Гриневич Н.А., Шомин И.И. Производственные базы дорожного
реклама
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ УРАЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЛЕСОТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ Гриневич Н.А. Шомин И.И. ПРОИЗВОДСТВЕННЫЕ БАЗЫ ДОРОЖНОГО СТРОИТЕЛЬСТВА Учебное пособие для изучения теоретического курса и практических занятий для студентов очной и заочной форм обучения специальности 270205 «Автомобильные дороги и аэродромы» по дисциплинам «Материаловедение» и «Дорожные машины и производственная база строительства». Екатеринбург 2009 ОГЛАВЛЕНИЕ Введение ................................................................................................. 5 1. Общие сведения о современных асфальтобетонных заводах .......... 6 1.1. Технологический процесс приготовления минерального порошка ................................................................................................ 19 1.2. Технология приготовления асфальтобетонных смесей ........... 23 2. Проектирование складов АБЗ .......................................................... 42 2.1. Склады каменных материалов. ................................................. 42 2.2 Склады цемента и минерального порошка ............................... 44 3. Расчет технологической нормы расхода топлива (теплоэнергии) на работу сушильных барабанов при производстве асфальтобетона .... 47 4. Общие сведения по приготовлению органических вяжущих материалов ............................................................................................ 51 5. Транспортирование и хранение битумов ........................................ 52 5.1. Общие положения предварительной подготовки битума ....... 52 5.2. Транспортирование битума в бункерных полувагонах ........... 53 5.3. Транспортирование битума в цистернах .................................. 55 5.4. Транспортирование битума в жидком виде ............................. 56 5.5. Транспортирование битума в отдаленные районы .................. 56 5.6. Транспортирование дорожных битумов в специальных контейнерах .......................................................................................... 57 5.7. Транспортирование битума за рубежом ................................... 62 6. Битумохранилища ............................................................................ 64 6.1. Назначение и классификация битумохранилищ ...................... 64 6.2. Система подогрева битумохранилищ ....................................... 73 6.3. Теплоносители системы подогрева битумохранилищ ............ 75 6.4. Тепловой расчет битумохранилища ......................................... 81 7. Расчет технологической нормы расхода топлива при подготовке битума ................................................................................................... 84 8. Обезвоживание и нагрев битума ..................................................... 93 8.1. Виды битумоплавильного оборудования ................................. 93 8.2. Методы обогрева битума .......................................................... 95 8.3. Битумоплавильные агрегаты..................................................... 96 8.4. Определение количества битумоплавильных установок ...... 100 9. Битумопроводы и битумные насосы ............................................. 102 10. Камнедробильная база ................................................................. 109 10.1. Карьеры по добыче и переработке камня............................. 109 10.2. Определение типов и количества машин для транспортировки горных пород ........................................................ 112 10.3. Выбор оборудования для переработки горных пород ......... 118 3 10.4 Дробилки ударного действия ................................................. 119 Контрольные вопросы ........................................................................ 130 Библиографический список ............................................................... 132 4 Введение Методические указания по расчету элементов производственной базы дорожного строительства предназначены для студентов специальности 270205 «Автомобильные дороги и аэродромы» очной и заочной форм обучения для практических занятий и выполнения курсовых работ. В указаниях приведены расчеты по установлению обоснованных дифференцированных норм расхода топливно–энергетических ресурсов при подготовке битума и на работу сушильных барабанов. Приведены условные примеры расчета норм расхода топливно– энергетических ресурсов. Кроме этого, рассмотрены асфальтобетонных заводов. вопросы проектирования складов В приложениях приведены справочные данные для расчета норм расхода топливно–энергетических ресурсов. 5 1. Общие сведения о современных асфальтобетонных заводах Более 80% дорог в России и за рубежом строятся с асфальтобетонным покрытием. Эффективность и качество дорожного строительства во многом зависят от качества смесей, надежной и ритмичной работы асфальтосмесительных установок (АУ). В их состав входит большое количество сложных и дорогостоящих машин и оборудования, которые по своему назначению и устройству чрезвычайно разнообразны и непрерывно пополняются новыми прогрессивными конструкциями [1]. Производство асфальтобетонных смесей – один из самых дорогих и энергоемких процессов строительства, и от выбора АУ и оборудования зависит расход топливно – энергетических ресурсов и стоимость строительства. Асфальтобетонные заводы (АБЗ) – специализированные предприятия, изготовляющие асфальтобетонные и битумоминеральные смеси. Кроме того, на АБЗ может быть организован выпуск обработанного битумом щебня (черный щебень), битумных эмульсий и других материалов, в состав которых входит битум. АБЗ строят как стационарного, так и временного типа [2]. Могут быть заводы передвижные, перемещающиеся как прицепы к автомобилям, а также железнодорожные передвижные АБЗ-поезда (рис. 1.1). Рисунок 1.1. Схема передвижного асфальтобетонного завода – поезда: 1 – мастерская и лаборатория; 2 – емкость с жидким топливом; 3 – электростанция; 4 – асфальтосмеситель; 5 – битумоплавильня; 6 – котельная; 7 – емкость с битумом Назначение и месторасположение завода предопределяют выбор основного оборудования, уровень автоматизации и механизации, а также капитальность обустройства предприятия. Основное направление в конструировании современного асфальтосмесительного оборудования заключается в переходе от создания отдельных машин к сооружению автоматизированных комплексов технологического оборудования для приготовления асфальтобетонных смесей и применению принципа агрегатирования (комплекс составляют из отдельных агрегатов). К таким агрегатам относятся: агрегаты питания, 6 сушильные барабаны, пылеулавливающие и дозировочные устройства, смесительные машины, расходные емкости битума и минерального порошка, накопительные бункера, кабины управления. Широкая область применения АС и разнообразие требований потребителей к выпускаемому асфальтосмесительному оборудованию обусловили многообразие типов и типоразмеров смесительного оборудования. Промышленность дорожного машиностроения освоила выпуск комплекса автоматизированного технологического оборудования для приготовления асфальтобетонных смесей различной производительности. Установки состоят из унифицированных агрегатов и могут иметь смесители периодического или непрерывного действия. По производительности асфальтoбетонное оборудование можно разделить на четыре основные группы: малой производительности до 40 т/ч, средней производительности – 50-100 т/ч, большой производительности - до 150-350т/ч, очень высокой производительности свыше 400 т/ч. Производительность смесительных установок определяют исходя из требуемой производительности АБЗ. По мобильности асфальтобетонные установки разделяют на три типа: передвижные, полустационарные и стационарные. Передвижные установки используют при строительстве автомобильных дорог, если в близлежащем районе отсутствуют стационарные и полустационарные АБЗ или по условиям производства работ установка должна работать на одном месте не более 1-2 сезонов. Передвижные установки (рис. 1.2) выполняют на пневмоколесном шасси в виде отдельных перемещающихся блоков, агрегаты которых предназначены для выполнения определенных технологических операций. Смесительные установки полустационарного типа предназначаются для оборудования АБЗ в городах и на крупных строительных объектах, которые редко перебазируются. АУ стационарного типа используют на постоянно действующих АБЗ. Как правило, стационарные установки встраивают в здания капитального типа. По конструктивной компоновке асфальтобетонные установки делят на партерные и башенные, т.е. с горизонтальной или вертикальной схемой движения материалов. Партерное расположение смесительной установки (рис. 1.3) предусматривает движение материалов от агрегата к агрегату по горизонтали при многократном подъеме. В этом случае увеличивается количество вертикально-транспортирующих подъемных механизмов и соответственно возрастают затраты электроэнергии. Кроме того, происходит более интенсивная потеря тепла нагретым минеральным 7 материалом. Асфальтобетонные установки партерного типа легко оснащать ходовым оборудованием для перемещения с одного объекта на другой. При горизонтальной схеме облегчаются ремонтные работы. Рисунок 1.2. Общий вид передвижной асфальтобетонной установки: 1 – агрегат питания; 2 – транспортер; 3 – сушильный барабан; 4 – очистные устройства; 5 – вертикальный элеватор; 6 – грохот; 7 – дозатор; 8 – смеситель; 9 – скиповый подъемник; 10 – емкость для минерального порошка; 11 – накопительный бункер; 12 – емкость для битума В случае башенной компоновки минеральные материалы нужно поднять только один раз (рис. 1.4), после чего, используя собственную массу, они последовательно проходят через все агрегаты смесителя сверху вниз без затрат энергии на их перемещение. При вертикальной схеме требуется меньшая площадь для размещения смесителя. Риcунок 1.3. Смесительная установка с партерным расположением оборудования: 1 – агрегат питания; 2 – агрегат мокрого пылеулавнивания; 3 – сушильный агрегат; 4 – шнек; 5 – горячий элеватор; 6 – бункер минерального порошка; 7 – дозатор минерального порошка; 8 – весовой бункер; 9 – скиповый подъемник; 10 – осадительная камера; 11 – дозирующее устройство для битума; 12 – смеситель 8 Рисунок 1.4. Смесительная установка с башенным расположением оборудования: 1 – агрегат питания; 2 – пылеулавливающее устройство; 3 – шнек; 4 – сушильный агрегат; 5 – бункер минерального порошка; 6 – пневмонасос; 7 – элеватор; 8 – дозатор битума; 9 – смесительный агрегат; 10 – накопительный бункер По способу перемешивания различают асфальтобетонное оборудование со смесителями периодического и непрерывного действия. В установках периодического действия процесс предварительного («холодного») дозирования, просушка и нагрев песка и щебня, рассортировка по фракциям производятся непрерывно, а дозирование, смешивание и выгрузка из смесителя осуществляются определенными порциями. Преимущество таких смесителей заключается в том, что без сложных перенастроек дозирующих устройств можно получать смеси требуемого состава, а также в возможности регулирования времени перемешивания смесей. В установках непрерывного действия все технологические операции выполняются непрерывно. Периодически выполняется лишь вспомогательная операция – выгрузка смеси из накопительного бункера в транспорт. Недостатком смесительных установок непрерывного действия является то, что их трудно перестраивать на выпуск смесей другого состава. Часовая производительность АУ периодического действия (Ппд) определяется по формуле [2]: 0,06m зам k в , П пд t заг t пер t выг где mзам – масса одного замеса; kв – коэффициент использования времени смены; tзаг – время загрузки смесителя компонентами смеси; 9 tпер – время перемешивания (tпep = 0,0083...0,0208 ч); tвыг – время выгрузки готовой смеси. Часовая производительность АУ непрерывного действия (Пнд) определяется по формуле: П нд 0,06m см k в , t пер где mсм – масса смеси, помещающейся в смесителе; kв – коэффициент использования времени смены; tпер – продолжительность перемешивания (tпер= 0,025...0,05 ч). С 1985 г. объемы дорожного строительства сократились в 8 раз и не превышают 5 тыс. км в год. Ежегодно ремонтируется 15–17 тыс. км дорог [3]. Несмотря на такое резкое снижение уровня дорожного