книги из ГПНТБ / Полосин-Никитин, С. М. Механизация дорожных работ учебник

Рис. 4.6. Установка для нагревания органического теплоносителя:

сителю. Змеевики плотно навитые, изготовлены из труб диаметром 50 мм, образуют ходы для дымовых газов. Змеевики закрыты двумя кожухами, образующими полость для прохода воздуха, нагнетаемо­ го вентилятором 2, который затем подается в зону горения факела форсунки 3 в качестве вторичного воздуха, а также служит защит­ ным экраном и предохраняет змеевики от перегрева. Наверху кот­ ла установлен расширительный бак 5, который по мере надобности может быть снят и помещен в любое место в зависимости от схемы

подпитки системы в случае его утечки.

На пульте управления размещены контрольно-измерительная . аппаратура и приборы. Схема автоматики позволяет наблюдать за температурой, давлением теплоносителя на входе в котел и на вы­ ходе из нее, уровнем теплоносителя в расширительном баке. Тепло-

ческой схеме склада или базы битума важным элементом являются трубопроводные коммуникации, краны и насосы которых должны постоянно нагреваться во избежание застывания битума. Обогрев преследует две цели: в пусковой период разогреть битум, оставший­ ся в трубопроводах, до жидкотекучего состояния, а прй установив­ шемся тепловом режиме поддерживать постоянную температуру

!00

битума на всем пути его транспортирования. Нагрев насосов и кра­ нов происходит в процессе циркуляции горячего битума и непосред­ ственного воздействия теплоносителя. Битумные коммуникации могут обогреваться паром, горячим маслом и электричеством. Обо­ грев электричеством имеет ряд преимуществ перед паровым: нет надобности в установках для разогрева теплоносителя, устраняется обводнение битума или утечка теплоносителя через неплотности ар­ матуры, улучшаются санитарно-гигиенические условия работы, до­ стигается значительный эффект за счет повышения к.п.д., простоты регулирования и автоматизации, снижается количество обслу­ живающего персонала и упрощается технологический процесс. Для электрообогрева битумных коммуникаций применяют трубчатые электронагреватели ТЭН — металлические трубки, в которые за­ прессована в кварцевом песке или в кристаллическом порошке плавленой окиси магния (периклазе) спираль из нихромовой про­ волоки диаметром 0,2— 1,6 мм. Песок или периклаз обеспечивает электрическую изоляцию и облегчает передачу тепла благодаря высокому коэффициенту теплопроводности. Трубчатому нагрева­ тельному элементу может быть придана любая форма за счет изги­ ба трубки в холодном состоянии после ее отжига. Температуру на­ грева поверхности ТЭН можно регулировать в большом диапазоне, что имеет большое значение, так как избыточный нагрев приводит к интенсивному коксованию битума на поверхности нагревателя и даже его воспламенению.

Для установки в битумопроводах применяют ТЭН с диапазоном удельных мощностей 0,6— 1,5 Вт/см2.

§ 21. ЗАВОДЫ, ЦЕХИ И БАЗЫ ДОРОЖНЫХ ЭМУЛЬСИЙ

Дорожные эмульсии позволяют вести работы практически в лю­ бую погоду при положительных температурах воздуха, до 20—30% сократить расход вяжущего за счет значительно лучшего распреде­ ления эмульгированных битумов на поверхности каменных мате­ риалов. Дорожные эмульсии приготовляют из двух не смешиваю­ щихся между собой компонентов: битума (дегтя) и воды.

По концентрации битума в воде дорожные эмульсии делят на три основные группы: прямые (битумные) с содержанием 50—60% битума, 40—50%: нежесткой воды и 1—5°/0 эмульгатора; обратные, у которых дисперсной фазой являются дегти; высококонцентриро­ ванные эмульсии с содержанием до 80%' битума и 5—6% эмульга­ тора. При употреблении эти эмульсии растворяют в нежесткой воде в количестве 20— 10%'. Если при приготовлении концентриро­ ванной эмульсии используют твердые эмульгаторы, например гли­ нистые, известковые, то получают пасты.

