液体沥青

防水材料

用汽油、煤油、柴油等溶剂将石油沥青稀释而成的沥青产品，也称轻制沥青或稀释沥青。沥青的软化点高，在溶剂中不易溶化，溶融温度亦较高，调配时不安全。液体石油沥青粘度小，流动性好，涂刷在混凝土、砂浆或木材等基面上，能很快渗入基层孔隙，待溶剂挥发后，便与基面牢固结合。一方面使基面呈憎水性，另一方面有利于粘结同类防水材料。它于常温下使用，作为防水工程的底层，故也称冷底子油。

控制稳定流动

物品介绍

沥青是一种成分较为复杂的有机化合物，具有较高的粘度，2000～3000gmol占到焦油总量的70%以上，其中大部分用于生产固体沥青产品，其生产工艺如下。从二段蒸发器底部采出的液体中温沥青，依次进入三个改质沥青反应釜加温聚合后，形成改质沥青，通过反应釜底部采出管采出，经改质沥青汽化器冷却后，进入改质沥青中间槽，通过液下泵将其从中间槽倒入液体沥青高置槽，最后通过三至五个的高置槽依次满流（让液体沥青在高置槽内进一步降温），从高置槽底部排出，进入沥青的冷却成型装置，形成条状的固体改质沥青产品，最后装车外发。

存在的问题

从多年的生产经验来看，液体沥青在这样的生产工艺下，容易对设备、管道等造成以下的问题，影响它的稳定流动。

（1）液体沥青使用液下泵倒送，由于液体沥青的高温和其中的细小颗粒，使液下泵频繁出现故障，造成整个系统的中断，不但运转设备的维修成本大，而且系统频繁开停工，会对产品质量产生不利影响，降低系统其余管道、设备的使用寿命。

（2）两个高置槽之间的满流管只有一根主管，并且满流管在槽内的某一侧。当液体沥青通过满流管满流时，只有部分液体朝着主管的方向流动，导致槽底各个方向的液体缺少热量交换，无法保证热量在槽底的均匀分布。随着生产时间的推移，在槽底的某些位置（随机分布），液体会长时间不流动，温度下降很快，粘度也会逐步增大，甚至冷凝为固态，最终在高置槽底部形成“死区”，堵塞底部出口。

（3）在液体沥青冷却成型为固体产品时，其生产工艺为：液体通过管道，在重力作用下，落到截面积远远大于管道截面积的筛网上，通过筛网上相同大小的小孔成型，再从筛网进入冷却介质进行冷却，最后形成固体产品。由于液体粘度高，造成液体在筛网上的水平移动速度远远低于下落速度，形成较差的分布效果：中央小孔输送量大、四周小孔输送量小。而筛网上的小孔直径大小相同，这样筛网的结构容易影响液体沥青的成型。当管道内的输送量继续增大时，会进一步加剧中央小孔与四周小孔输送量的差异，甚至造成中央小孔的堵塞，最终系统生产被迫中断。

（4）改质沥青反应釜容易抽空，造成过油不畅。由于改质沥青在生产过程中经过再加温，将轻沸点组分蒸发掉，因此高碳成分增加，降低了沥青的流动性；另外液体沥青同蒸汽吹扫管道后残余的冷凝水接触后，会产生大量的泡沫，冷后脆性大，这部分沥青沉积在釜底，阻碍沥青的流动，且液体沥青中含有很多固体杂质，这些杂质在流动过程中极易在釜底考克处卡住，阻碍流动。反应釜内结焦物堵塞釜底出口的原因还包括：反应釜的物料是从上部进入，在底部流出，沥青液流的方向同重力方向一致。反应釜的结焦物增多时，在重力的作用下，结焦物随着沥青的液流加速沉降至反应釜底部。在釜底沉降到一定厚度之后，结焦物涌向底部的出口，逐渐堵塞出口，造成反应釜底部出口过油不畅。