строительства, потенциальный спрос на дорожную технику, в том числе на АУ, высок. Это объясняется тем, что практически не производится капитальный ремонт оборудования АБЗ. Возможно, это экономически оправдано. Хотя в нашей стране в силу недостаточности или отсутствия средств на покупку новой техники еще пытаются ремонтировать старые АУ. Физически изношенные сушильные барабаны и лотки можно заменить, но вышедшую из строя систему автоматики – нет. Машина за 10 лет изнашивается не только физически, но и морально. В 80–х гг. на отечественный рынок стала поступать немецкая техника фирмы Teltomat. За прошедшее время закуплено и установлено свыше 100 АУ этой фирмы производительностью 100 т/ч. Фирма Teltomat активно осваивает российский рынок и готова участвовать в ремонте всех АБЗ, а также готова поставлять современные комплекты системы управления. В начале 90–х гг. российский рынок начали осваивать и другие немецкие производители. Появились асфальтосмесительные заводы мировых лидеров дорожной техники – Ammann и Веnninghoven, а также оборудование других производителей. В России в это время были освоены стационарные установки двух марок производительностью не более 50 т/ч, выпускаемых Кременчугским производственным объединением «Дормашина» (в настоящее время АО«Кредмаш»). С середины 90–х гг. производство АУ начали осваивать и в России. Сначала это были только копии украинских машин – установку УСА-50 производительностью 40 т/ч начал выпускать Тверской завод 10 «Центросвар». Но первый шаг на пути преодоления монополии украинского производителя – АО «Кредмаш» – был сделан. При снижении объемов строительных дорожных работ спрос на приобретаемую технику, и прежде всего АУ, изменился качественно– резко выросли требования к приобретаемому оборудованию. В настоящее время организации, закупающие АУ, сравнивают их по степени укомплектованности соответственно экологическим требованиям. Например, предпочитают наличие влажной пылеочистки или тканевых фильтров, которые дают возможность улавливать микронные пылинки, или так называемую легочную пыль (5мкм и менее), наиболее вредную и опасную для здоровья человека. Еще недавно на подобные «мелочи» просто не обращали внимания. Предпочтение отдается установкам, снабженным компьютерами, позволяющими запомнить и выдать нужный состав асфальтобетонной смеси в зависимости от замены любой из составляющих. При этом решается целый ряд других задач управления и контроля над технологическим процессом. Точность дозирования всех составляющих смеси, оптимальный температурный режим их приготовления, продолжительность и качество перемешивания должны обеспечиваться техническими возможностями установки. Так, точность дозирования по массе щебня и песка допускается ±3%, а для минерального порошка и битума ±1,5%. Современные зарубежные установки с тензометрическими системами взвешивания обеспечивают увеличение точности дозирования на порядок. АО «Саста» приобрело право на производство, продажу, поставку комплектующих и чертежи итальянской фирмы Bemardi (рис. 1.5). Производимая предприятием установка МIC S75 Е150 является стационарной, башенного типа и работает по классической горячей технологии. Ее отличительные особенности – наличие теплоизолированного сушильного барабана, что позволяет снизить тепловые потери при сушке и нагреве каменных материалов, и наличие универсальной горелки, которая может работать на жидком и газообразном топливе. Система грохотов установки обеспечивает рассев каменных материалов на пять фракций, что совместно с другими техническими решениями гарантирует высокое качество смесей. Установка оборудована накопительным бункером готовой смеси вместимостью 100 т и нагревателем жидкого теплоносителя тепловой мощностью около 350 кВт, используемым для нагрева битума до рабочей температуры и обогрева битумопроводов и оборудования. Для очистки от пыли используются тканевые фильтры с высокой степенью очистки до 20 мг/ м3. Пыль применяется в технологическом процессе. Установка снабжена микропроцессорной системой управления с возможностью 11 непрерывного контроля и записи технологического процесса и перехода на любые, заранее заданные рецепты смесей. С 1998 г. АО «Саста» стало выпускать совместно с фирмой «Илан-Л» и итальянской фирмой Маrini мобильную АУ типа МАР 100 SР Е160L производительностью 100 т/ч. Агрегат питания установки состоит из четырех бункеров общей вместимостью 8 м 3 и перевозится на шасси полуприцепа. Сушильный барабан типа Е 160 (с горелкой на дизельном и газообразном топливе) смонтирован на полуприцепе. Аналогично смонтированы и остальные крупные узлы и агрегаты: мобильный рукавный фильтр типа ГМ 384/48, генератор 300 кВт; винтовой конвейер; агрегат грохочения; блоки емкостей для битума и топлива; кабина оператора с пультом управления. Пульт управления с электронной системой дозирования, монитором, клавиатурой и принтером имеет в памяти компьютера 100 рецептов различных смесей. Рисунок 1.5. Технологическая схема асфальтосмесительной установки фирмы Bernardi: 1 - агрегат питания; 2 - сборный транспортер; 3 – наклонный транспортер; 4 - сушильный агрегат; 5 - горячий элеватор; 6 горячие бункера; 7 - бункер готовой смеси; 8 - элеватор минерального порошка и пыли; 9 - агрегат минерального порошка; 10 - шнек; 11 - рукавные матерчатые фильтры; 12 - вентилятор; 13 расходная битумная емкость; 14 – нагреватель жидкого теплоносителя; 15 – кабина управления Совместное российско-германское предприятие СП «Росасфальт» изготавливает АУ по чертежам и технологии немецкой фирмы Wibau (рис. 1.6). Установки выпускаются разной производительности – 50 т/ч (мобильные), 100 и 160 т/ч (стационарные). Горелка, все системы управления и автоматики, механические и гидравлические приводы, компьютерные системы управления поставляются из Германии. При адаптации оборудования применительно к российским условиям учтены особенности отечественных каменных и вяжущих материалов. 12 Эффективность очистки уходящих газов на основе матерчатых фильтров достигает 20 мг/м3. Управление установкой микропроцессорное с компьютеризованным пультом в кабине управления. Виброгрохот горячих материалов позволяет получить четыре фракции. Нагрев битума до рабочей температуры и битумопроводов осуществляется с помощью установок для нагрева жидкого теплоносителя. Накопительный бункер готовой смеси вмещает объем смеси, равный часовой производительности. Рисунок 1.6. Технологическая схема асфальтосмесительной установки фирмы Wibau: 1 – агрегат питания; 2 – сушильный агрегат; 3 – смеситель; 4 – накопительный бункер; 5 – битумные цистерны; 6 – агрегат добавок; 7 – агрегат минерального порошка; 8 – система пылеочистки; 9 – система утилизации пыли Недавний монополист в области производства этого вида дорожной техники – АО «Кредмаш» – выпускает две АУ: полустационарную ДС-185 (рис. 1.7) производительностью 40-45 т/ч и стационарную установку периодического действия ДС-168 (130-150 т/ч) (рис. 1.8). По сравнению с выпускавшимися ранее установками ДС-117-2Е и ДС-117-2К установка ДС-185 обладает повышенными показателями производительности, надежности и улучшенной системой очистки уходящих газов. Конструкция установки позволяет быстро изменить рецептуру смеси и выполнить все операции технологического процесса. Управление всей установкой осуществляется централизованно с пульта, размещенного в кабине оператора. Сушильный агрегат приспособлен для использования легкого и тяжелого топлива. Конструкция лопастей сушильного барабана обеспечивает оптимальный режим просушивания материала и защиту барабана от воздействия открытого огня. Управление процессами осуществляется дистанционно. Система очистки уходящих газов, включающая предварительную ступень очистки и четыре циклона типа СЦН-40, а также мокрый пылеуловитель на основе скруббера Вентури, 13 обеспечивает очистку уходящих газов до 99,2 %. Обогрев битумных, топливных коммуникаций и емкостей осуществляется горячим маслом по замкнутой системе. В нагревателе жидкого теплоносителя применяется масло И-20А в количестве 1,2 м3. Установка отгружается потребителям блоками высокой монтажной готовности, что сокращает время монтажа и повышает качество монтажных работ. Рисунок 1.7. Технологическая схема асфальтосмесительной установки ДС185: 1 – агрегат питания; 2 – наклонный транспортер; 3 – сушильный агрегат; 4 – смесительный агрегат; 5 – агрегат минерального порошка; 6 – бункер готовой смеси; 7 - установка для нагрева битума; 8 - кабина оператора; 9 - система очистки уходящих газов Рисунок 1.8. Технологическая схема асфальтосмесительной установки ДС168: 1 – агрегат питания; 2 – наклонный транспортер; 3 – сушильный агрегат; 4 – смесительный агрегат; 5 – агрегат 14 минерального порошка; 6 – бункер готовой смеси; 7 – кабина оператора; 8 – система очистки уходящих газов; 9 - нагреватель жидкого теплоносителя; 10 – битумные цистерны; 11 – нагреватель битума Все процессы установки ДС–168 автоматизированы и имеют дублирующее дистанционное управление. Управление всей установкой централизованно и осуществляется с пульта, размещенного в кабине оператора. При работе сушильного агрегата используется жидкое топливо, в том числе топочные мазуты. Перед сушильным барабаном установлены колосниковый грохот и бункер для сбора негабарита. Розжиг форсунки сушильного барабана и управление режимом горения осуществляется из кабины оператора. Установка допускает выгрузку готовой смеси как из бункера готовой смеси, так и непосредственно из смесителя. Установка ДС-168 укомплектована нагревателем жидкого теплоносителя мощностью 350 кВт. Фирма Astek (США) выпускает АУ типа М-РАСК с коаксиальным барабаном смесителя, имеющим принципиальные отличия от других известных до настоящего времени конструкций (такая установка работает на строительстве Московской кольцевой дороги). В установках этого типа разработчикам удалось объединить преимущества передвижных и стационарных установок при сохранении высокого качества перемешивания смесей, которое ранее достигалось только в установках башенного типа с лопастными мешалками, работающими по традиционной технологии. Установки типа М-РАСК выпускаются производительностью 109, 163, 245, 317 и 408 т/ч. Они могут быстро перебазироваться на новое место. Все элементы оборудования выполнены по типу блочной (модульной) конструкции и быстро монтируются. Электрические кабели соединяются при помощи штепсельных разъемов. При этом заглубленные фундаменты делаются только для накопительных бункеров, остальное оборудование может монтироваться на забетонированной площадке. Время полного монтажа с момента поставки оборудования не более трех недель. Перебазирование блоков осуществляется с помощью трейлеров. Основной отличительной особенностью установки М-РАСК является двухбарабанный сушильно-смесительный агрегат, который, сохраняя преимущества лопастных смесителей, позволяет перерабатывать до 50% сфрезерованного асфальтобетона. Сушильно-смесительный агрегат представляет собой два барабана коаксиальной конструкции. Внутренний барабан выполнен по классической схеме с противоточным обогревом. Внешний неподвижный барабан используется как смеситель. В коаксиальном зазоре внутреннего и наружного барабана смонтированы лопасти смесителя. Каменные материалы после прохода по внутреннему барабану через специальные 15 отверстия в нем попадают в зону перемешивания между внутренним и наружным барабанами (рис. 1.9). В эту же зону подается битум и минеральный порошок. Готовая смесь непрерывно выходит из зоны смешения и подается в накопительные бункера. Рисунок 1.9. Асфальтосмесительная установка типа М-РАСК фирмы Astek Повышение точности дозирования материалов в агрегате питания достигается изменением скорости ленты дозаторов. При этом скорость ленты контролируется тахометрами, показания которых выведены на пульт управления. С целью повышения точности дозирования в наклонном транспортере, подающем материалы в сушильный барабан, установлены тензометрические весы. Сушильно-смесительные барабаны установки М-РАСК, в зависимости от пожелания заказчиков, комплектуются форсунками для сжигания мазута, легкого жидкого топлива (типа дизельного) или газа. Установка снабжена рукавными матерчатыми фильтрами. Бункера для длительного хранения асфальтобетонных смесей поставляются в виде отдельных силосов вместимостью 90, 135, 180 т или в виде объединенных блоков из двух или трех силосов. Благодаря наличию масляных гидравлических