Размер раздробленных частиц в эмульсиях составляет от одного до нескольких десятков микрометров. Для того чтобы частицы дис­ персной фазы не объединялись, при приготовлении эмульсии вводят ПАВ — эмульгатор. Адсорбируясь на поверхности капель вяжуще­ го, он снижает поверхностное натяжение на границах двух фаз

101

(масла и воды), создает механически прочные защитные пленки. Благодаря эмульгатору эмульсия не распадается при хранении и транспортировке. При нанесении эмульсий тонким слоем на по­

оседают на поверхности каменного материала, образуя тонкую пленку. Промежуток, за который происходит распад эмульсии, не­ одинаков и зависит, в первую очередь, от вида эмульгатора. По ско­ рости распада дорожные эмульсии делят на медленно распадаю­ щиеся, распадающиеся со средней скоростью и быстро распадаю­ щиеся.

Дорожные эмульсии приготовляют на базах и заводах, в цехах АБЗ. Приготовление в основном сводится к диспергированию жидкостей и к стабилизации дисперсной системы. Для диспергиро­ вания жидкости применяют гомогенизаторы, лопастные смесители, акустические диспергаторы. В гомогенизаторе битум, нагретый до 150°, и водный раствор эмульгатора, нагретый до 90°, проходит под давлением через узкие зазоры (до 0,1 мм), в которых битум раз­ мельчается и на его капельках адсорбируется эмульгатор. Луч­ шими считаются многоступенчатые гомогенизаторы-диспергаторы.

Смесители могут быть лопастные и шнеко-лопастные. В отличие от гомогенизаторов мешалки проще; они относятся к машинам цикличного (порционного) действия. Концентрированный раствор эмульгаторов заливают в резервуар, где вращается вал с лопастями со скоростью 40—80 об/мин. Битум подают постепенно по мере об­

треблением разбавляют водой до требуемой концентрации. Технология получения прямых эмульсий в лопастных смесите­

лях сложнее, чем в гомогенизаторах (диспергаторах). Кроме того, не Есе водорастворимые эмульгаторы, используемые для изготов­ ления эмульсий в гомогенизаторах, пригодны для получения эмуль­ сий в мешалках. Эмульсии обратные и на твердых эмульгаторах приготавливают только в лопастных мешалках.

Используя комплект ДС-71, можно организовать базу с выра­ боткой 5 т/ч эмульсии по технологии, показанной на рис. 4.7. В ком­ плект входят установка для приготовления эмульсии, цистерны для битума и готовой эмульсии, блок водоподготовки и парообразова­ тель. Цистерна для горячего битума служит расходной емкостью, изолирована минеральной ватой слоем 100 мм. Для поддержания температуры битума в требуемых пределах цистерна оснащена ж а­ ровыми трубами 19 и форсунками. Сбоку цистерны, на ее опоре, укреплен обогреваемый шестеренчатый насос 20, который закачи­ вает битум из автобитумовоза в цистерну и осуществляет циркуля­

цию в самой цистерне. На всасывающем патрубке насоса установ­ лен фильтр 21.

Эмульсию приготавливают в теплоизолированной цистерне, раз­ деленной на отсеки для воды, концентрированного раствора эмуль­ гатора (КРЭ) и водного раствора эмульгатора ВРЭ. На цистерне 1

102

Рис. 4.7. Технологическая схема приготовления дорожной эмульсии с использо­ ванием установки ДС-71

смонтирована площадка, где размещены: пульт управления, шкафы с электрооборудованием, паровыводящий двухходовой оводоподогреватель 2 (МВН 1431-01) с регулятором температуры 3, регули­

обогреваемого шестеренчатого насоса 9 для битума и шестеренча­ того насоса 10 для ВРЭ, цепной передачи 11, электродвигателя 12, одноступенчатого редуктора 13 и смены звездочек 14 для изменения содержания битума и ВРЭ.