改进措施

3．1 生产工艺改进

3．1．1 取消液下泵

取消液下泵的使用：液体沥青在经过改质沥青反应釜加温聚合后，从改质沥青底部采出管采出，经过改质沥青汽化器冷却后，直接进入液体沥青高置槽；其后的生产工艺同原有的生产工艺一致。改进后的生产工艺充分利用系统中各设备的不同位差，这样在重力的作用下，液体沥青进行自流，它的好处在于：

（1）不再使用液下泵倒送液体沥青，则整个系统不会因为液下泵的故障而受到影响。

（2）重力作用的恒定，可有效控制液体沥青的稳定流动。

3．1．2 反应釜进料方式改造

改质沥青两套系统前两个反应釜的进料方式不变，3#、6#反应釜的进料方式改为从底部进料，从中上部新开出口出料，改造后的反应釜工艺流程见图。这样反应釜内的沥青流动方式改为由下向上，同结焦物的重力方向相反，能大大延缓反应釜内结焦物的沉降速度；同时取消了 #、#反应釜的门形管，减少了沥青的输送距离及漏点，降低了管道堵塞几率。为了防止在反应釜顶部出现液体沥青不流动的情况，在沥青出口（反应釜内）设置具有分支结构的满流管，出口管道增加放散装置，因此，改造后的出口装置也具有稳定反应釜液面、消除出口管道虹吸的良好效果。在反应釜的中下部（距离釜底）200～300mm新开一个进料口，作为备用的进口（或出DN100口），防止在生产后期，结焦物过多，堵塞底部入口，无法正常生产。备用的入口也可以作为反应釜放料的出口，当反应釜底部出口被堵塞放不出釜内的沥青时，可以用备用入口放出釜内的沥青，不会造成釜内被沥青堵塞。

3．2 生产设备改进

3．2．1 高置槽中的满流管改造

对高置槽的满流管进行了改造，在满流主管根部增加多根满流支管（考虑到维修成本，三根）。支管均匀分布在主管周围，这样可以让槽内各个方向的物料经支管进入主管，然后进入下一个贮槽。所以增加了各方向物料的热量交换，保证了槽底热量分布均匀，最终杜绝了“死区”的生成。为了防止满流管产生虹吸现象，须在满流管上安装放散管。采用这种满流管，具有这些优点：

（1）该装置结构简单、制作安装方便、运行稳定，大大降低高置槽底部形成“死区”的几率。

（2）由于高置槽底部“死区”的减少，可明显降低高置槽清槽的频率，减少蒸汽和劳务使用量，节约生产成本。

（3）由于该装置能稳定生产，则无形中增加了固液体冷却成型设备经过改进后，改善液体的分布质量，减少液体堵塞筛网的几率，增加筛网的操作弹性，避免因筛网堵塞造成系统生产的中断。

3．2．2 冷却成型设备的改进

根据管道大小、管道距离筛网的高度以及管道物料的流动状态，确定物料在筛网中央区域形成最大输送量的范围，在这个范围不开孔。物料落在这个范围后，受到阻碍，下落的垂直速度转化为水平速度，向筛网四周流动。

然后以筛网的几何中心为圆点，在筛网的水平面画圆，将筛网分成若干区域。随着区域距离筛网几何中心越远，筛网上物料输送量逐渐变小，依照这一规律，在这些区域内开直径逐渐变小的孔，改善液体在筛网上的分布质量。清扫工作，特别是管式炉和一、二段蒸发器底部沉积物；在切换中温沥青前适当延长循环时间。

3．3 生产操作方法改进

（1）让二段蒸发器至改质釜、改质釜至改质沥青中间槽的物料管道保持较高的温度，定期让改质釜内沥青流动一次，防止改质沥青在釜内结焦，在保证改质沥青质量的情况下，适当降低中温沥青的软化点。

（2）开停工时，在物料管线吹通后，加大夹套保温蒸汽，使物料管保持较高温度，尽量排净冷凝水，防止中温沥青与冷凝水接触生成脆性沥青渣；在改质釜进料前，适当提高反应釜预热温度，控制在250以上，打开放散管将冷凝水蒸干。

（3）控制进焦油贮槽焦油质量，开好焦油氨水分离器，除去粗焦油中夹杂的粉煤和焦油渣。在焦油贮槽出口处增加过滤网；加强对蒸馏系统停车后的体沥青冷却成型的生产时间，从而提高产量，增加产品效益。

