Каким быть хранилищу битума?

На большинстве асфальтобетонных заводов России используются ямные битумные хранилища вместимостью от 400 до 2000 тонн с приямками из монолитного, а чаще сборного железобетона. На дне ямного хранилища обычно устанавливают паровые «регистры» — змеевик из трубы (чаще всего 76×4). Эти регистры в процессе эксплуатации, как правило, разрывает, появляются свищи, выбросы и потери пара, а конденсат остается в битуме. Почему, несмотря на прочное крепление труб к бетонному основанию хранилища, эти трубы разрывает? Причина — в пластических свойствах битума (на рисунке 1а показано обычное размещение труб регистров).
Отбор битума в приямок создает разницу уровней битума возле приямка и в отдалении, и движущую силу, которая при длине трубы в 10 или 15 метров создает поперечное усилие в несколько тонн и приводит к разрывам труб. На рисунке 1б показано правильное расположение труб донного змеевика, при котором вероятность разрыва значительно меньше.
Как правило, битум поставляется в цистернах с рубашкой. Для разогрева битума перед его сливом из цистерны в рубашку необходимо подавать водяной пар. Разогретый до жидкотекучего состояния битум через сливной прибор цистерны по обогреваемому стационарно установленному или переносному лотку стекает в хранилище, где затвердевает. При поставках вагонами-термосами, а также битумовозами проблемы с предварительным разогревом и сливом нет. Однако вагонов-термосов мало, к тому же автоперевозки заметно удорожают битум.
Ямные бетонированные хранилища, конечно, имеют не все АБЗ, и не везде имеются котельные. На большинстве АБЗ в России котельных нет, а хранилище и приямки обогреваются самодельными электронагревателями, которые часто перегорают из-за межвиткового замыкания и являются постоянной «головной болью» для персонала. В прошлые годы Калининградский завод дорожных машин выпускал передвижные парообразователи Д-563 (на шасси) и Д-564 с паропроизводительностью 700 кг/ч, но они уже много лет как сняты с производства. Поэтому дорожники испытывают значительные трудности с приемом и сливом из цистерн битума. Нередко случается, что часть застывшего битума остается в цистерне. Это не только прямые потери, но и штрафы, которые накручивает железная дорога.

     К еще большему сожалению, при хранении битума в ямных хранили­щах происходит его обводнение. Ис­следования показали, что битум об­водняется не только просачивающи­мися грунтовыми водами и способен сорбировать не только кислород (то есть окисляться), но и водяной пар влажного воздуха поверхностным слоем при длительном (месяцы) хра­нении. В этом случае вода распреде­лена в битуме на молекулярном уров­не и в немалой концентрации — до 0,2—0,3 процента. И этот битум, да­же не содержащий видимых включе­ний воды, приходится обезвоживать, подвергая длительному нагреву, по­скольку он способен вспениваться и случаются выбросы из емкостей би­тумной пены. Поэтому даже при об­водненности 0,1 процента и быстром нагреве до рабочей температуры без предварительного обезвоживания битум может увеличить свой объем в два раза и произойдет выброс.
Однако главная беда — не в за­тратах на обезвоживание битума, а в ухудшении свойств вяжущего. И в этой связи отказ от хранения битума в ямных хранилищах и применение стальных закрытых емкостей явля­ется прогрессивным и весьма эффек­тивным делом. Однако их примене­ние связано с определенными труд­ностями, начальными затратами и необходимостью решения некото­рых технических проблем. Первая — разогрев битума в цистернах. Если свободный слив битума из цистерны в ямное хранилище не представлял трудности, то для подачи битума в емкость, находящуюся выше цистер­ны, необходимы насос и обогревае­мый теплоизоляционный приемный бункер.
В последние годы участились случаи отключения электроэнергии на АБЗ. Что делать, если битум сли­вается, приемный бункер имеет не­большую систему, а битумный насос встал? Необходимо немедленно за­крыть клапан сливного устройства и продолжить слив только после во­зобновления подачи электроэнер­гии. За время простоя битум может охладиться и загустеть. Поэтому по­требуется снова подогревать цистер­ну. Другое решение — иметь прием­ный бункер, по вместимости соот­ветствующий цистерне (если едино­временно сливается одна цистерна).
Приемный бункер должен иметь нагревательные элементы достаточ­ной мощности. Обычно битум, сли­ваемый из цистерны, имеет темпера­туру 80°С и высокую вязкость. Пода­ча насосом битума с такой темпера­турой в зависимости от марки в два- три раза меньше его паспортной про­изводительности. Для перекачки би­тума из приемного бункера в храни­лище его необходимо дополнительно подогреть до температуры не менее 100, а лучше 120°С.
Если приемный бункер имеет большую вместимость и может при­нять без одновременной откачки весь сливаемый битум, то время догрева ограничено только временем до поступления следующей партии битума и тепловая мощность грею­щей системы может быть относи­тельно небольшой, например, 80 — 100 кВт (все примеры — для АБЗ с одной установкой ДС-158). Если же вместимость приемного бункера не­велика, например на 20 т битума, а перекачка битума в хранилище и тех­нологические емкости происходит одновременно со сливом, то мощ­ность догрева должна соответство­вать скорости перекачки.
Время опорожнения цистерны с предварительно разогретым битумом составляет обычно от 2 до 6 часов (зависит от температуры и марки би­тума), за среднее можно принять 4 часа. Что соответствует средней ско­рости слива — 15 т/ч. Догрев битума даже на 20°С потребует подвода теп­ла эквивалентной мощностью около 200 кВт. Если применяется электро- нагрев, то это и есть суммарная мощ­ность нагревателей. Если же приме­няется обогрев горячим теплоноси­телем (маслом), то при средней тем­пературе теплоносителя 160°С необ­ходима поверхность змеевика не ме­нее 15м², или 60 метров труб 76 х 4 мм.