Диспергатор механического типа 15 представляет собой набор шести пар подвижных и неподвижных дискон с крыльчаткой. Снизу на опорах цистерны 1 укреплены насосы 16, 17 и 18 для подкачки и циркуляции воды, нагнетания и циркуляции КРЭ, подачи и раз­ мещения ВРЭ. Уровень воды и ВРЭ контролирует поплавковый указатель уровня.

В состав блока водоподготовки входит резервуар для воды, катионитовый фильтр, солерастворитель, центробежный насос и си­ стема трубопроводов. Блок применяют в том случае, если вода имеет жесткость более 3 мг-экв/л. При приготовлении эмульсий кислых, щелочных с концентратом барды, а также с минеральными

* Прибор для измерения малых расходов веществ.

1;03

эмульгаторами, жесткость воды не ограничивается и блок не при­

меняют.

Для подогрева воды, поддержания температуры КРЭ и ВРЭ, битумных коммуникаций, шестеренчатых насосов и диспергатора используют передвижной парообразователь Д-564. Вода, проходя блок водоподготовки, нагревается, избыток ее через трубопровод 24 сбрасывается в отсек для воды, а количество регулируется кла­ паном 4 с моторным исполнительным механизмом, получающим сигнал от ротаметра 5. Регулятор температуры 3, получая сигнал от датчика температуры воды, регулирует количество подаваемого па­ ра, поддерживая температуру воды в пределах 80— 100°. Нагретая вода и КРЭ, расход которой регулируется дистанционно, смеши­ вается в требуемой пропорции в смесителе 6, представляющем со­ бой отрезок трубы, внутри которого помещен стержень с винтовыми канавками. В отверстие стержня нагнетается КРЭ, снаружи по ка­ навкам идет вода. Проходя через радиальные отверстия в теле стержня, КРЭ смешивается с водой. Контроль водного раствора эмульгатора и КРЭ осуществляют ротаметром 8, установленным на выходе из смесителя.

Битум с температурой 130— 140° С насосом 20 подается в блок дозатора, перед которым стоит трехходовой кран 25 с линией возврата 26.

Необходимое количество битума дозирующим насосом 9 подает­ ся в диспергатор 15. В диске ротора оба потока объединяются, крыльчатка проталкивает жидкость сквозь отверстия во вращаю­ щихся дисках, битум дробится на мельчайшие капли и обволаки­ вается эмульгатором. Готовая эмульсия по гибкому шлангу-рука­ ву 23 поступает в цистерну, автобитумовоз или гудронатор.

Эмульсию хранят в закрытых цистернах и помещениях, защи­ щенных от солнечного нагревания лучами и от охлаждения, при температуре воздуха не ниже +3°. Продолжительность хранения зависит от типа эмульсии и колеблется от нескольких часов до не­ скольких месяцев. Длительность хранения высококонцентрирован­ ных эмульсий неограниченна.

Цистерна для готовой эмульсии оборудована шестеренчатым насосом 22, предназначенным для выдачи готовой эмульсии потре­ бителям, ее перемешивания внутри цистерны во избежание образо­ вания корки битума. Оборудование установки для приготовления эмульсии мобильное: его транспортируют на трейлерах и монтиру­ ют на заранее подготовленной площадке, вблизи места потребления. Для нормальной эксплуатации оборудования необходимо регуляр­ но подавать обезвоженный и подогретый до рабочей температуры битум, концентрированный раствор эмульгатора и воду.

Оборудование можно устанавливать также на битумной базе или АБЗ.

Химическое эмульгирование при приготовлении битума проще, чем с помощью различных диспергаторов. Оно основано на реакции, протекающей между ПАВ, находящимся в битуме, и соответствую­ щим электролитом, имеющимся в водном растворе (рис. 4.8).