затворов и отсутствию доступа воздуха смесь может храниться в них в течение нескольких дней. В состав установки М-РАСК входят автомобильные весы различных типоразмеров длиной от 12 до 43 м с числом весовых платформ от 2 до 5. Весы монтируют без специальных заглубленных фундаментов на забетонированной площадке. Фирма Ammann (Германия) поставляет на российский рынок АУ башенной компоновки, работающие по классической башенной технологии производительностью от 80 до 240 т/ч, конструктивные решения которых могут быть изменены в зависимости от запросов 16 потребителей. Например, разработан вариант установки с теплоизоляционной обшивкой для работы при минусовых температурах. Тензометрические системы взвешивания материалов обеспечивают точность до 0,1%, а рассеивание каменных материалов на шесть фракций и целый ряд других конструктивных особенностей гарантируют высокое качество асфальтобетонных смесей. Блочная конструкция установок позволяет выполнять их монтаж в сжатые сроки, при этом габариты узлов и агрегатов дают возможность транспортировать их по автомобильным и железным дорогам. Пульты установок оснащены микропроцессорным управлением и поступают полностью смонтированными (рис. 1.10). На отечественном рынке представлены АУ фирмы Веnninghoven стационарные производительностью 100-200 т/ч, мобильные производительностью 60-160 т/ч. Рисунок 1.10. Технологическая схема асфальтосмесительной установки Ammann: 1 – агрегат питания; 2 – сушильный агрегат; 3 – система очистки уходящих газов; 4 – смесительный агрегат; 5 – элеватор минерального порошка; 6 – бункер готовой смеси; 7 – горячий элеватор Система грохотов установок позволяет разделять минеральные материалы на шесть фракций, что при высокой точности взвешивания гарантирует высокое качество смесей. По заказу потребителей устанавливаются горелки для работы на мазуте любой марки, дизельном топливе, природном или сжиженном газе, а также на угольной пыли. Все установки оснащены накопительными бункерами готовой смеси. Очистка дымовых газов выполняется при помощи тканевых фильтров. Нагрев битума до рабочей температуры и обогрев битумопроводов осуществляется при помощи нагревателей жидкого теплоносителя мощностью от 300 до 400 кВт. Фирма Teltomat выпускает АУ производительностью от 60 до 300 т/ч. АУ типа IV-S и V-S, поставлявшиеся ранее в Россию, в настоящее время капитально модернизированы. Горелки для сушильного барабана выпускаются для работы на легком (дизельном) топливе и тяжелом 17 Германия Ammann, Euro-80* Euro-120* Euro-160* Euro-240* Германия Веnninghove n ТВА-120* ТВА-160* ТВА-200* ТВА-240* ТВА-320* Германия Teltomat* Россия АО «Саста» Расход топлива, кг на т смеси Установленна я мощность, кВт Стоиость, тыс.долл Длина сушильного барабана,м Диаметр сушильного барабана, м Вместимость смесителя, т/ч Производител ьность, т/ч Страна,фирма , марка АСУ (мазуте), а также на природном и сжиженном газах. Грохочение каменных материалов на четыре и шесть фракций, наряду с другими конструктивными изменениями, гарантируют высокое качество смесей. Агрегат питания содержит до 8 бункеров, что дает возможность выпускать смеси любого состава. Вместимость смесителей увеличена от 800 до 3000 кг. Нагрев битума до рабочей температуры, обогрев битумопроводов и оборудования осуществляется при помощи нагревателей жидкого теплоносителя мощностью от 200 до 350 кВт. Вместимость накопительных бункеров готовой смеси от 80 до 500 т. Рукавные матерчатые фильтры позволяют очистить уходящие от сушильного барабана газы с эффективностью до 2 мг/м3. Процессы дозирования, взвешивания, перемешивания и подачи всех материалов могут осуществляться при помощи релейного или микропроцессорного управления в зависимости от условий, предъявляемых заказчиком [3]. Основные сведения об АУ приведены в табл. 1.1. Таблица 1.1 Основные сведения об асфальтосмесительных установках 80 120 160 240 1,5 1,5 3,0 3,0 7 8 8 9 1,6 1,8 2 2 11 11 11 11 180 270 360 500 – 1400 1300 – 120 160 200 240 300 1,6 2,0 2,5 3,0 4,0 8 8 8 9 10 1,8 2 2,2 2,2 2,4 10 10 10 10 10 260 300 340 460 520 1200 1300 1490 – – 100 1,5 8 1,6 8 325 1050 75 1,1 8 1,5 9 260 920 18 MIC S75 E150 Россия Урал НИТИ 75 1,1 8 1,5 9 260 MIC S75 E150 Россия АО«Саста» 100 1,5 8 1,8 9 325 и «Илан–Л» Россия СП «Росасфальт » МА 50 WКС 50 0,625 6 1,4 8 180 МА 100 100 1,5 8 1,8 8 350 WКС 160 2,0 8 2,2 8 500 МА 160 WКС Россия «Центросвар 40 0,7 5,6 1,4 12 196 » УСА–50 Украина АО «Кредмаш» 45 0,7 5,6 1,4 12 195 ДС-185 130 2,0 8 2,2 12 580 ДС-168 *Возможность добавления сфрезерованного асфальтобетона 4500 1000 100 1200 – 160 140 318 1.1. Технологический процесс приготовления минерального порошка Минеральный порошок, применяемый в асфальтовом бетоне, представляет собой продукт тонкого помола естественных каменных материалов (известняка, доломита и др.), состоящий преимущественно из частиц размером менее 0,071 мм. Для АС низких марок и битумоминеральных смесей в качестве минерального порошка при меняют естественные тонкодисперсные материалы (лѐсс, легкие суглинки и др.), а также пылевидные отходы промышленности (пыль уноса цементных заводов, золы, молотые металлургические шлаки и др.). 19 Наиболее распространенным при изготовлении АС является минеральный порошок, получаемый в результате помола известняка или доломита [2]. Существенное усиление структурообразующей роли минерального порошка в асфальтовом бетоне, а соответственно улучшение структурномеханических свойств этого материала достигается в результате физикохимической активации порошка. Активированный минеральный порошок характеризуется следующими преимуществами и технологическими особенностями: упрощаются все операции, связанные с хранением, транспортированием и применением минерального порошка; Это обусловлено тем, что в результате активации порошок приобретает гидрофобность и не смачивается водой; при использовании активированных минеральных порошков имеется возможность снизить температуру изготовляемых асфальтобетонных смесей, при этом обеспечивается хорошая уплотняемость и удобообрабатываемость смесей; при активации минерального порошка достигается наиболее эффективный путь введения в асфальтобетонную смесь поверхностноактивных веществ. В зависимости от масштаба производства, характера транспортных связей, источников снабжения и других показателей обеспечение АБЗ минеральным порошком производится с предприятий следующих типов: стационарных предприятий производительностью 80-120 тыс.т минерального порошка в год, строящихся для группы АБЗ; как правило, указанные предприятия изготовляют щебень, а из отсева – после второй и третьей стадии дробления - минеральный порошок; стационарных и полустационарных цехов производительностью 20-60 тыс. т. минерального порошка в год, работающих в комплексе с АБЗ и удовлетворяющих потребность только этого завода. При проектировании предприятий (цехов) по приготовлению минерального порошка следует определить требуемую производительность цеха, выбрать оборудование, разработать схему технологического процесса. Технологический процесс производства минерального порошка включает следующие основные операции: дробление, просушивание и размол перерабатываемого каменного материала (рис. 1.11). Размол каменного материала может сочетаться с сепарацией' тонкомолотого продукта. В случае, если исходным сырьем является отсев (0-5 мм), полученный при изготовлении щебня, операцию дробления исключают. 20 При изготовлении минерального порошка производятся и вспомогательные операции: складирование, внутризаводское транспортирование, дозирование, погрузка и разгрузка сырья, полуфабрикатов и готовой продукции. Для изготовления минерального порошка можно использовать материал размером 0-20 мм. Использование материала свыше 20 мм нежелательно, так как при этом снижается эффективность просушивания, содержание же большого процента частиц менее 3 мм увеличивает процесс уноса в пылеочистные сооружения материала при просушивании. Рисунок 1.11. Схема приготовления минерального порошка: 1 – склад известнякового щебня; 2 – ленточный конвейер с вибролотками; 3 – валковая дробилка; 4 – сушильный барабан; 5 – ковшовый конвейер; 6 – перегрузочный бункер; 7 – шаровая мельница; 8 – винтовой конвейер; 9 – бункер перегрузки Для повышения эффективности помола исходный материал обязательно просушивают и нагревают. Известняки и доломиты могут быть эффективно размолоты при влажности не выше 2%. Влажность каменного материала, получаемого в качестве сырья для производства минерального порошка, составляет 5-25%. Снизить влажность путем естественной просушки невозможно, поэтому применяют специальные сушильные агрегаты. Главная операция технологического процесса изготовления минерального порошка – это тонкое измельчение в специальных мельницах (шаровых, барабанных, кольцевых и др.). Наиболее эффективны шаровые мельницы. Шаровая мельница имеет две камеры. Мелющими телами в первой камере служат стальные или чугунные шары размерами 50, 70, 100 мм. Материал, измельченный в первой камере, проходит во вторую через 21 отверстия разделяющей их диафрагмы. Во второй камере происходит дальнейшее измельчение каменного материала. Для повышения эффективности и соответственно экономичности работы мельницы процесс размола ведется параллельно с воздушной сепарацией размолотого материала. Воздушная сепарация дает возможность получать продукт с заданной тонкостью размола. Изготовленный минеральный порошок может быть использован по двум технологическим схемам. В случае, если минеральный порошок идет непосредственно для приготовления АС, он по транспортным линиям поступает в специальную емкость у смесителя, откуда подается в дозировочное устройство смесителя. Второй случай имеет место, когда минеральный порошок не поступает в асфальтобетонный смеситель сразу же после изготовления. При этом следует обеспечить необходимые условия для хранения и последующего транспортирования минерального порошка как по железной дороге, так и автомобильным транспортом. Активированный минеральный порошок получают в результате помола каменных материалов в присутствии активирующей добавки, в качестве которой используют смеси, состоящие из битума и поверхностноактивного вещества, принятых в соотношении 1 : 1. Применяют следующие поверхностно-активные вещества: окисленный петролатум, второй жировой гудрон, госсиполовую смолу (хлопковый гудрон) и др. Известняковый отсев (0-5 мм), или щебеночную смесь (0-20 мм), после просушивания перед поступлением в мельницу перемешивают с заданным количеством активирующей смеси. Предварительное смешивание можно производить, например, в смесительных установках типа Д-138. На рис. 1.12 приведена технологическая схема приготовления активированных порошков. Известняковый отсев транспортером 1 подается в накопительный бункер 2, из которого при помощи транспортера 3 поступает для просушивания в барабан 5 смесителя (Д-138) через бункер 4. В первой секции барабана происходит нагрев отсева до 120-140 0С, во второй - предварительное смешивание отсева с активирующей добавкой. Активирующая добавка подается из емкости, в которой она приготовляется, по трубопроводу в дозировочный бачок 6, установленный на передней площадке смесителя. Отработанный известняковый отсев из смесителя определенными порциями транспортером 7 подается в бункер 8. Из бункера материал, предварительно отдозированный тарельчатым питателем 9, поступает в шаровую мельницу 10, где в процессе размола известнякового отсева происходит обработка частиц минерального порошка активирующей смесью. 22 Активированный порошок из шаровой мельницы при помощи элеватора 11 подается в раздаточный бункер 12, откуда направляется на склад или выгружается в транспортные средства. Рисунок 1.12. Технологическая схема производства активированного минерального порошка Активирующую смесь, состоящую из битума и поверхностноактивного вещества, приготовляют в битумоплавильных котлах. При производстве АС применяют передвижные АУ. В составе передвижных АУ в качестве агрегата минерального порошка используют полуприцепы-цистерны, в том числе и предназначенные для перевозки и хранения цемента. Цистерна устанавливается под углом 7 0 к горизонту и комплектуется компрессорно-вакуумным насосом. По дну цистерны проложено аэрационное устройство, насыщающее порошок сжатым воздухом, благодаря чему он стекает к разгрузочному устройству, расположенному внизу заднего торца цистерны. В центре заднего торца цистерны вварен загрузочный патрубок, по которому аэрированный порошок поступает извне в распределительную трубу, проложенную под сводом резервуара. При загрузке порошка в цистерне создается разрежение, при выгрузке – избыточное давление. Воздух из цистерны проходит двухступенчатую очистку до входа в насос, а воздух, подаваемый в цистерну, нагнетается насосом через влагомаслоотделитель. 