурой 169 °С.
Электроэнергия. Использование этого источника тепла позволяет выполнять нагрев практически при любых заданных температурах. Имеется возможность автоматизировать процесс разогрева и улучшить условия труда. Однако, наряду с очевидными, казалось бы, преимуществами, электрический разогрев обладает целым рядом существенных недостатков, которые препятствуют его широкому применению.
В первую очередь это нестабильность заданной рабочей температуры (при постоянном питающем напряжении), которая зависит от условий теплоотдачи, а также необходимость применения сложных автоматических систем для ее стабилизации. При отсутствии автоматических систем стабилизации температуры не гарантируются качество битума и других технологических условий, а также пожарная безопасность. Кроме того, для нагрева битума до рабочей температуры с помощью электрической энергии требуются очень большие мощности (от 300 кВт и выше), соизмеримые с энергопотреблением всего остального оборудования АБЗ.
С учетом стоимости электроэнергии и того, что КПД тепловых электростанций составляет всего 25-35 %, широкое применение электрического разогрева битума и других материалов на АБЗ экономически не всегда оправдано. В практике в отдельных случаях применяются битумные цистерны вертикального и горизонтального типов с электрическим разогревом и установки для нагрева жидких теплоносителей с электрическим нагревом теплоносителя.
Минеральные масла (компрессорное, цилиндровое, трансформаторное, авиационное и т. п.) обеспечивают высокую температуру кипения при атмосферном давлении, что позволяет создавать весьма простые и надежные в эксплуатации нагревательные устройства, мягкий, равномерный и интенсивный нагрев, возможность тонкого регулирования температуры, предотвращают опасность размораживания системы. При их применении один источник тепла может обслуживать несколько потребителей.
Существенным недостатком минеральных масел как теплоносителей является их более низкая термическая стойкость. Эти недостатки отсутствуют у специальных жидких теплоносителей (высокотемпературных органических теплоносителей - ВОТ), широко применяемых в настоящее время в химической, нефтехимической, нефтеперерабатывающей, пищевой и других отраслях промышленности.
Жидкие теплоносители с точки зрения технической и экономической целесообразности их применения должны иметь следующие качества:
1. Быть термически стойкими, обладать высокой плотностью и теплоемкостью, малой вязкостью и высоким значением теплоты парообразования.
Кроме того, важно, чтобы теплоноситель имел высокую температуру кипения при атмосферном давлении и низкую температуру плавления, что облегчает конструктивное оформление теплообменных устройств.
2. Не оказывать агрессивного действия на материалы установки. Теплоноситель при использовании в открытых (негерметичных) системах должен сохранять свои физико-химические свойства при воздействии высоких температур рабочего процесса; не коррозировать в контакте с конструкционными материалами, которые обычно применяют в дорожном машиностроении, и не подвергаться воздействию кислорода.
3. Быть взрыво- и пожаробезопасными, нетоксичными, экономичными и достаточно распространенными, недефицитными.
Использование жидких теплоносителей, не удовлетворяющих этим требованиям, требует увеличения капитальных затрат и эксплуатационных расходов, что в ряде случаев может привести к экономической нецелесообразности применения жидких теплоносителей.
Высокотемпературные органические теплоносители (ВОТ) занимают особое место среди всех теплоносителей, т. к. обладают рядом преимуществ по сравнению с перечисленными выше традиционными теплоносителями.
Основными преимуществами ВОТ по сравнению с обычными теплоносителями являются: возможность получения оптимальных температурных режимов, не нарушающих качество битума; возможность использования любых видов топлива; высокая термическая стойкость при многократном нагревании.
В нашей стране в качестве жидких теплоносителей на АБЗ применяются, в основном, минеральные масла типа ИС-20, ИС-40, ИС-50, рабочая температура которых лежит в пределах 160-180 °С (что недостаточно для нагревания битума до рабочей температуры), и специальные теплоносители, ккоторым относятся ароматизированное масло АМТ-300, дитолилметан (ДТМ) и др.
За рубежом большое распространение получили теплоносители:
W-250, Мобильтерм-600 (аналогичен нашему АМТ-300), Мобильтерм-Лихт, Термальоль (Германия), Тетраарилсиликат (Англия), Канехлор-400 (Япония), Терессо-56, Терессо-120 (Италия), Спиракс-80ЕП (Финляндия) и др.
Краткая техническая характеристика отдельных теплоносителей приведена в табл. 4.17.
Таблица 4.17.