發泡瀝青系統及發泡瀝青的製備裝置以及製備和使用方法與流程

2023-07-15 05:34:31

本發明涉及路面工程瀝青材料的製備技術，具體涉及一種發泡瀝青系統及發泡瀝青的製備裝置以及製備和使用方法。

背景技術：

研究發現，用於瀝青路面的在瀝青混合料生產過程中，溫度每降低10℃，每噸瀝青混合料將減少產生0.9kg的CO2排放量。如果瀝青混合料的拌合溫度能比常規溫度降低30℃，普通瀝青混合料的CO2排放量將減少14％，改性瀝青混合料的CO2排放量將減少13％。此外，相比於熱拌瀝青，溫拌瀝青的使用將節約30％-35％的燃料消耗。在此背景下泡沫瀝青溫拌技術應運而生。

目前，泡沫瀝青的生產是利用拌合樓的瀝青儲罐及加溫設施，在進拌缸之前加裝瀝青發泡裝置來得到泡沫瀝青。所使用的泡沫瀝青都是現發現用，對於發泡效果、發泡瀝青的質量等等問題只能通過經驗法事後發現。在路面施工現場採用拌合樓現場製備泡沫瀝青不但增加了拌合樓的工作量，對瀝青質量也無法保證；還限制了泡沫瀝青的應用範圍，對於一些小的微養護作業等使用量小的工程使用極不方便。

技術實現要素：

本發明的一個目的是：提供一種發泡瀝青系統，使其能夠穩定儲存和運輸發泡瀝青，並可以施工現場方便地生成泡沫瀝青材料；提供一種發泡瀝青的製備裝置以及製備和使用方法，使其能夠在工廠連續生產發泡瀝青，產品質量穩定，並能夠穩定儲存、運輸，使用方便。

本發明的發泡瀝青系統包括封閉在壓力容器中的瀝青與發泡劑的混合物，還包括能夠使壓力容器中的瀝青與發泡劑的混合物保持在發泡劑的常壓沸點之上的加熱系統，和能夠使壓力容器中的壓力高於發泡劑的飽和蒸汽壓的壓力系統。

所述瀝青為針入度為10-300的道路瀝青或重交通道路瀝青，或加入已知改性劑生產的改性瀝青；所述發泡劑為水或含有表面活性劑的皂液或其他已知的能夠用於瀝青發泡的介質。

所述發泡劑和瀝青的質量比為0.1∶99.9～80∶20。

本發明的發泡瀝青製備裝置包括有分別連接瀝青供料系統和發泡劑供料系統的瀝青泵和發泡劑泵，瀝青泵和發泡劑泵的出料管路均連接至混合器，所述混合器的出口經增壓設備和壓力罐進料閥連接至一個壓力罐的進出料管線；所述壓力罐的進出料管線還通過壓力罐出料閥連接出料管；該裝置還包括有能夠對壓力罐內物料加熱的壓力罐加熱系統，和能夠使壓力罐內保持一定的高於常壓壓力的壓力罐穩壓系統，以及能夠攪拌壓力罐內物料的攪拌系統。

所述瀝青泵和發泡劑泵的入口側還分別設置有用來加熱瀝青和發泡劑的瀝青加溫裝置和發泡劑加溫裝置。

所述瀝青泵和發泡劑泵出口側還分別連接有瀝青質量流量計和發泡劑質量流量計。

所述混合器為靜態混合料攪拌或剪切機，或膠體磨，或已知的能夠使瀝青和發泡劑混合的機械裝置。

所述增壓設備為空氣推射器或其他能夠壓縮發泡瀝青的增壓設備。

所述混合器出口側與增壓設備之間連接有發泡瀝青緩衝罐。

所述壓力罐內的進出料管線的進出料口位於壓力罐內腔底部的積料槽中。

所述壓力罐加熱系統包括位於壓力罐內腔中並與外部導熱油爐連接的導熱油盤管和/或穿過壓力罐內腔並與外部燃燒器連接的加熱煙道。壓力罐加熱系統也可以採用外置加熱裝置。

所述進出料管線上設置有管線加溫保溫裝置。

本發明的發泡瀝青的製備和使用方法基於上述發泡瀝青製備裝置，包括以下步驟，

步驟一：原料瀝青溫度加熱到100～180℃，與發泡劑分別通過瀝青泵和發泡劑泵，經計量後進入混合器充分混合、均質；發泡劑為水或含有表面活性劑的皂液或其他已知的能夠用於瀝青發泡的介質，發泡劑和原料瀝青的質量比為0.1∶99.9～80∶20；