1.2. Технология приготовления асфальтобетонных смесей 1.2.1. Общие сведения об асфальтобетонных смесях Асфальтобетонные смеси (АС) применяются, главным образом, для устройства твердого покрытия автомобильных дорог, пешеходных зон, взлетно-посадочных полос и рулежных дорожек аэродромов. АС 23 приготовляют из гомогенизированной смеси битума, нескольких фракций щебня, песка и минерального порошка. Каждый из компонентов играет определенную роль в придании асфальтобетону свойств, делающих его пригодным для устройства твердых покрытий. Битум (натуральный или модифицированный) в качестве органического вяжущего склеивает между собой твердые компоненты смеси и исключает их относительные перемещения. Его получают при перегонке нефтепродуктов химическим синтезом или добывают из естественных залежей асфальта и битуминозных пород. Использование щебня разных размеров и песка сокращает объем пустот в теле асфальтобетона и повышает его механическую прочность. Минеральный порошок снижает текучесть битума и его расход. Порошок получают размолом известняков, доломитов, доменных шлаков, а также битуминозных известняков. Тонкость помола порошков достигает 0,071 мм. В ряде случаев в качестве минеральных порошков применяют порошкообразные отходы промышленности, такие как пыль уноса цементных заводов, золы уноса и т.п. В зависимости от размера каменных частиц различают смеси крупнозернистые, с размером зерен до 40 мм, мелкозернистые - до 20 мм и песчаные - до 5 мм. Наиболее прочными, износостойкими и дорогими являются щебенистые смеси, которые применяются для устройства твердых покрытий автомобильных дорог с высокой интенсивностью движения и взлетно-посадочных полос аэродромов. Твердое покрытие автомобильной дороги для интенсивного движения устраивается из трех слоев: верхний слой, или слой износа, толщиной от 5 до 7 см, средний слой толщиной от 5 до 10 см и основание толщиной от 5 до 30 см. Толщина слоев зависит от типа используемой смеси и нагрузки, под которую проектируется дорога [1]. В зависимости от температуры, при которой изготавливается АС, различают горячие и холодные сорта. Температура свежеприготовленной горячей смеси составляет 120...160 0С, холодной смеси – 80...110 0С. Температура укладки горячей смеси должна быть не ниже 120 0С, холодной - не ниже 50С. Плотность асфальтобетона колеблется от 1600 до 2000 кг/м3. Сейчас все более широкое применение при ямочном ремонте асфальтобетонных покрытий находят жидкие АС (или литой асфальт), приготавливаемые на основе специальных сортов битума. Они не требуют выравнивания и уплотнения после укладки, позволяют точно совместить поверхности старого и уложенного покрытий и быстро застывают, позволяя открыть движение через короткое время. 24 1.2.2. Технологический процесс приготовления асфальтобетонных смесей и оборудование Песок и щебень со склада поступают в бункера агрегата питания. Размер бункера может колебаться в пределах от 1,5 до 50 м 3 и более. Бункера малого объема устраивают на передвижных заводах временного типа, бункера большого объема – на заводах стационарного типа. Агрегат питания входит в состав АУ и выполняет следующие функции: его используют как расходный бункер для песка и щебня; он обеспечивает предварительное непрерывное объемное дозирование в заранее заданных соотношениях песка и щебня для того, чтобы могли равномерно работать сушильный барабан и сортировочно-дозировочные узлы асфальтосмесителя. В состав агрегата питания входят бункера, дозаторы - питатели и ленточный транспортер, расположенный под питателем. Питающие агрегаты классифицируют по конструктивному признаку, количеству секций, расположению и компоновке. По конструктивному признаку они могут быть с дозаторами кареточного, ленточного и вибрационного типов. Агрегат питания может быть составным из отдельных бункеров или смонтированным на одной раме, одно- и двухрядным. На рис. 1.13 показан однорядный агрегат питания, состоящий из пяти расходных бункеров. Бункеры расположены на металлической раме, устанавливаемой на фундаментные опоры или пневмоколесное ходовое оборудование. Под каждым бункером размещены дозаторы, которые непрерывным равномерным потоком подают минеральный материал на ленту транспортера. Чтобы не допустить сводообразования в бункерах, на стенке каждого бункера установлен сводообрушитель. Над бункерами расположены наклонные решетки, препятствующие попаданию негабаритных материалов в бункера. В последнее время стали устраивать большое количество бункеров или бункера большего объема. Это объясняется стремлением увеличить запас материала, а также уменьшить диапазон требуемой производительности подбункерных питателей за счет загрузки нескольких бункеров одной фракцией, составляющей в смеси высокий процент. Материал в бункера загружают с таким расчетом, чтобы песок располагался в крайнем бункере, который первым выдает материал на транспортерную ленту. В этом случае коврик из песка предохраняет ленту от истирающего воздействия более крупных частиц каменного материала. 25 Для предварительного дозирования холодных каменных материалов используются дозаторы циклического действия (кареточные) и непрерывного действия (дисковые, вибрационные и ленточные). Рисунок 1.13. Общий вид агрегата питания Ленточные питатели представляют собой короткие ленточные конвейеры, установленные под выходным отверстием бункера. Дозируемый материал, толщина слоя которого на ленте регулируется шиберной заслонкой, транспортируется от выпускного отверстия к разгрузочному барабану питателя, освобождая место для новых поступлений. Производительность ленточного питателя регулируется толщиной слоя материала на ленте и скоростью ленты. Из-за низкой износостойкости резинотканевых конвейерных лент ленточные питатели используются, главным образом, для дозирования песка и мелких фракций щебня. Собирающий ленточный конвейер проходит подо всеми бункерами агрегата питания и подает каменные материалы от питателей к наклонному ленточному конвейеру, транспортирующему их в сушильный агрегат для полного удаления поверхности и гигроскопической влаги из каменных материалов и нагрева их до температуры приготовления смеси. Он состоит из сушильного барабана, топочного устройства и газоотводящей системы (рис. 1.14). Сушильный барабан представляет собой стальной цилиндр, опирающийся бандажами на опорные ролики и установленный под углом 3...50 к горизонту. От осевого смещения его удерживают опорные ролики, упирающиеся в торцевые поверхности бандажей, которые крепятся к цилиндрической стенке барабана на листовых рессopax, компенсирующих деформации нагревающейся стенки. Барабан вращается либо фрикционной 26 передачей, ведущий шкив которой прижимается к одному из бандажей, либо зубчатой передай, шестерня которой передает момент на зубчатое колесо, охватывающее барабан, непосредственно или через цепь. Верхний конец барабана закрыт загрузочной коробкой, через которую в барабан загружаются каменные материалы и отводятся дымовыe газы и пыль (рис. 1.15). Нижний конец барабана закрыт разгрузочной коробкой, в которую выгружается нагретый каменный материал и через торец которой в барабан поступают из топки раскаленные продукты сгорания (рис. 1.16). Рисунок 1.14. Сушильный агрегат: 1 – редуктор; 2 – загрузочный короб с дымовой коробкой; 3 – зубчатый венец; 4,8 – опорные бандажи; 5 – температурные компенсаторы; 6 – сушильный барабан; 7 – газоотводящая система; 9 – камера горящего воздуха; 10 – разгрузочный короб; 11– топка; 12 – зажигательный конус; 13 – подогреватель; 14 – форсунка; 15 – пульт управления; 16 – площадка для персонала; 17 – воздуховод; 18 – вентилятор; 19 – электродвигатель вентилятора; 20 – рама; 21 – упорно – опорные ролики; 22 – ведущая шестерня; 23 – электродвигатель барабана Между вращающимися стенками барабана и загрузочной и разгрузочной коробками устроены лабиринтные уплотнения, не позволяющие газам из барабана прорываться в атмосферу. Сушка и нагрев материала происходят при его непосредственном контакте с горячими газами за счет теплового излучения факела форсунки и в результате передачи тепла от более нагретых лопастей и стенки барабана. 27 Рисунок 1.15. Загрузочные устройства сушильных барабанов: а) – ссыпной лоток; б) – ленточный конвейер; в) – виброжелоб; 1 – сушильный барабан; 2 – дымовая коробка Рисунок 1.16. Разгрузочные устройства сушильных барабанов: а) – ссыпной лоток; б) – ротационный элеватор; 1 – горячий элеватор; 2 – разгрузочный короб; 3 – барабан; 4 – ссыпной лоток; 5 – приемная воронка; 6– роторный элеватор; 7 – обечайка сушильного барабана; 8 – топка К внутренней поверхности барабана прикреплены три типа лопастей, перемешивающих материал и обеспечивающих его движение к разгрузочной коробке. У загрузочного конца установлены приемнооткидные лопасти, откидывающие каменный материал от загрузочного люка, в средней части барабана установлены подъемные лопасти, перемешивающие материал, чтобы обеспечить продолжительный контакт каждой частицы с раскаленными газами, в конце барабана установлены разгрузочные лопасти, эвакуирующие материал через разгрузочную коробку. Барабан внутри разделен на три зоны. В первой зоне длиной 0,5 – 0,8 диаметра барабана расположены винтовые отбрасывающие лопасти, приваренные к обечайке барабана, обеспечивающие перемещение материала от загрузочного торца и предотвращающие его пересыпание обратно в загрузочную коробку. Угол подъема отбрасывающих лопастей составляет 45 – 600 к продольной оси барабана. Вторая зона имеет подъемно - сбрасывающие лопасти, параллельные оси барабана. 28 Перемещение материала вдоль оси обеспечивается наклоном барабана к горизонту под углом 3 – 60. Производительность изменяют, меняя угол наклона. Подъемно - сбрасывающие лопасти бывают корытообразными мелкими (рис. 1.17, а); закрытыми глубокими (рис. 1.17, б); криволинейными мелкими (рис. 1.17, в); серповидными (рис. 1.17, г); закрытыми мелкими (рис. 1.17, д); закрытыми глухими (рис. 1.17, е); плоскими радиальными (рис. 1.17, ж); плоскими отклоненными вперед (рис. 1.17, з) или назад по ходу движения (рис. 1.17, и) и др. Закрытые глубокие лопасти имеют размеры: l = 0,2D; l1 = 0,085D; d=0,6D; α = 25 – 300. Лопасти устанавливают в несколько рядов по длине барабана. В соседних рядах их смещают на полшага. Длина лопастей в осевом направлении l = 0,6 – 0,8 м. Лопасти холодной части барабана приварены, а в горячей части прикреплены болтами во избежание деформации вследствие неравномерного нагрева лопастей и обечайки. В третьей зоне длиной 0,4 – 0,6 диаметра барабана осуществляется разгрузка, и там устанавливают плоские лопасти под углом 20 – 300 к оси барабана, что ускоряет продвижение материалов и предохраняет их от пережога радиационным излучением. Здесь расположены также серповидные лопасти, которые проносят материал над факелом и ссыпают его по периферии. Серповидная форма лопастей целесообразна при малых размерах топки и камеры сгорания топлива в барабане [4]. Вращение сушильного барабана осуществляется шестеренчатым, цепным или фрикционным приводом. Топочное устройство сушильного агрегата предназначено для получения внутри сушильного барабана высокой температуры, необходимой для сушки и нагрева каменных материалов. В качестве топлива может применяться мазут, который необходимо предварительно нагреть до 95 0С, или природный газ. Жидкое топливо совместно с атмосферным воздухом, нагнетаемым дутьевым насосом, подается в форсунку, где, распыляясь, образует топливовоздушную смесь, попадающую в зажигательный конус. Здесь смесь при розжиге топки поджигается, после чего процесс горения стабилизируется. Процесс горения контролируется фотодиодом, и при исчезновении пламени подача топлива автоматически прекращается. 