（4）该装置降低高置槽放料系统堵塞的几率，杜绝岗位人员采用明火烘烤高置槽底部及放料管道以清除堵塞现象，延长了设备的使用寿命，也能降低岗位人员的操作强度。

结论

通过对生产工艺、生产设备、操作方法的改进，稳定了液体沥青在系统的流动，大大减少堵塞管道、设备的几率，从而保证液体沥青生产的稳定、连续以及产量的稳步提高；同时还大幅度延长了管道、设备的使用寿命，降低维护成本；而且减少了系统蒸汽及劳务的使用量，节约了生产成本。

输送系统

概述

内蒙古大唐国际再生资源开发有限公司的铝硅钛项目由东北大学设计院设计，设计能力为60 000 t，原生阳极生产中采用固体沥青，经破碎、熔化后使用。因使用设备多，沥青再次熔化增加污染。本次改造后采用液体沥青代替固体沥青，投入到生阳极生产中，减少了生产工艺流程，还降低了工人劳动强度，减轻了污染物的排放。

1固体沥青生产工艺

外购的固体沥青卸至沥青仓库内，固体沥青经装载机、带式输送机、斗式提升机等设备输送到沥青水冷仓贮存，贮存在沥青水冷仓中的沥青经胶带式称重给料机称重计量，环锤式破碎机破碎后，由斗式提升机送入沥青快速熔化器中熔化，熔化好的沥青进入沥青缓冲槽，由沥青泵送入沥青储罐贮存，沥青储罐内的沥青通过沥青泵输送至生阳极生产工序。

2进行技术改造的必要性

生产炭素制品使用的煤沥青是由煤干馏得到的煤焦油再经蒸馏加工制成的沥青，属于炼焦厂附属产品。炼焦厂产品沥青为液体状态，经过水冷变为固体沥青，所以液体沥青比固体沥青产品质量稳定，更具有成本优势。液体沥青输送系统主要包含沥青储罐、齿轮泵、输送管道，根据生产情况，若采用相同设备，工况稳定可靠。原固体沥青上料输送系统、破碎机、快速熔化系统作为备用。采用液体沥青消除固体沥青在熔化过程中产生大量烟气（包含苯并芘、焦油、SO2，NOx等），减少污染物的排放。

3沥青输送系统改造

3.1 液体沥青输送系统组成

改造后的液体沥青输送系统由沥青贮罐、加热器、手动沥青阀、气动沥青阀、沥青过滤器和沥青泵及沥青管道等组成。

1）沥青贮罐：容积200 m，用于液体沥青存贮和保温。

2）加热器：用于沥青贮罐内沥青的保温加热。

3）手动沥青阀门：用于液体沥青输送时，按工艺要求断开或打开沥青管路，确保液体沥青正常输送。

4）气动沥青阀门：用于日常生产中经常断开或打开沥青管路的阀门。

5）沥青过滤器：DN80 滤网直径6 mm, 沥青泵的前端主要用于过滤大于6 mm 杂物，保护沥青泵齿轮。

6）沥青齿轮泵：用于输送液体沥青。

3.2 液体沥青输送系统的计算

3.2.1 液体沥青贮罐计算

根据初步设计，年产6 万t 预焙阳极，生阳极车间需糊料产能12.9 t/h；沥青最大掺入量16%（可根据生产实际经验调整，但不建议大于16%），则沥青最大需求量：12.9×0.16=2.1 t/h；原设计考虑沥青存贮时间为5 天，即2.1×24×5=252 t；沥青密度1.3 g/ cm；需沥青贮罐容积：252/1.3=194 m，取200 m。由于将沥青的进料方式改为液体沥青进料，考虑运输周期与运输成本，再增加1 台200 m的液体沥青贮罐，这样存贮时间就可以达到10 天。