步驟二：經混合器充分混合後的物料由增壓設備加壓後進入到壓力罐，輸入壓力罐後的混合物料通過壓力罐穩壓系統進行穩壓，實現穩定儲存；根據物料的溫度和發泡劑的飽和蒸汽壓，確定穩壓系統壓力範圍在0.05mpa-10mpa。

步驟三：壓力罐內的發泡瀝青通過壓力罐加熱系統、壓力罐穩壓系統和攪拌系統進行恆溫、恆壓及攪拌，達到發泡的溫度和壓力條件後由壓力罐上的稱重計量系統進行計量。

步驟四：使用時，將壓力罐運至施工現場，通過接口連接壓力罐的出料口與現場的混合料拌和缸，利用壓力罐穩壓系統的壓力排出發泡瀝青，形成泡沫瀝青，用於拌制瀝青混合料。

進一步的，本發明的方法通過控制系統對瀝青的質量流量和發泡劑的質量流量聯動控制，實現瀝青與發泡劑的比例控制；通過控制系統對發泡劑壓力與瀝青溫度聯動控制，使發泡劑的壓力大於瀝青溫度下發泡劑的飽和蒸汽壓，保證發泡劑的穩定噴入；通過控制系統對壓力罐的壓力與瀝青溫度聯動控制，使壓力罐的壓力大於瀝青溫度下發泡劑的飽和蒸汽壓，使壓力罐中的發泡劑處於液相狀態。

與現有技術相比，本發明的優點是採用連續的生產工藝和特有的儲存系統，利用控制發泡劑的飽和蒸氣壓的原理，實現工廠化連續生產，得到質量穩定的發泡瀝青；連續生產出的發泡瀝青通過特定的儲存裝置實現穩定的儲存；利用儲存裝置的不同容積選擇可實現連續、穩定的向各種需求的用戶進行供貨；通過儲存裝置上的自成體系的成套設備向用戶連續供貨，減少了用戶的固定設備的投資及用戶自行生產過程中的質量、成本以及環保的壓力；通過工廠化的精確控制生產過程及特有的儲存裝置保證了產品質量的穩定性。

附圖說明

圖1是本發明實施例的發泡瀝青製備裝置的結構原理圖。

具體實施方式

實施例一：

該實施例的發泡瀝青製備裝置包括有分別連接瀝青供料系統和發泡劑供料系統的瀝青泵1和發泡劑泵2，瀝青泵和發泡劑泵的出料管路均連接至混合器3，所述混合器的出口經增壓設備4(空氣推射器)和壓力罐進料閥5連接至一個壓力罐6的進出料管線14；壓力罐6的進出料管線還通過壓力罐出料閥7連接出料管；該裝置還包括有能夠對壓力罐內物料加熱的壓力罐加熱系統，和能夠使壓力罐內保持一定的高於常壓壓力的壓力罐穩壓系統，以及能夠攪拌壓力罐內物料的攪拌系統。瀝青泵1和發泡劑泵2的入口側分別設置有用來加熱瀝青和發泡劑的瀝青加溫裝置8和發泡劑加溫裝置9。