29 Рисунок 1.17. Схема расположения лопастей сушильного материала: 1 – торец барабана с загрузочным отверстием; 2 – отверстие для выхода отработавших газов; 3 – отбрасывающие лопасти; 4 – подъемносбрасывающие лопасти; 5 – обечайка барабана; 6 – разгрузочные лопасти; 7 – отверстие для выхода высушенного материала В зажигательном конусе формируется факел горящих газов, догорающий в топке, и в барабан попадает струя раскаленных продуктов сгорания. Чем большая часть тепла этой струи перейдет к каменным материалам, тем более эффективным и экономичным будет процесс их сушки и нагрева. Для уменьшения теплопотерь и предохранения металлических корпусных деталей от прогорания внутренние поверхности зажигательного конуса и топки футерованы листовым асбестом и поверх – огнеупорным кирпичом. Объем сушильного барабана (м3) определяют на основании заданной производительности [4] V Wвл ωП , A А где Wвл – количество удаленной влаги, кг/ч; А – количество влаги, удаляемой из 1 м3 барабана за 1 ч, кг/(м3ч); ω – влажность материала, подлежащего сушке; 30 П – производительность барабана, кг/ч. Для барабанов с хорошо оборудованной тягой значения А могут быть приняты в пределах 125-175-250 кг/(м3ч). Борьба с пылью, образующейся при подготовке каменных материалов – одна из основных экологических проблем, сопровождающих работу АУ. Перемешивание нагретых каменных материалов в сушильном барабане сопровождается интенсивным образованием пыли, которая выносится из барабана потоком дымовых газов. Сортировка и дозирование щебня и песка также сопровождаются пылением. Для предотвращения попадания пыли в атмосферу сортировочные и дозирующие установки закрываются кожухами, под которыми создается разрежение в 0,1 ... 0,15 бар. Из сушильного барабана дымовые газы и пыль отсасываются через загрузочный короб. Потоки газопылевой смеси направляются в пылеулавливающие устройства сухой очистки – циклоны (рис. 1.18) и мокрой очистки – циклоны-промыватели (рис. 1.19) и барботажно-вихревые установки (рис. 1.20). Циклон представляет собой вертикальный полый цилиндр с коническим сужением внизу. По оси цилиндра проходит труба меньшего диаметра с открытыми торцами, не доходящая до нижнего края циклона и проходящая насквозь его верхнюю глухую крышку. Пылегазовая смесь входит в циклон по касательной у его верхнего края со скоростью до 20м/с и движется по спирали вниз. Пылевые частицы прижимаются центробежными силами к стенкам циклона, тормозятся о них и, отрываясь от потока газа, падают в пылесборник. Газ доходит до нижнего края центральной трубы и по ней отсасывается в атмосферу. Циклон осаждает до 98% частиц пыли размером 10 мкм и более. Эффективность циклона возрастает с уменьшением его диаметра, но это сопровождается падением его производительности из-за роста внутренних сопротивлений. Проблему решают, объединяя несколько небольших циклонов в батареи, обеспечивающие высокую степень очистки при высокой и регулируемой (отключением и подключением части циклонов) производительности. 31 Рисунок 1.18. Схема циклона сухой очистки: 1 – корпус; 2 – центральная труба; 3 – газовыводящая улитка; 4 – входной патрубок; 5 – приемный бункер; 6 – пылеотводящее устройство Сухая очистка отходящих газов может производиться в рукавных фильтрах (рис. 1.21, 1.22). Пыль задерживается специальной тканью рукавов, в которые подаются очищаемые газы. Воздух проходит через ткань наружу, а пыль остается в рукавах, которые регулярно встряхиваются специальным механизмом, и пыль, собравшаяся на их внутренней поверхности, осыпается вниз, откуда выносится шнековыми конвейерами. 32 Рисунок 1.19. Схема циклона-промывателя: 1 – корпус-осадитель; 2 – стойка; 3, 4, 5 – водяные трубы; 6 – дымовая труба; 7 – опора; 8 – водонапорный бак; 9 – корпус водораспределителя; 10, 13 – соответственно входной и сливной патрубки; 11 – водораспылитель; 12 – гидравлический затвор Частицы пыли размером менее 10 мкм осаждают мокрыми методами очистки. В циклонах-промывателях пыль сначала намокает при распылении воды в потоке газопылевой смеси, а затем осаждается центробежными силами на смоченные стенки корпуса циклона, откуда смывается в сборник. В барботажно-вихревых установках газопылевой поток проходит из входной камеры в выходную по расположенным под водой каналам. В них пыль намокает и оседает на дно ванны с водой, откуда убирается скребковым конвейером. При этом часть газов растворяется в воде, образуя серную кислоту, провоцирующую ускоренную коррозию металлических деталей. Во избежание этого внутренние детали установки покрываются кислотоустойчивой эмалью, а сам раствор раскисляют гашеной известью. Барботажно-вихревые установки осаждают до 90% частиц размером от 1 до 10 мкм и 99,5% частиц размером более 10 мкм. Проблема, возникающая при применении методов мокрой очистки, состоит в необходимости захоронения или утилизации шлама, представляющего экологически опасную субстанцию. 33 7 8 9 Рисунок 1.20. Схема барботажно-вихревой установки: 1 - скребковый конвейер; 2 – редуктор; 3 - электродвигатель; 4 -10клиноременная передача; 5 - труба; 6 - входной патрубок; 7, 11 - соответственно верхний и нижний корпуса; 8, 10 - соответственно верхняя и нижняя направляющие; 9 - лабиринтный канал;12 - дренажный кран; 13 - водомерное окно; 14 - подпиточный вентиль 11 Рисунок 1.21. Рукавные фильтры:1- ступень предварительной очистки; 2 ступень окончательной очистки; 3 – батарея тканевых рукавов; 4 - шнек очистки фильтра 34 Рисунок 1.22. Установка рукавного фильтра АУ ДС – 185 и ДС – 168: 1 – блок фильтра; 2 – блок бункера; 3 – система газоходов, соединяющих рукавный фильтр с сушильным барабаном, дымососом и дымовой трубой; 4– шнеки для транспортировки пыли к элеватору; 5 – дымовая труба; 6 – предварительная ступень очистки; 7 – установка дымососа Расчет системы пылеулавливающих устройств предусматривает определение количества очищаемых газов, выбор схемы и подбор числа очистительных аппаратов. Объем дымовых газов и воздуха (м 3/ч), который необходимо очищать от пыли, рассчитывается по формуле [4]: Vоч Vдгk1 3600 Sн υн , где Vдг – объем дымовых газов, удаляемых из сушильного барабана, м 3/ч; k1 – коэффициент подсоса воздуха через разгрузочную и дымовую коробки, k1=1,2 – 1,3; Sн - суммарная площадь смотровых окон, неплотностей и щелей, м 2; υн – скорость воздуха, проходящего через неплотности и смотровые окна, м/с, υн k p 2ppk ρв (kр – коэффициент расхода воздуха, kр = 0,6 – 0,8; ррk – разряжение под кожухами, необходимое для предотвращения выбивания воздуха через неплотности, ррk = 2-5 Па; 35 ρв – плотность воздуха, кг/м3, ρв=1,29 кг/м3. Многоковшовый элеватор горячих материалов транспортирует горячий щебень и песок от сушильного барабана к сортировочному агрегату. Элеватор установлен под углом 70...900 к горизонту и закрыт сплошным теплоизолированным кожухом, из-под которого воздух отсасывается в пылеулавливающие устройства. Его металлические ковши крепятся к пластинчатой втулочно-роликовой цепи, обегающей нижнюю натяжную и верхнюю ведущую звездочки. Цепь работает при высокой температуре в абразивной среде, поэтому требования к ее износоустойчивости весьма высоки. Сортировочные устройства разделяют просушенные и нагретые каменные материалы на отдельные фракции. Благодаря предварительному дозированию объем каждой из фракций примерно соответствует рецептуре смеси, поэтому окончательная сортировка практически не создает проблемы хранения или возврата излишнего количества материала той или иной фракции. Сортировочный агрегат состоит из многосекционного грохота и бункера-накопителя с отсеками по числу фракций каменных материалов. Как правило, в АУ используются плоские вибрационные или гирационные грохоты с тремя ситами, установленными по комбинированной схеме. Бункер-накопитель под такой грохот разделен на 4 секции: для песка, двух фракций щебня и негабаритных кусков. Битум, щебень, песок и минеральный порошок, пройдя все стадии предварительной обработки и готовые для перемешивания, подаются в смесительный агрегат. Смесительный агрегат состоит из объемных (рис. 1.23) или весовых (рис. 1.24) дозаторов и смесителя (рис. 1.25). Объемные дозаторы проще и надежней весовых. Они обеспечивают точность дозирования не менее 5 % по массе для каменных материалов и порошка и 1,5 % по массе для битума. Весовые механизмы дозатора гораздо сложнее и обеспечивают точность дозирования до 3 % по массе для каменных материалов и порошка и 1,5 % по массе для битума. Смесители непрерывного действия комплектуются дозаторами непрерывного действия, а смесители периодического действия комплектуются порционными дозаторами. В смесителях перемешивание осуществляется при помощи двух вращающихся валов, на которые крепятся лопасти. Эффект смешивания в значительной степени зависит от конструкции лопастей и их установки на валу: угла наклона лопаток к плоскости вращения, центрального угла, образуемого соседними лопастями в описываемой окружности, и шага между лопастями при их размещении на валу. Материал в смесителе может циркулировать по периметру корпуса (поточно-контурная схема (рис. 1.26)) и от торцов корпуса к середине 36 (противоточная схема (рис. 1.25)). Интенсивность и качество смешивания компонентов повышаются при увеличении скорости вращения валов с одновременной подачей битума под давлением. На рис. 1.27, 1.28 показаны циклограммы приготовления мелкозернистой и крупнозернистой асфальтобетонных смесей. Рисунок 1.23. Схема объемного дозатора битума:1, 2 – сливной и наполнительные краны; 3 – отражатель; 4 – поплавок; 5 – теплообменная рубашка;6 – мерный бачок; 7,8 – наполнительный и сливной патрубки;9 – канатик; 10 – кронштейн;11 – винт-фиксатор конечного выключателя; 12 – контргрузы;13 – шкала; 14 – подвижная стрелка, закрепленная на контргрузе;15 – конечный выключатель 37 Рисунок 1.24. Схема весового дозатора: 1 – весовой бункер; 2 – верхняя планка; 3 – грузоприемные рычаги; 4 – коромысло;5 – тяга; 6 – тарная рейка;7 – весовая головка; 8 – челюстной затвор Рисунок 1.25. Лопастной смеситель периодического действия: 1 – рама; 2,5 – корпуса подшипников; 3, 10 – боковая и торцевая стенки;4 – крышка; 6 – пневмоцилиндр управления затвором; 7 – конечный выключатель; 8 – корпус; 9, 12 – лопастной вал; 11 – футеровка; 13 – теплообменные рубашки;14 – затвор 38 Рисунок 1.26. Поточная схема расположения лопастей: 1 – корпус; 2,3 – смесительные валы; 4 – лопасть; 5 – соединительная муфта. Рисунок 1.27. Циклограмма приготовления мелкозернистой асфальтобетонной смеси Рисунок 1.28. Циклограмма приготовления крупнозернистой асфальтобетонной смеси 39 Расчет лопастных смесителей для приготовления АС включает в себя расчет массы замеса, определение размеров, кинематических параметров и мощности привода смесителя. Основными параметрами лопастного смесителя являются масса замеса, размеры смесителя (рис. 1.29) и длительность смешивания. Ориентировочно массу замеса (кг) определяют исходя из заданной производительности [4]: m з Пt ц 3600k в , где tц – длительность цикла, с; kв – коэффициент использования смесителя по времени, kв = 0,85. Длительность цикла работы смесителя: tц = tз + tсм + tр, где tз – время загрузки смесителя, tз = 5 с; tсм – длительность смешивания, с; tр- время разгрузки, зависящее от конструкции затвора смесителя, tр = 5 с. Первоначально длительность смешивания задается. При поточно – контурном смешивании tсм 30 с. Фактическая длительность смешивания (с) t ф.см 60 lg0,03 lg 1 i A , nд lg 1 k об где nд – действительная частота вращения лопастных валов, мин -1; iА – относительная концентрация компонента в зоне действия одного из лопастных валов для неблагоприятного случая, iА = 0; kоб – коэффициент, характеризующий поперечный обмен, kоб = 0,04 – 0,05. n д (15,3 16,5) g R , где R – радиус корпуса смесителя (м). R 3 m з 10ψ β1ρ см , где ψ – коэффициент, характеризующий форму корпуса смесителя, 40 ψ = lк/bк, ψ = 0,7-1,4, (lк, bк – длина и ширина корпуса смесителя); β1 – коэффициент заполнения корпуса смесителя материалом, β 1=1; ρсм – плотность смеси, ρсм = 1600 – 1700 кг/м3. Массу замеса исходя определяют по формуле: из геометрических размеров смесителя mз = V β1 ρсм = S lк β1 ρсм 10 R3 φ β1 ρсм, где S – площадь поперечного сечения рабочей части корпуса смесителя (ниже уровня осей валов), S = (2,854 – 2,933) R2; φ – угол между горизонтальной линией и линией, соединяющей ось вала со средней линией кромки днища. На практике φ = 40 – 500. При этом межцентровое расстояние валов (м) определяется по формуле [4]: аw = (1,41 – 1,53) R. Рисунок 1.29. Схема для определения параметров смесителя Мощность, необходимую для привода лопастных валов смесительного агрегата (кВт), в зависимости от массы замеса определяют [4]: при mз < 1400 кг N = 0,036 mз; при mз > 1400 кг N = 30 + 0,018 mз. 41 2. Проектирование складов АБЗ 2.1. Склады каменных материалов. Типы складов. В настоящее время разработан ряд проектов складов каменных материалов различных типов вместимостью от 9 до 100 тыс.