104

Рис. 4.8. Технологическая схема химического эмульгирования:

а —'химический эмульгатор; б — установка для подготовки битума; в — установка для подготовки щелочи; г — готовая эмульсия

Технологическим оборудованием для приготовления эмульсии является вертикальный резервуар 1 с тепловой рубашкой. Его верх­ няя часть 2 может выдвигаться и фиксироваться в определенном положении фиксатором 3, изменяя тем самым полезный объем ре­ зервуара. Распределитель воздуха представляет собой круглый диск, нижняя поверхность которого выпуклая, а верхняя — плоская, перфорированная. Через отверстия 5 пузырьки воздуха поступают в резервуар, производя эмульгирование битума в растворе едкого натра. Воздух подают в распределитель от компрессора через тру­ бу 6. Она также служит для крепления гасителя пены — отбойной тарелки 7. Разогретый битум и водный раствор едкого натра пода­ ют в резервуар по трубам 10 и 11. Жидкость поступает на выпук­ лую часть отбойной тарелки 7, которая может передвигаться по трубе распределителя с помощью скользящей муфты 8 и крепиться

ктрубе винтами 9. Для того чтобы жидкость не разбрызгивалась,

квнутренней поверхности резервуара крепят воронку 12. Капли, попадающие на поверхность воронки 12, стекают в воронку 13, а воздух из резервуара выходит между воронками. Воронка 13 цент­

рируется при помощи стержней 14. Между распределителем 4 и стенкой резервуара 1 имеется круговой зазор 15 для пропуска об­ разовавшейся эмульсии. Чтобы крупные капли битума не попадали под распределитель, предусмотрен конус-смеситель 16, отбрасываю­ щий нисходящий поток в центр резервуара. В трубе 17 создается запас эмульгируемых жидкостей. Резервуар заполняют водным

105

раствором едкого натра до половины высоты трубы 17, контролируя: по указателю уровня. Раствор нагревают паром до 70—85°, затем: включают подачу воздуха в распределитель и медленно увеличива­ ют подачу битума, содержащего высокомолекулярные кислоты. Рабочая температура битума равна 90— 150° С. Как только с трубы 17 начнет выходить эмульсия, включают подачу едкого натра. Выход, готовой эмульсии регулируется верхним запорным вентилем 18, а резервуар освобождается от эмульсии запорным вентилем 19. На­ личие жидкости контролируется указателем уровня, а температу­ р а — термометром в нижней части резервуара. Химическое эмуль­ гирование позволяет получать хорошие эмульсии, особенно из битумов, не эмульгирующихся механическим способом в дисперга­ торах, гомогенизаторах и коллоидных мельницах. Эмульсии можно

раствор едкого натра предварительно вводят кубовые остатки жир­ ных кислот (1—3% от массы битума).

Ведутся опыты получения битумов, эмульгирующихся без введе­ ния ПАВ, что упрощает приготовление эмульсий. Исходным сырьем служат прямогонные гудроны ароматической нефти, которые ис­ пользуются для производства битума методом бескомпрессорного окисления при температуре не выше 250° С с расходом воздуха не менее 0,2 л/мин на 1 кг окисляемого сырья.

К химическому относится барботажный способ приготовления эмульсий, сущность которого состоит в том, что компоненты эмуль­ сии диспергируются при помощи сжатого воздуха, подаваемого внутрь цистерн через перфорированные трубки. Такие установки имеют выработку до 30 т/смену.

Битумные эмульсии, обладая многими положительными качест­ вами, имеют один общий недостаток — плохое прилипание битума к поверхности большинства каменных материалов. Усилить такое

ют активированными.

Эмульсию хранят в закрытых помещениях, защищенных от на­ гревания солнечными лучами и от промерзания. В летнее время эмульсию можно хранить в бочках и резервуарах, накрытых толем или брезентом. Зимой бочки следует держать в помещениях, где температура не опускается ниже 0°С. Перед употреблением эмуль­ сию необходимо осторожно перемешать для уничтожения сгустков битума. Эмульсию транспортируют в плотно закрытых деревянных или металлических бочках, цистернах, автобитумовозах, гудро­ наторах.

