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.
Порадек С.В.
Источник: ж. Автомобильные дороги №2 1999