Как взять битум из стального хранилища? Оно должно быть укомплектовано или специально до­оборудовано теплообменными труб­ными поверхностями локального ра­зогрева в зоне патрубка отбора би­тума. Эти локальные подогреватели могут быть коллекторного типа для подачи в них насыщенного водяного пара, или змеевикового типа для по­дачи в них насыщенного водяного пара, или соответствующие электро­нагреватели.
Нет необходимости разогревать до жидкотекучего состояния весь битум в хранилище. Ближние слои битума на расстоянии 0,5—1 м от по­верхности нагрева разогреваются за счет теплопроводности до подвиж­ного состояния (средняя температу­ра 50°С), дальние — до вязко-плас­тичного (30°С), а внутри локального разогревателя битум разогревается до жидкотекучего состояния (80— 90°С). Скорость отбора битума будет соответствовать тепловой мощности локального подогревателя. Напри­мер, при тепловой мощности 200 кВт средняя скорость отбора составит около 10 т/ч. Здесь поверхность зме­евиков должна быть по крайней мере в три раза больше, чем в приемном бункере, поскольку коэффициент теплопередачи существенно меньше.
Рациональные параметры и кон­струкция локального подогревателя — отдельный вопрос и в этой статье не рас­сматривается.
Поговорим о ра­циональном спо­собе нагрева. На большинстве АБЗ России для тепловой обра­ботки битума широко исполь­зуется электро­нагрев. Относи­тельная деше­визна электро­энергии и отсут­ствие высоких требований к ка­честву смесей в прошлые годы стимулировали именно этот способ. Сегодня его считают не­рациональным.
Снижение каче­ства битума и значительные затраты на электроэнергию — основные, но не един­ственные минусы электронагрева.
Все чаще в последние годы обна­руживается, что рачительные хозяе­ва АБЗ оснащаются собственными дизельными электростанциями, а для технологического нагрева ис­пользуют жидкий теплоноситель, подогреваемый в специальном агре­гате с горелкой на жидком или на га­зообразном топливе. Жидкостный нагреватель тепловой мощностью 400 кВт, поставляемый ранее ком­плектно с установками Д-645-2Г, а ныне с установками ДС-168 кремен­чугским АО «Кредмаш», в принципе может быть применен для описан­ных выше целей. Правда, требуется довольно кропотливая наладка и до­водка, особенно топочной системы.
На одном из заводов в Твери ос­воено производство нагревателя жидкого теплоносителя мощностью 1000 кВт (НЖТ-1000). Его опытный образец был испытан в 1998 году. В нынешнем намечено изготовить опытный образец НЖТ-200 мощнос­тью 200 кВт для АБЗ с одной уста­новкой производительностью 40 т/ч.
В качестве теплоносителя, заме­тим, здесь должны использоваться не масла (нефтепродукты, создан­ные для смазки например И-20 и И-40, имеющие недостаточную тер­мическую стойкость), а специальные теплоносители, например АМТ-300, которые позволяют доводить нагрев до 220°С.
Следует еще раз упомянуть об источнике водяного пара для пода­чи в рубашки железнодорожных цистерн при их разогреве. Большая часть АБЗ не имеет котельных или передвижных блочных парообра­зователей. Чем же разогревать битум в цистернах? Парообразова­тель типа Д-563 — изделие непро­стое. Возобновление его производ­ства в ближайшие годы проблема­тично.
Но выход есть. НАУЧНО-ПРО­ИЗВОДСТВЕННАЯ АКЦИОНЕР­НАЯ КОМПАНИЯ «РАНКО» (Москва) предлагает котельные транспортабельные установки типа ТКУ производительностью от 0,5 до 2 т пара в час. Они защищены легко­съемным контейнером и могут быть успешно применены для разогрева цистерн с битумом. К тому же по своим параметрам эти установки не подлежат регистрации в органах Росгортехнадзора.
В большинстве случаев целесо­образно отказаться от ямных бето­нированных хранилищ битума на АБЗ и перейти на использование ме­таллических хранилищ рулонной по­ставки. Например, производства СА­РАТОВСКОГО ЗАВОДА РЕЗЕРВУ­АРНЫХ МЕТАЛЛОКОНСТРУК­ЦИЙ вместимостью 1000 т с систе­мой масляного разогрева битума. Это — перспективное направление модернизации баз дорожного строи­тельства.