м3, предназначенных для АБЗ дорожного строительства. На прирельсовых АБЗ получили распространение склады каменных материалов с приемными устройствами в виде подрельсовых бункеров с радиально-штабелирующими конвейерами (РШК), с использованием самоходного погрузчика ТР-2А, повышенного пути на железобетонной эстакаде. На складах каменных материалов осуществляются два основных технологических процесса: подача каменных материалов на склад, их выдача со склада в расходные бункеры смесительных установок или транспортные средства. Для подачи каменных материалов со склада наиболее целесообразно использовать пневмоколесные одноковшовые фронтальные погрузчики. Склады с подрельсовыми бункерами и РШК имеют следующие преимущества: дают возможность оборудовать приемные устройства приспособлениями для рыхления каменных материалов, виброзачистки и закрывания люков полувагонов; наиболее удобные и безопасные в работе; позволяют механизировать и частично автоматизировать технологические процессы погрузки, складской переработки каменных материалов; обеспечивают четкое складирование материалов по видам и размерам с максимальным сохранением их качества, поскольку работы по перемещению щебня бульдозером сведены до минимума; размещаются на сравнительно небольших площадках благодаря высоким (до 20 м) и компактным штабелям; могут быть перебазированы в значительно короткие сроки при значительных сокращениях бросовых работ и уменьшении трудовых затрат. Выбор типа склада 42 Критериями оценки складов каменных материалов являются: расчетная вместимость, коэффициент использования, производительность по разгрузке вагонов, эксплуатационные расходы по объему, степень инвентарности. Методика проектирования Исходными данными для проектирования является расход каменных материалов на год. Зная вид выпускаемой асфальтобетонной или цементобетонной смеси, можно определить расход фракций щебня и песка. Расход каменных материалов принимается в соответствии с приложением 4. Зная вместимость склада, можно выбрать его тип в зависимости от климатических условий района и определить необходимую площадь застройки под склад, решить вопросы выбора необходимого технологического оборудования для складских операций. Расчетная вместимость склада каменных материалов определяется по формуле: Q λ n k1 k 2 V kИ , (2.1) z где Q – годовая производительность завода, т или м3; λ – расход каменного материала на единицу готовой продукции, в долях единицы; n – запас на складе, смены; z – число рабочих смен в году, смены; k1 – коэффициент рыхления (k1=1,2); k2 – коэффициент, учитывающий потери при транспортировке (k2=1,02); kИ – коэффициент использования технологического оборудования (kИ=0,8). Также определяются размеры складских площадей. Полезная площадь склада, предназначенная для хранения материалов, определяется по формуле: FП V ky kП h 43 , (2.2) где V – расчетная вместимость склада, м3; ky – коэффициент устойчивости штабеля (ky=1,2…1,4); kП – коэффициент, учитывающий потери материала при хранении, погрузке и разгрузке (kП=1,01…1,03); h – высота штабеля, зависящая от средств механизации, используемых при формировании штабеля. Общая площадь склада, учитывающая проезды, проходы, площадки для погрузо-разгрузочных работ, определяется по формуле: Fобщ FП k ув , (2.3) где FП – полезная площадь склада; kув – коэффициент, учитывающий увеличение площади (kув=1,2…1,3 для открытых складов). В соответствии с расчетной вместимостью выбираются тип склада и его основные показатели. 2.2 Склады цемента и минерального порошка Типы цемента и минерального порошка По месту расположения склады подразделяются на прирельсовые (рис. 2.1) и притрассовые (рис. 2.2). По конструкции – на амбарные, бункерные, силосные. Коэффициент использования площадей складов амбарного и бункерного типа составляет 0,6 – 0,7, а по объему – в пределах 0,4 – 0,6. Силосные склады цемента имеют высокий коэффициент использования площадей складов – в пределах 0,9 – 1,0, а геометрической емкости – до 0,9. Амбарные и бункерные склады в настоящее время на отвечают требованиям, предъявляемым к складам цемента дорожного строительства. для них характерны значительные объемы строительно-монтажных работ, большая трудоемкость строительства, почти полное отсутствие мобильности и инвентарности. В последнее время проектным институтом Союздорпроект по техническим требованиям СоюздорНИИ разработан ряд инвентарных силосных складов цемента вместимостью 2000-6000 тонн. 44 Выбор типа склада Критериями выбора складов цемента (минерального порошка) является расчетная вместимость, коэффициент использования, капитальные вложения, приведенные затраты на переработку 1 т материала при его внутризаводском транспортировании. Методика проектирования Запасы материалов на складе принимаются в соответствии с рекомендациями приложения 4. Для расчета вместимости склада и бункеров допускается принимать укрепленные расходы цемента. Расчетная вместимость склада цемента (минерального порошка) определяется по формуле: Q λ n k1 V kИ , (2.4) z где Q – годовая производительность завода, т или м3; λ – расход материала на единицу готовой продукции, в долях единицы; n – нормативный запас материала на складе, смены; z – число рабочих смен в году, смены; k1 – коэффициент, учитывающий потери при транспортировке (k1=1,02); kИ – коэффициент (kИ=0,943). использования технологического оборудования В соответствии с расчетной вместимостью склада по данным выбираются его тип и количество силосных емкостей в нем, а также геометрические размеры конструктивных элементов склада. 45 Рисунок 2.1. Прирельсовый АБЗ: 1 – склад каменных материалов; 2 – отделение подачи каменных материалов; 3 – асфальтосмесительная установка; 4 – накопительный бункер готовой смеси; 5 – компрессорная установка; 6 – склад минерального порошка; 7 – склад мазута; 8 – биткмохронилище; 9 – склад ГСМ; 10 – склад резиновой крошки; 11 – ремонтные мастерские; 12 – подрельсовый бункер; 13 – стоянка для автотранспорта; 14 – административный корпус и лаборатория; 15 – весовая и пункт контроля; 16 – туалет; 17 – трансформаторная подстанция 46 Рисунок 2.2. Притрассовый АБЗ: 1 – склад каменных материалов; 2 – отделение подачи каменных материалов; 3 – ленточный транспортер; 4 – компрессорная установка; 5 – склад минерального порошка; 6 – пылеуловитель; 7 – битумопловильная батарея; 8 – битумохронилище; 9 – накопительный бункер готовой смеси; 10 – асфальтосмесительная установка; 11 – склад ГСМ; 12 – котельная; 13 – ремонтно-механическая мастерская; 14 – площадка для открытых ремонтных работ; 15 – туалет; 16 – контора; 17 – бытовые помещения; 18 – лаборатория; 19 – весовая с автомобильными весами; 20 – навес для тарного хранения материалов; 21 – трансформаторная подстанция3. Расчет технологической нормы расхода топлива (теплоэнергии) на работу сушильных барабанов при производстве асфальтобетона 3.1. Технологическая норма расхода условного топлива на работу сушильных барабанов определяется исходя из теплотехнических расчѐтов и теплового баланса по формуле: Н = QнωнKn, кг∙у∙т/т, (3.1) где Qн – расход тепла на сушку нерудных материалов в сушильном барабане, тыс. ккал/т нерудных; ωн – процентное содержание нерудных материалов в асфальтобетонной смеси; Кn – коэффициент перевода тепловой энергии в условное топливо. 3.2 Расход тепла на сушку (Qн) нерудных материалов в сушильном барабане определяется по формуле: Qн = q1 q 2 q 3 , тыс. кДж/т нерудных, η (3.2) где q1 – расход тепла на нагрев 1 т нерудных материалов (гравия, щебня, песка), тыс. кДж/т нер; q2 – расход тепла на нагрев водяных паров, содержащихся в 1т нерудных материалов тыс. кДж/т нер; q3 – потери тепла через стенки сушильного агрегата тыс. кДж/т нер; η – КПД сушильного барабана. 47 Расход тепла (q1) на нагрев 1т нерудных материалов определяется по формуле: q1 = Сн (tк – tн), тыс. кДж/т нерудных, (3.3) где Сн – средняя теплоемкость нерудных материалов; tк – конечная температура сушки, оС, принимается средней за сезон работы АБЗ; tн – начальная температура сушки, оС, принимается средней за сезон работы АБЗ. Расход тепла (q2) на нагрев и испарение водяных паров, содержащихся в 1т нерудных материалов, определяется по формуле: q2 W (2491,1 1,97 t у.г. ) , тыс. кДж/т нерудных, 100 (3.4) где W – содержание влаги в нерудных материалах, %; 2491,1 – скрытая теплота парообразования, кДж/кг; 1,97 – теплоемкость пара, кДж/ кг оС; tу.г. – температура уходящих газов, оС, по данным испытаний агрегата. Потери тепла (q3) через стенки сушильного барабана в окружающую среду определяются по формуле: q3 ΣFK(t k t н ) , тыс∙ккал/т нер., G 1000 (3.5) где ΣF – суммарная поверхность барабанной сушилки, м 2, из технической характеристики; К – коэффициент теплопередачи, Вт/м2∙оС, ориентировочно принимается равным 7 Вт/м2∙оС G – производительность сушильного барабана, т/ч, из технической характеристики. Пример расчѐта технологической нормы расхода топлива на работу сушильного барабана представлен в таблице 3.1. 48 Таблица 3.1 Исходные данные Наименование величины 1 Теплоемкость нерудных материалов Температура сушки нерудных материалов Сезонная температура воздуха, подаваемого в топку Содержание влаги в нерудных материалах Суммарная площадь поверхности сушильных агрегатов Коэффициент теплопередачи сушильного барабана Суммарная производительность сушильных барабанов КПД сушильного барабана Процентное содержание нерудных материалов в асфальтобетонной смеси Температура уходящих газов Условные обозначения 2 Единицы измерения 3 Числовые значения 4 Сн Дж/кг∙оС 0,795 tк С о 200 С 8,4 W % 3,5 ΣF м2 43,143 К Вт/м2∙оС 7 G т/ч 37,2 η % 81,8 ω % 93 tн tу.г. 49 о о С 120 РАСЧЕТ Определяем расход тепла на нагрев 1т нерудных материалов в сушильном барабане: q1 = 0,8∙(200-8,4)=153,3 тыс. кДж/т нер. Определяем расход тепла на нагрев и испарение водяных паров, содержащихся в 1 т нерудных материалов: q2 3,5 (2491,1 1,97 120) 95,46 100 , тыс. кДж/т нерудных. Определяем расход тепла через стенки барабанных сушилок в окружающую среду на 1 т нерудных материалов: q3 43,143 7 (200 8,4) 1,56 37,2 1000 , тыс. кДж/т нер. Определяем общий расход тепла на сушильных барабанах: Qн 1т нерудных материалов в 153,3 95,46 1,56 306 0,818 , тыс. кДж/т нерудных. Определяем технологическую асфальтобетонной смеси норму Н = 306∙0,93∙0,173=49,23 кг∙у∙т/т. 50 расхода топлива на 1т 4. Общие сведения по приготовлению органических вяжущих материалов Проектирование цехов (баз) вяжущих материалов включает [7]: по приготовлению органических выбор схемы технологического процесса; установление потребности в исходных материалах и готовой продукции; определение размеров битумохранилища (БХ) и производительности битумоплавильной установки; тепловой расчет БХ; определение диаметра трубопроводов и др. На базах или в цехах асфальтобетонных заводов (АБЗ) приготовляют битум. Технология приготовления битума заключается в его обезвоживании и нагреве до требуемой температуры. Для приготовления асфальтобетонных и битумоминеральных смесей используют битумы нефтяные дорожные вязкие (ГОСТ 22245 – 90) и битумы нефтяные дорожные жидкие (ГОСТ 11955 – 82). Вязкие дорожные битумы подразделяют на марки: БНД-200/300; БНД-130/200; БНД-90/I30; БНД-60/90; БНД-40/60. Жидкие дорожные битумы делят на классы в зависимости от формирования структуры: битумы, густеющие со средней скоростью (СГ), медленно густеющие битумы (МГ) и медленно густеющие окисленные или остаточные (МГО). Каждый класс жидких битумов подразделяют на следующие марки: для класса СГ - СГ-15/25; СГ-25/40; СГ-40/70; CГ-70/I30; CГ-130/200; для класса МГ - MГ-25/40; МГ-40/70; MГ-70/130; MГ-130/200. Технологический процесс подготовки битума, применяемый на АБЗ и битумных базах осуществляют, как правило, по трехступенчатой схеме температурного воздействия: 1) подогрев битума в хранилищах до температуры 40-50°С, обеспечивающей поступление его самотеком из хранилища в приямок; 2) подогрев битума в приямке до температуры 80-90°С, при которой его можно перекачивать насосами в битумоплавильные агрегаты; 3) обезвоживание и нагрев битума в битумоплавильных агрегатах до рабочей температуры 140-160°С. Циклический трехступенчатый метод тепловой обработки битумов с 51 применением, в частности, битумоплавильных котловых агрегатов характеризуется большой продолжительностью теплового воздействия на битум, что приводит к ухудшению показателей принятого к переработке исходного битума. При этом происходит процесс полимеризации битума, часть масел переходит в смолы, наблюдается испарение легких фракций углеводородов, чем нарушается групповой состав исходного битума. Наличие указанного недостатка привело к разработке более совершенной технологии приготовления битума (двухступенчатый метод), обеспечивающей максимальное сохранение его первоначальных свойств. Процесс подготовки при двухступенчатой схеме температурного воздействия на битум осуществляют следующим образом: 1) подогрев битума в БХ для обеспечения его поступления в приямок до температуры 60 0С; 2) подогрев приямка БХ для перекачки битума по трубопроводам до температуры 90 0С. Оборудование для хранения и переработки битума на АБЗ и специальных базах состоит из БХ, битумоплавильных агрегатов, насосов, битумопроводов для транспортирования битумов от БХ до битумоплавильных агрегатов и от последних до дозаторов смесительных установок. 