3.2.2 齿轮泵计算

生阳极车间设1 台8 t 的液体沥青高位槽，其可供混捏时间：8/2.1=3.8 h，考虑将8 t 的沥青在0.5 h 内输送完，则泵的能力：8/0.5=16 t/h。根据沥青泵厂家样本，选取US80 型号齿轮泵，同时配套该齿轮泵出口，选取DN80 的沥青管路。

3.2.3 主热媒管路计算

导热油密度（300 ）：0.679 g/cm；导热油比热（300 ）：0.722 kcal/kg·；则导热油流量：V=Q/(c×ρ× t)=29×10/(0.722×0.679×15)=39.5 m/h；导热油流速：2 m/s；管道截面积：S=V/v=39.5/(3600×2)=0.0055 m；管道直径：d=0.083 m, 取DN80 的管。其他管路均为保温管路，与泵、阀、沥青夹套管相应管路配套，取DN25 管。

3.3 液体沥青输送系统改造方案

根据生产工艺要求保留原沥青熔化系统不变，作为备用，因外界因素造成液体沥青无法及时供应时，启运沥青快速熔化系统熔化沥青，保证正常生产。重新设计液体沥青贮罐及输送系统、热媒保温系统，实现炭素生产工艺直接使用厂商配好的液体沥青。

3.3.1 改造方案

由于炭素生产的连续性要求新系统的设计不能影响原沥青熔化系统和热媒油系统正常使用，同时也要满足新系统投用后与现有沥青输送系统的衔接和操作方便，新系统在原旧沥青储罐西侧增加新贮罐和输送系统，新贮罐的容积与高度（包括操作平台高度）与旧贮罐相同，这样在施工上可降低费用。

3.3.2 输送系统

采用沥青齿轮泵US-80、过滤器、沥青阀门组成互为备用的3 套系统。

模式1：正常生产输送工艺：沥青罐车—沥青泵（新系统）—新贮罐—沥青泵（新系统）—旧贮罐—沥青泵—生阳极沥青高位槽。如果沥青温度低，则：新贮罐—沥青泵（新系统）—加热器—新贮罐进行循环,以提高液体沥青温度，达到工艺使用要求；如果沥青温度高，则：新贮罐—沥青泵（新系统）—新贮罐进行循环,以降低液体沥青温度，达到工艺使用要求。

模式2：当新沥青罐出现故障，不能正常输送时的输送方式：沥青罐车—沥青泵（新系统）—旧贮罐—沥青泵—生阳极沥青高位槽。

模式3：当旧沥青罐出现故障不能正常使用时的输送方式：沥青罐车—沥青泵（新系统）—新贮罐—沥青泵（新系统）—生阳极沥青高位槽。

3.3.3 热媒油系统

为不影响原热媒系统的进出油管路，在外网快速熔化器系统总管前增加波纹管截止阀，用阀门将原来沥青快速熔化系统进行隔离，如果要使用快速熔化系统只需将阀门打开即可。在外网快速熔化器系统总管增加高温热媒油管和低温热媒油管，作为新增沥青输送系统的油管，这样新旧系统进油和回油不存在任何交叉，从而保证热媒系统的畅通。

4改造后的经济及技术效益

4.1 固体沥青改液体沥青的经济效益

沥青单耗由改造前的0.192 t/t 左右降低到的0.169 t/t 左右，全年按照生产68 000 t 阳极炭块计算，全年减少沥青消耗68000×（0.192-0.169）= 1564 t，每吨按照2 600 元计算，全年节约成本约1564×2600=406.64 万元。由于沥青熔化车间的关停，热媒用量减少，利用节约的热媒能量每月平均多生产蒸汽约600 t，每吨去除成本按照72 元计算，每年节约成本约600×72×12=51.54 万元。

4.2 技术效益

（1）比用固体沥青熔化烟气量减少50%，焦油排出量减少40%，有效地改善炭素生产环境。

（2）由于液体沥青的使用，固体沥青破碎、熔化系统停用，改善员工的劳动强度，降低生产和检修费用。

5结语

液体沥青输入系统投入使用后，节能效果明显。减少了固体沥青的运输、破碎环节，减少粉尘的污染，同时减少沥青熔化带来的空气污染，取得了经济和环境的双赢。

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