Тара должна быть чистой. Загрязнение может вызвать быстрое свертывание эмульсии. Нельзя бросать бочки с эмульсией, так как это также вызывает свертывание.

Приготовление эмульсии с использованием акустического дис­ пергатора относится к гидродинамическому способу, по которому

106

2

Витим

Рис. 4.9. Технологическая схема приготовления эмульсии на ультра­ звуковой установке:

смесь воды, эмульгатора и битума пропускают с большой ско­ ростью через сопло, имеющее впереди вибратор-нож. Под действи­ ем колебаний ножа и турбулентного движения жидкости создаются завихрения и непрерывно меняющиеся поля давления, производится смешивание. Наибольший гидродинамический эффект достигается при наступлении резонанса. Настройка системы на резонанс произ­ водится регулированием скорости движения смеси, размером сопла и подбором материалов вибратора. Акустический способ приготов­ ления эмульсий прост по технологии и оборудованию; качество эмульсий хорошее.

Для перемешивания водного раствора эмульгатора применена пропеллерная трехлопастная мешалка СМ-243Б вертикального типа {рис. 4.9). В нижней части бака мешалки укреплено шесть трубча­ тых электронагревателей общей мощностью 36 кВт, обеспечиваю­ щих нагрев водного раствора до 100°. При такой температуре мож­ но приготавливать мыло из эмульгатора типа древесный деготь, соапсток, хлопковый гудрон, требующих омыления перед растворе­ нием щелочью. Расходный бак имеет теплоизоляцию и-три трубча­ тых электронагревателя мощностью 2,5 кВт, которые поддерживают температуру нагретого водного раствора эмульгатора до 80°. Дозаторный и эмульсионный баки в нижней части имеют шесть труб­ чатых электронагревателей мощностью 2,1 кВт. Основным рабочим элементом установки является вибрирующее устройство — сопло с узкой прямоугольной щелью и консольно закрепленной стальной пластиной с острой передней гранью. Эмульгирование осущест­ вляется не только под влиянием вибрации пластин, но и при дви­ жении жидкостей в самой щели сопла. Пластины можно менять так же, как и сопла, что позволяет приготавливать эмульсии на различных эмульгаторах. Выработка установки достигает 500— 600 л/ч готовой эмульсии. Масса установки со всем оборудованием

107

Рис. 4.10. Генеральный план завода по приготовлению дорожных эмульсий:

около 5 т, что позволяет легко перевозить ее на грузовом автомо­ биле той же грузоподъемности.

вания, предъявляемые к генплану производственных предприятий. Расположение цеха приготовления эмульсии должно быть увязано со всеми вспомогательными цехами и складами. Производственный процесс организуется по принципу поточности в соответствии с при­ нятой технологией.

При наличии железнодорожной ветки или тупика, по которым можно доставлять битум (деготь), эмульгаторы и ПАВ, вдоль них целесообразно расположить битумохранилище, склад жидкого топ­ лива, парокотельную; непосредственно около склада битума — ус­ тановки для его обезвоживания и нагрева до рабочей температуры, параллельно установке и расходным емкостям битума ■— цехи эмульгаторный и водоподготовки (рис. 4.10).

Недалеко от цеха создают склады готовой эмульсии с искусст­ венным покрытием для подъезда автогудронаторов и автобитумо­ возов. Кроме производственных цехов, помещений и складов, необ­ ходимы: лаборатория, ремонтные мастерские или летучка, мате­ риальный склад, контора мастера и механика завода, красный уголок, душ с гардеробом, туалет. Столовую, жилье и бытовые службы рекомендуется размещать за пределами предприятия на расстоянии санитарной зоны (300—500 м), жилой городок — с под­ ветренной стороны по отношению к заводу. Завод огораживают,

108