5. Транспортирование и хранение битумов Нефтяные битумы являются многотоннажным продуктом нефтеперерабатывающей промышленности. Полное обеспечение потребности использования битумов в настоящее время значительно сдерживается из-за ряда недостатков системы транспортирования и хранения битумов. Производство битумов в нашей стране сосредоточено в нескольких крупных районах нефтепереработки и часто удалено от основных районов потребления. Потребление битумов отличается ярко выраженной сезонностью. В летние месяцы производится в два раза больше битума, чем в зимние. Это приводит к необходимости периодического накопления и хранения битумов. Таким образом, транспортирование и хранение битумов определяют эффективность работы дорожного строительства. 5.1. Общие положения предварительной подготовки битума 52 Качество асфальтобетона в значительной мере зависит от свойств битума. Как правило, на нефтеперерабатывающем заводе, где производят основное количество битума для дорожной отрасли, вопросам качества уделяется большое внимание и отгружаемый битум соответствует требованиям действующих стандартов. Снижение характеристик битума происходит в основном при его транспортировке и хранении за счет попадания в битум воды и многократного интенсивного разогрева [8]. Для приема, хранения и подготовки битумов к использованию создают битумные базы. Различают базы централизованного снабжения битумами крупных узлов строящихся дорог и приобъектные, обслуживающие одну автомобильную дорогу или ее отдельные участки. По способу доставки битумов различают базы: прирельсовые с доставкой на базу битумов железнодорожным транспортом; береговые (прибрежные, расположенные вблизи судоходных рек); притрассовые с доставкой на базу битумов автомобильным транспортом. Как правило, дорожные хозяйства организуют прирельсовые или притрассовые базы. Дорожные битумы практически полностью отгружают в горячем жидком виде, причем примерно 2/3 – по железной дороге, 1/3 – в автобитумовозах. Традиционно доставка битума на АБЗ на небольшие расстояния осуществляется автобитумовозами или железнодорожным транспортом – цистернами или на далекие расстояния в бункерах битуминозных вагонов с последующей разгрузкой и хранением в типовых прирельсовых БХ [8]. При перевозке и хранении битумов они должны быть защищены от атмосферных воздействий и возможного загрязнения. 5.2. Транспортирование битума в бункерных полувагонах Существующие способы транспортирования битума несовершенны, требуют больших затрат ручного труда и часто предопределяют низкие технико-экономические показатели битумного производства [9]. Вязкий дорожный битум преимущественно отгружают с установки в горячем жидком состоянии. На заводе битум из резервуаров, находящихся на постаменте, самотеком сливается в ковши бункерных полувагонов. После непродолжительного отстоя, необходимого для образования застывшей пленки в верхней части ковшей, препятствующей выплескиванию битума во время перевозки, бункера отправляются потребителю. Вязкий битум перевозят по железной дороге в четырехосных бункерных полувагонах (рис.5.1). Бункерный полувагон состоит из четырехосной 53 железнодорожной платформы, на которой установлены четыре бункера, каждый из них вмещает 10 т битума. Эти бункеры сделаны опрокидывающимися для удобства выгрузки битума. Для сокращения времени выгрузки вязкого битума разогревают только тонкий слой его около стенки бункера. Для этого бункер имеет двойные стенки, расстояние между которыми составляет 40 мм. В нижней части бункера находятся патрубки, соединенные с полостью между стенками. К этим патрубкам присоединяют резиновые шланги и по ним подают перегретый пар. Он попадает в полость между стенками и разогревает тонкий слой битума около внутренней поверхности бункера. В верхней части бункера имеются отверстия для выпуска отработанного пара. Тонкий слой разогретого битума выполняет роль смазки между глыбой вязкого битума и внутренней поверхностью бункера. Разогрев занимает около 30 мин. Затем бункер наклоняют, и глыба битума массой 10 т выгружается в БХ. Следует так выгружать битум, чтобы глыба его не повредила БХ и имеющееся в нем оборудование, что, тем не менее довольно часто происходит, создавая при этом проблемы ремонта и содержания БХ. Потребное количества тепла для разогрева битума в бункерных полувагонах определяется по формуле [7]: G ct t ηn в , Qб б 2 1 Тр где Gб – количество разогреваемого битума в одном полувагоне при сливе, равное 3000 кг; с – теплоемкость битума, равная 0,4 ккал/кг град; t1 – температура начальная (t1 = 10 0С летом и t1 = –10 0С зимой); t2 – температура конечная, равная 80 0С; η – коэффициент теплопотерь, равный 1,15; nв – количество разгружаемых вагонов; Тр – время разгрузки, равное 4 ч (по нормам МПС). Четырехбункерные полувагоны имеют большую собственную массу. Поэтому, для уменьшения массы вагона и повышения его грузоподъемности была разработана конструкция четырехосного бункерного полувагона грузоподъемностью 50 т. На четырехосной железнодорожной платформе установлено три бункера, каждый из которых вмещает около 17 т битума [10]. 2 54 1 Рисунок 5.1. Четырехбункерный облегченный битумный полувагон грузоподъемностью 40 т: 1 – платформа; 2 – бункеры Нужно отметить, что часто бункера возвращаются поврежденные, а также заполненные водой или снегом. Это приводит к заливу битумом железнодорожных путей, которые приходится чистить вручную. Такая чистка очень проблематична, поскольку для ее проведения не предусмотрены специальные механизмы и штат работников. Для предотвращения вспенивания и перелива битума из-за присутствия воды или снега необходимо использовать антипенные вещества типа ПМС-200А, которых часто не оказывается на предприятии, в результате чего железнодорожные пути оказываются залиты битумом. 5.3. Транспортирование битума в цистернах Доставка битума с нефтеперегонного завода осуществляется цистернами-термосами с термоизоляцией и змеевиками для подогрева битума. Термоизоляция предохраняет битум от быстрого охлаждения его в пути. При перевозках в зимний период битум подогревают паром через змеевики, расположенные внутри цистерны. Продолжительность подогрева битума перед сливом зависит от времени года и температуры окружающего воздуха, температуры пара, его давления и составляет от 4 до 10 ч. На месте разгрузки цистерны разогревают только сливной патрубок. Такие цистерны не получили широкого распространения из-за большой их массы и относительно невысокой грузоподъемности. Кроме того, обогревательные змеевики часто выходят из строя из-за толчков и тряски в пути следования. При подаче пара в холодное время года возникает деформация змеевиков и нарушается герметичность соединений. В результате пар попадает в битум, обводняет его, осложняет выгрузку. 55 Обводненный битум потом приходится длительное время выдерживать в подогретом состоянии для испарения находящейся в нем воды, что снижает качество битума [8]. 5.4. Транспортирование битума в жидком виде Битумы целесообразно транспортировать в горячем виде с нефтеперерабатывающих заводов на АБЗ. Битум в горячем виде можно перевозить по железной дороге в контейнерах вместимостью 15-35 м3 с термоизолированными стенками. Их можно доставлять непосредственно на АБЗ, если такие заводы имеют подъездной железнодорожный путь. Если подъездного пути нет, то контейнеры следует везти до ближайшей железнодорожной станции, а потом на специальных автомобильных прицепах – трейлерах перевозить на АБЗ. Завод должен иметь резерв контейнеров и оборудование для их приема. Для перевозки горячего битума с нефтеперерабатывающих заводов потребителям, находящимся от них на расстоянии до 200-300 км, используют автобитумовозы грузоподъемностью от 7 до 40 т. Они удобны, так как не требуют железнодорожных путей и оборудования для разогрева битума. Цистерна автобитумовоза покрыта термоизоляцией из стекловаты, которая защищена облицовкой из листового металла. Термоизоляция, как правило, обеспечивает доставку битума потребителю в горячем жидком состоянии. На случай необходимости подогрева битума цистерна обеспечена подогревающей установкой. Экономически выгодная дальность транспортирования битума автобитумовозами составляет 20-30 км. Организация перевозки битума в горячем состоянии позволяет снизить потери битума, сократить затраты на транспорт, прием, хранение и подготовку битума к использованию. 5.5. Транспортирование битума в отдаленные районы Для перевозки вязкого дорожного битума в отдаленные районы при смешанных перевозках по железной дороге, а потом водным транспортом используют битумные контейнеры. Такая технология применяется на Омском, Ангарском, Хабаровском нефтеперерабатывающих заводах [11]. Контейнер сделан из листовой стали толщиной 6 мм и имеет форму усеченного конуса. Такой контейнер вмещает около 2 т битума, его собственная масса 0,5 т. На нефтеперерабатывающем заводе битум из битумной установки наливают в контейнер. После того, как он остынет, контейнер грузят в железнодорожный полувагон, вмещающий 14 контейнеров. 56 На АБЗ контейнер с битумом обогревают паром с наружной стороны. Между внутренней стенкой контейнера и застывшим битумом образуется тонкий слой вязкого битума с малой вязкостью. После этого контейнер поднимают и опрокидывают. Глыба битума скользит по горячему слою и вываливается из контейнера в БХ. Контейнерный способ позволяет механизировать процесс погрузки битума в железнодорожные вагоны, перегрузки на водный транспорт, исключает потери битума при транспортировании, но требует большого количества контейнеров, а поэтому применим лишь при небольших объемах перевозок битума. Контейнеры после слива битума вставляют один в другой, что повышает коэффициент использования грузоподъемности транспортных средств при возврате тары. Хабаровский завод использует для отправки на Камчатку дорожных битумов контейнеры прямоугольного сечения вместимостью 10 и 20 т; в верхней части контейнеров имеется горловина с крышкой для залива битумов. Контейнеры снабжены разными приспособлениями: ушками для крюков подъемного механизма, цапфами для кантования, проемом для вил погрузчика, облегчающими погрузочно-разгрузочные работы. С целью ускорения оборачиваемости контейнеры должны принадлежать потребителям. Предприятие-изготовитель должно выдать документ на каждую партию битума, удостоверяющий ее соответствие требованиям ГОСТ 9129-97. В документе указывают наименование предприятия-изготовителя, его товарный знак и адрес, номер партии и дату выпуска битума, его массу, результаты испытаний и обозначение стандарта. В соответствии со СНиП 3.06.03 [12] строго регламентируются время и температура хранения битума, а также порядок подготовки его к использованию для приготовления смесей. Обводнение битума является разрушительным и нерегулируемым процессом, поскольку наличие в битуме воды способствует его ускоренному окислению, приводящему к изменению свойств битума: уменьшается эластичность масел, ухудшается клеящая способность смол и возрастает хрупкость асфальтенов. 5.6. Транспортирование дорожных битумов в специальных контейнерах Доставка битума на асфальтобетонные заводы (АБЗ) на небольшие расстояния осуществляется автобитумовозами или железнодорожными цистернами, на длительные расстояния–в бункерах битумовозных вагонов с последующей разгрузкой и хранением в типовых прирельсовых битумохранилищах. 