瀝青泵和發泡劑泵出口側還分別連接有瀝青質量流量計10和發泡劑質量流量計11。

混合器3出口側與增壓設備4之間連接有發泡瀝青緩衝罐12。

壓力罐6內的進出料管線14的進出料口位於壓力罐內腔底部的積料槽中13。

壓力罐加熱系統包括位於壓力罐內腔中並與外部導熱油爐連接的導熱油盤管15和穿過壓力罐內腔並與外部燃燒器連接的加熱煙道16。

其工作過程：原料瀝青經瀝青加溫裝置8加熱控溫到工藝溫度後由瀝青泵1進行泵送，經過瀝青質量流量計10及瀝青比例控制閥控制流量後進入到混合器3與發泡劑進行混合；發泡劑經發泡劑加溫裝置9加熱控溫到工藝溫度後由發泡劑泵2進行加壓泵送，經過發泡劑質量流量計11及發泡劑比例控制閥控制流量後進入到混合器3與原料瀝青進行混合；經混合器3充分混合後的混合液經過倍壓閥進入到發泡瀝青緩衝罐12進行穩定發泡，穩定後的發泡瀝青由增壓設備4(空氣推射器)進行再次混合壓縮經管線進入壓力罐6。整個生產發泡過程的質量指標由控制系統自動控制，過程中原料瀝青流量和發泡劑流量通過出口比例調節閥進行聯動控制，實現了瀝青與發泡劑比例的精細控制；發泡劑的壓力和瀝青溫度聯動控制，保證發泡劑的壓力大於瀝青溫度下發泡劑的飽和蒸汽壓，實現穩定的生產過程。

該裝置的儲存部分由壓力罐、攪拌系統、壓力罐加熱系統、進出料計量系統、壓力罐穩壓系統及安全控制系統組成。其實現方案為：一、壓力罐：壓力罐罐體由罐外壁17、保溫層18、保溫外敷板19組成，壓力罐承受的壓力應為發泡劑在發泡溫度下的飽和蒸汽壓力的1.0倍以上；二、攪拌系統：攪拌器設置在壓力罐內部，由軸套20，攪拌槳葉21，密封件22以及攪拌電機23組成，攪拌器的設計滿足了成品的均勻、穩定性，密封件22滿足了壓力要求，攪拌電機23滿足攪拌的動力；三、壓力罐加熱系統：壓力罐加熱系統由2種加熱器組成，便於實際使用。一種是導熱油加熱系統，導熱油盤管15安裝在底部的型鋼支架上，保證盤管的穩固；導熱油盤管的換熱面積與罐容積的比應不小於30％；導熱盤管與罐外側的導熱油爐連通，直接方便的給予供熱；第二種是直接式火焰加熱系統，加熱煙道16採用雙回程設計，保證熱量的最大化利用，外部直接設置與燃燒器對接，簡單方便、實用，在臨時應急或緊急出貨情況下使用。四、進出料計量系統：壓力罐進料閥5和壓力罐出料閥7全部採用自動控制閥來控制，進出閥門接口處分別採用方便的快速接口連接，進出料管線14採用夾套管結構，使進出料能夠在很短的時間實現。進出料管線14的進出料口連接在壓力罐底部的積液槽內，保證在出料時能夠一次性將壓力罐內的成品放淨。壓力罐進料閥5和壓力罐出料閥7與罐底部的稱重模塊24實現聯動，保證進出料的精準計量。壓力罐壓力與瀝青溫度聯動控制，保證發泡瀝青罐的壓力大於瀝青溫度下發泡劑的飽和蒸汽壓，使發泡瀝青罐中的發泡劑處於液相狀態。五、壓力罐穩壓系統:系統壓力的穩定直接與泡沫瀝青質量有關，穩定的壓力是發泡劑與瀝青共同存在的前提條件。壓力罐穩壓系統由空壓機組25提供動力源，經過空氣管路與自動穩壓閥26連接，經穩壓後的壓縮空氣通過控制單向閥27與壓力罐聯通。在泡沫瀝青儲存階段始終保持壓力罐的壓力恆定，在系統出料時給予一定的壓力，將成品泡沫瀝青壓出使用。本系統不需要設置額外的瀝青泵浦，直接靠壓力壓出使用。六、安全控制系統：安全控制系統由電器控制箱與壓力罐上的溫度傳感器pt100、壓力傳感器，安全控制閥連接，隨時監測、控制壓力罐的壓力、溫度。保證壓力罐的安全平穩控制。與壓力罐底部的稱重傳模塊24、壓力罐進料閥5、壓力罐出料閥7連接，精確控制進出料的數量。

本實施例的裝置可採用可攜式儲存裝置和車載式儲存裝置實現將穩定的發泡瀝青進行方便的物流轉移，達到生產到使用的無縫對接。實現只要有泡沫瀝青的使用需求，無論數量多少，通過多樣的便攜與車載設備都可以達到，方便了用戶的使用，拓寬了泡沫瀝青的使用範圍。整個裝置只需和用戶的現場管道進行快速對接後就能直接使用，省去了用戶生成過程及設備投資和生產過程中的環保壓力。

實施例二：

利用本發明裝置及方法生產20噸發泡瀝青，儲存1小時、5小時、15小時、48小、72小時、240小時、360小時後測試指標。

工藝條件：

原料瀝青為：AH-70#瀝青；溫度120℃

發泡劑為常溫水。

原料瀝青與水的比例按質量比為98％∶2％；

生產產能：10噸/小時

實現本實施例的方法包括以下步驟：

步驟一：系統預熱，啟動瀝青泵，將原料瀝青通過換熱器及流量計進行循環預熱升溫至130±0.5℃，原料瀝青與發泡劑(水)的比例為98％∶2％，進行設定調節好瀝青流量為9.8噸/小時；啟動發泡劑泵，按照原料瀝青與發泡劑(水)的比例為98％∶2％，設定好發泡劑的流量為0.2噸/小時，調節好發泡劑泵的壓力大於瀝青溫度130±0.5度下的水的飽和蒸汽壓力為0.35mpa。

步驟二：通過控制閥將原料瀝青和水同時切進混合器；

步驟三：混合後的物料經壓力直接進入到發泡腔。

步驟四：當發泡腔內壓力達到0.35mpa時，空氣推射泵自動啟動，直接將發泡瀝青壓進儲存罐中。過程中控制系統壓力為不低於0.35mpa。

步驟五：設定連續生產2小時。2小時後停機。

步驟六：儲存罐內壓力恆定為≥0.35mpa，溫度130±0.5度。

步驟六：停機後從儲存裝置取樣分析1小時、5小時、15小時、48小時、72小時、240小時、360小時，分析生產泡沫瀝青的膨脹率及半衰期。

通過分析得到表一所列泡沫瀝青數據，可見通過本生產裝置及儲存系統儲存的發泡瀝青非常穩定。

表一：

實施例三：

利用本發明裝置及方法生產60噸發泡瀝青，儲存1小時、5小時、15小時、48小、72小時、240小時、360小時後測試指標。

工藝條件：

原料瀝青為：SBS改性瀝青I-C；溫度140℃

發泡劑為常溫水。

原料瀝青與水的比例按質量比為97.5％∶2.5％；

生產產能：20噸/小時

實現本實施例的方法包括以下步驟：

步驟一：系統預熱，啟動瀝青泵，將原料瀝青通過換熱器及流量計進行循環預熱升溫至140±0.5℃，原料瀝青與發泡劑(水)的比例為97.5％∶2.5％，進行設定調節好瀝青流量為19.5噸/小時；啟動發泡劑泵，按照原料瀝青與發泡劑(水)的比例為97.5％∶2.5％，設定好發泡劑的流量為0.5噸/小時，調節好發泡劑泵的壓力大於瀝青溫度140±0.5度下的水的飽和蒸汽壓力為0.4mpa。

步驟二：通過控制閥將原料瀝青和水同時切進混合器；

步驟三：混合後的物料經壓力直接進入到發泡腔。

步驟四：當發泡腔內壓力達到0.4mpa時，空氣推射泵自動啟動，直接將發泡瀝青壓進儲存罐中。過程中控制系統壓力為不低於0.4mpa。

步驟五：設定連續生產3小時。3小時後停機。

步驟六：儲存罐內壓力恆定為≥0.4mpa，溫度140±0.5℃。

步驟六：停機後從儲存裝置取樣分析1小時、5小時、15小時、48小時、72小時、240小時、360小時，分析生產泡沫瀝青的膨脹率及半衰期。

通過分析得到表二所列泡沫瀝青數據，可見通過本生產裝置及儲存系統儲存的發泡瀝青非常穩定。

表二：

實施例四

利用本發明裝置及方法生產10噸發泡瀝青，儲存1小時、5小時、15小時、48小、72小時、240小時、360小時後測試指標。

工藝條件：

原料瀝青為：AH-110；溫度120℃

發泡劑為常溫水。

原料瀝青與水的比例按質量比為97％∶3％；

生產產能：10噸/小時

實現本實施例的方法包括以下步驟：

步驟一：系統預熱，啟動瀝青泵，將原料瀝青通過換熱器及流量計進行循環預熱升溫至120±0.5℃，原料瀝青與發泡劑(水)的比例為97％∶3％，進行設定調節好瀝青流量為9.7噸/小時；啟動發泡劑泵，按照原料瀝青與發泡劑(水)的比例為97％∶3％，設定好發泡劑的流量為0.3噸/小時，調節好發泡劑泵的壓力大於瀝青溫度120±0.5度下的水的飽和蒸汽壓力為0.3mpa。

步驟二：通過控制閥將原料瀝青和水同時切進混合器；

步驟三：混合後的物料經壓力直接進入到發泡腔。

步驟四：當發泡腔內壓力達到0.3mpa時，空氣推射泵自動啟動，直接將發泡瀝青壓進儲存罐中。過程中控制系統壓力為不低於0.3mpa。

步驟五：設定連續生產1小時。1小時後停機。

步驟六：儲存罐內壓力恆定為≥0.3mpa，溫度120±0.5℃。

步驟六：停機後從儲存裝置取樣分析1小時、5小時、15小時、48小時、72小時、240小時、360小時，分析生產泡沫瀝青的膨脹率及半衰期。

通過分析得到表三所列泡沫瀝青數據，可見通過本生產裝置及儲存系統儲存的發泡瀝青非常穩定。

表三：

實施例五

利用本發明裝置及方法進行生產300噸發泡瀝青，儲存1小時、5小時、15小時、48小、72小時、240小時後測試指標。

工藝條件：

原料瀝青為：AH-30#瀝青；溫度140℃

發泡劑為常溫水。

原料瀝青與水的比例按質量比為97％∶3％；

生產產能：30噸/小時

實現本實施例的方法包括以下步驟：

步驟一：系統預熱，啟動瀝青泵，將原料瀝青通過換熱器及流量計進行循環預熱升溫至140±0.5℃，原料瀝青與發泡劑(水)的比例為97％∶3％，進行設定調節好瀝青流量為29.1噸/小時；啟動發泡劑泵，按照原料瀝青與發泡劑(水)的比例為97％∶3％，設定好發泡劑的流量為0.9噸/小時，調節好發泡劑泵的壓力大於瀝青溫度140±0.5℃下的水的飽和蒸汽壓力為0.4mpa。

步驟二：通過控制閥將原料瀝青和水同時切進混合器；

步驟三：混合後的物料經壓力直接進入到發泡腔。

步驟四：當發泡腔內壓力達到0.4mpa時，空氣推射泵自動啟動，直接將發泡瀝青壓進儲存罐中。過程中控制系統壓力為不低於0.4mpa。

步驟五：設定連續生產10小時，10小時後停機。

步驟六：儲存罐內壓力恆定為≥0.4mpa，溫度140±0.5℃。

步驟六：停機後從儲存裝置取樣分析1小時、5小時、15小時、48小時、72小時、240小時小時，分析生產泡沫瀝青的膨脹率及半衰期。

通過分析得到表四所列泡沫瀝青數據，可見通過本生產裝置及儲存系統儲存的發泡瀝青非常穩定。

表四：