57 В северных районах такой способ транспортирования битума практически невозможен из-за отсутствия развитой сети железных и автомобильных дорог, удаленности АБЗ от поставщиков битума. Доставку других строительных материалов ,например, инертных материалов можно осуществить речным транспортом, часто единственным способом снабжения для многих регионов, в то время как битум в больших объемах так не перевозили. Традиционно битум на нефтеперерабатывающих заводах разливают при температуре порядка 140°С в железнодорожные цистерны вместительностью 60 м3 с «рубашкой» для нагрева цистерн при сливе битума либо в автоцистерны-термосы. При транспортировке битум обычно остывает до температуры 20-40°С и затвердевает. Для того, чтобы битуму придать текучесть, необходимо нагреть его до температуры порядка 7090°С. Это осуществляется путем подачи перегретого пара в «рубашку» цистерны либо электронагревом, а также другими способами нагрева. Производственный опыт показывает, что продолжительность нагрева и, соответственно, слива одной цистерны вместительностью 60 м 3 зависит от количества влаги в битуме, условий хранения, способов нагрева, технологии перекачки, типа хранилища и других факторов и составляет от 24 до 75 часов. Компонентный состав битума при этом претерпевает изменения, местный перегрев приводит к преждевременному старению битума, а асфальтобетон, изготовленный на его основе, недолговечен, склонен к трещинообразованию, шелушению, выкрашиванию, пластической деформации. В конце 90-х годов специалисты фирм «Номбус» (Омск) и «ВНСС» (г. Радужный) разработали и осуществили схему транспортирования битума марки БНД 90/130 с Омского нефтеперерабатывающего завода на АБЗ водным транспортом. Для этой цели были изготовлены специальные контейнеры (рис.5. ). Использование таких контейнеров позволяет уменьшить влияние негативных явлений при приеме, транспортировке, хранении и сливе битума, а также оптимизировать перемещение и складирование битума. Контейнер представляет собой емкость вместимостью 10 м 3 прямоугольной формы, сваренную из листовой стали толщиной 5 мм. Внутри контейнера расположен регистр из трубы диаметром 57 мм. Входы в регистр выведены на торцевую стенку и закрыты резьбовыми пробками. На этой же стенке контейнера расположена сливная горловина. На верхней панели контейнера находятся заливная горловина и люк для осмотра и проведения ремонтных работ. 58 Рисунок 5.2. Контейнер для битума: 1 – горловина заливная; 2 – люк; 3 – П-образные ребра жесткости; 4 – грузовые петли; 5 – петли крепления на ж.д. платформе; 6 - регистр; 7 – патрубки регистра; 8 – горловина сливная. Техническая характеристика контейнера: Длина, мм………………………………...2650 Ширина, мм……………………………... 2150 Высота, мм………………………………. 2215 Внутренний объем, м3………………….. 10 Грузоподъемность, т……………….…… 8 Масса порожнего контейнера, т……….. 2 Срок службы, лет, не менее……………. 8 59 Для подъема контейнера имеется 4 грузовые петли наверху, а для крепления на железнодорожной платформе и кузове автотранспорта–4 петли на боковых стенках Схема разгрузки и хранения битума приведена на рис. 5.3. Рисунок 5.3. Схема разогрева и хранения битума На эстакаде устанавливается 5 контейнеров с битумом. С помощью гибких шлангов регистры контейнеров подключаются к магистрали с теплоносителем и происходит разогрев битума за 10-12 часов до жидкотекучего состояния (90-1000С). Теплоноситель (масло И-20, И-40), разогревают до 150-1600С в теплообменнике типа ТR-50 производства фирмы ―Beninghoven‖ (Германия). Время разогрева битума в зависимости от температуры окружающей среды и температуры теплоносителя приведено в таблице 5. . Разогретый битум сливают в приемную емкость и битумным насосом перекачивают либо в расходные емкости асфальтосмесительной установки, либо на хранение в емкость объемом 1000 м 3. При необходимости в этой емкости включают систему циркуляции теплоносителя в регистрах, осуществляют местный разогрев битума и его перекачку в расходные емкости асфальтосмесительной установки. 60 Таблица 5.1 Время разогрева битума в контейнерах Темп.окр. воздуха С Темп. нагр. битума, °С Темп. нагр. битума, °С Темп. нагр. битума, °С 70 80 90 Темп. теплоносителя, С Темп теплоносителя,°С Темп теплоносителя,°С 170 170 170 160 150 140 Время разогрева битума, час 160 150 140 Время разогрева битума, час 160 150 140 Время разогрева битума, час 0 17,3 18,4 19,6 21,0 19,8 21,0 22,4 24,0 22,2 23,6 25,2 27,0 1 16,9 18,0 19,2 20,6 19,4 20,6 22,0 23,5 21,9 23,3 24,8 26,6 2 16,6 17,6 18,8 20,1 19.1 20,3 21,6 23,1 21,5 22,9 24,4 26,1 3 16,2 17,2 18,4 19,7 18,7 19,9 21,2 22,7 21,2 22,5 24,0 25,7 4 15,9 16,9 18,0 19,3 18,3 19,5 20,8 22,3 20,8 22,1 23,6 25,3 5 15,5 16,5 17,6 18,8 18,0 19,1 20,4 21,8 20,4 21,7 23,1 24,8 6 15,1 16,1 17,2 18,4 17,6 18,7 19,9 21,4 20,1 21,3 22,7 24,3 7 14,8 15,7 16,7 17,9 17,2 18,3 19,5 20,9 19,7 20,9 22,3 23,9 8 14,4 15,3 16,3 17,5 16,9 17,9 19,1 20,5 19,3 20,5 21,9 23,4 9 14,0 14,9 15,9 17,1 16,5 17,5 18,7 20,0 18,9 20,1 21,5 23,0 10 13,7 14,5 15,5 16,6 16,1 17,1 18,3 19,6 18,6 19,7 21,0 22,5 11 13,3 14,1 15,1 16,2 15,8 16,7 17,9 19,1 18,2 19,3 20,6 22,1 12 13,0 13,8 14,7 15,7 15,4 16,3 17,4 18,7 17,8 18,9 20,2 21,6 13 12,6 13,4 14,3 15,3 15,0 16,0 17,0 18,2 17,4 18,5 19,8 21,2 14 12,2 13,0 13,9 14,8 14,7 15,6 16,6 17,8 17,1 18,1 19,4 20,7 15 11,9 12,6 13,4 14,4 14,3 15,2 16,2 17,3 16,7 17,8 18,9 20,3 16 11,5 12,2 13,0 14,0 13,9 14,8 15,8 16,9 16,3 17,4 18,5 19,8 17 11,1 11,8 12,6 13,5 13,6 14,4 15,4 16,5 16,0 17,0 18,1 19,4 18 10,8 11,5 12,2 13,1 13,2 14,0 15,0 16,0 15,6 16,6 17,7 18,9 19 10,4 11,1 11,8 12,7 12,8 13,6 14,5 15,6 15,2 16,2 17,3 18,5 61 20 10,1 10,7 11,4 12,2 12,5 13,3 14,1 15,1 14,9 15,8 16,9 18,1 21 9,7 10,3 11,0 11,8 12,1 12,9 13,7 14,7 14,5 15,4 16,4 17,6 22 9.4 9,9 10,6 11,4 11,8 12,5 13,3 14,3 14,1 15,0 16,0 17,2 23 9,0 9,6 10,2 10,9 11,4 12,1 12,9 13,8 13,8 14,6 15,6 16,7 24 8,7 9,2 9,8 10,5 11,0 11,7 12,5 13,4 13,4 14,3 15,2 16,3 25 8,3 8,8 9,4 10,1 10,7 11,4 12,1 13,0 13,1 13,9 14,8 15,9 26 8,0 8,5 9,0 9,7 10,3 11,0 11,7 12,5 12,7 13,5 14,4 15,4 27 7,6 8,1 8,6 9,2 10,0 10,6 11,3 12,1 12,3 13,1 14,0 15,0 28 7,3 7,7 8,2 8,8 9,6 10,2 10,9 11,7 12,0 12,7 13,6 14,6 29 6,9 7,4 7,8 8,4 9,3 9,9 10,5 11,3 11,6 12,4 13,2 14,1 30 6,6 7,0 7,5 8,0 8,9 9,5 10,1 10,8 11,3 12,0 12,8 13,7 31 6,2 6,6 7,1 7,6 8,6 9,1 9,7 10,4 10,9 11,6 12,4 13,3 32 5,9 6,3 6,7 7,2 8,2 8,7 9,3 10,0 10,6 11,2 12,0 12,8 33 5,6 5,9 6,3 6,7 7,9 8,4 8,9 9,6 10,2 10,9 11,6 12,4 34 5,2 5,5 5,9 6,3 7,5 8,0 8,6 9,2 9,9 10,5 11,2 12,0 35 4,9 5,2 5,5 5,9 7,2 7,7 8,2 8,7 9,5 10,1 10,8 11,6 36 4,5 4,8 5,2 5,5 6,9 7,3 7,8 8,3 9,2 9,8 10,4 11,2 37 4,2 4,5 4,8 5,1 6,5 6,9 7,4 7,9 8,8 9,4 10,0 10,7 38 3,9 4,1 4,4 4,7 6,2 6,6 7,0 7,5 8,5 9,0 9,6 10,3 39 3,5 3,8 4,0 4,3 5,9 6,2 6,6 7,1 8,2 8,7 9,2 9,9 40 3,2 3,4 3,6 3,9 5,5 5,9 6,3 6,7 7,8 8,3 8,9 9,5 5.7. Транспортирование битума за рубежом Основное транспортное средство для перевозок битума в развитых зарубежных странах – автобитумовозы. Так в Германии автомобилямицистернами перевозят до 95% битума, вместимость цистерн 16-53 т. Цистерны оборудованы теплоизоляцией и средствами подогрева. Однако хорошая теплоизоляция цистерн и четкая организация перевозок позволяют использовать цистерны и без средств подогрева. Во Франции, например, цистерны вместимостью 24 т битума не оборудованы средствами подогрева, в случае аварийных ситуаций битум сливают в резервные машины [11]. 62 Фирма Shell применяет для перевозки битума в горячем жидком состоянии автоцистерны вместимостью 35 т, установленные на полуприцепе. Цистерна теплоизолирована и снабжена устройством для автоматического поддержания заданной температуры [11]. Сливают дорожный битум с помощью воздуха, подаваемого под давлением компрессором, приводимым в действие двигателем. Часть битума отгружается в баржах и железнодорожных цистернах. Танки барж и цистерны теплоизолированы и снабжены системами нагрева. В цистернах расположен змеевик из труб диаметром 50 мм, в который на конечных станциях подают пар или нефтяной теплоноситель. Слив цистерн грузоподъемностью 60-80 т – нижний, теплоизолированный, иногда применяют электрообогрев нижнего слива. Выгружают битум из барж насосом большой производительности – до 500 м3/ч. Во избежание снижения качества продукции большое внимание при транспортировании битумов уделяют специализации транспортных средств: каждая транспортная единица закрепляется на перевозке одного сорта битума – остаточного, окисленного или разжиженного. 63 6. Битумохранилища 6.1. Назначение и классификация битумохранилищ При строительстве автомобильных дорог расходуется большое количество битума. Для его хранения и подготовки к использованию организуют битумохранилища (БХ). БХ классифицируют по вместимости резервуара и назначению, по расположению резервуара относительно поверхности земли, наличию нагревателей, виду применяемого теплоносителя и конструкции [13]. По вместимости и назначению БХ с вместимостью резервуара до 100 до 3000 т бывают временные, закрытые или открытые; с вместимостью резервуара до 500 т - переходные, редко открытые; с вместимостью резервуара свыше 500 т - постоянные, закрытые; с вместимостью одной цистерны 30-100 т (металлические цистерны с теплоизоляцией) переносные (инвентарные), которые располагают горизонтально или вертикально. БХ вместимостью свыше 500 т выполняют секционными, состоящими из 2-6 отсеков для хранения битума разных марок. Вместимость БХ определяется суточным расходом битума и периодичностью поставок. АБЗ в ряде случаев требуются БХ, емкость которых может превышать нормативный запас. Согласно нормам на АБЗ устанавливается тридцатидневный запас битума. БХ свыше 500 т строят только закрытого типа, поскольку в хранилищах открытого типа битум интенсивно обводняется. Это приводит к резкому увеличению расхода тепла на его нагрев и обезвоживание, сокращению производительности битумоплавильных агрегатов и ухудшению свойств битума. По данным ВНИИстройдормаша, для нагрева 1 т необводненного битума от 10 до 160 0С требуется 67,5 тыс. ккал тепла, а для нагрева в тех же температурных пределах битума с 5 %-м обводнением -101 тыс. ккал тепла, т. е. в 1,5 раза больше. Рабочая емкость битумоплавильного котла в результате вспенивания используется лишь на 60-70 % [7]. В таблице 6.1 приведены характеристики типовых битумных баз по классификации, разработанной институтом Союздорпроект Министерства транспортного строительства с указанием типа подогревателя и битумоплавильных установок. 64 Таблица 6.1 Номенклатура и характер сооружения битумных баз Тип битумной базы Емкость битумохранили ща, т Вид подогревателя Прирельсовая битумная база, тип-1 1000 (2х500) Донный электроподогрев 1000 (2х500) Нагревательноперекачивающи й агрегат Д-592 1000 (2х500) Донный пароподогревате ль То же, тип-2 То же, тип-3 Притрассовая битумная база, тип-4 1000 (2х500) Донный электроподогрев То же, тип-5 1000 (2х500) Донный пароподогревате ль То же, тип-6 1000 (2х500) То же Тип битумоплавильной установки Установка бескотлового электропоточного обезвоживания Битумоплавильная установка Д-506 с обогреваемой цистерной Д-594 Битумоплавильная установка БА-319 Установка бескотлового электропоточного обезвоживания Битумоплавильная установка Д-506 с обогреваемой цистерной Д-594 Битумоплавильная установка БА-319 Кроме БХ емкостью 500 и 1000 т, устраивают прирельсовые БХ емкостью 250-300 т и притрассовые емкостью 250 т. Для крупных стационарных АБЗ, главным образом в городах, устраивают БХ емкостью до 3000 т, разделенные на отсеки емкостью до 1000 т. По принципу расположения БХ могут быть прирельсовые, когда битум прибывает по железной дороге в бункерах или цистернах, притрассовые, когда битум с нефтеперерабатывающего завода или с прирельсового БХ доставляют в хранилище, расположенное на АБЗ вблизи строящейся дороги. БХ могут быть стационарными емкостью от 500 до 3000 т, передвижными - металлические цистерны со змеевиками для нагрева битума емкостью 25-50 т, применяемые обычно на временных АБЗ или 65 АБЗ, расположенных вблизи нефтеперерабатывающего завода. По виду применяемого теплоносителя БХ подразделяют на паровые, когда битум разогревается системой труб, уложенных по дну, в которых циркулирует пар под давлением 0,6-0,7 МПа; с электроподогревом, когда битум разогревается набором электропакетов с защищенной проволочной спиралью или пластинчатыми электронагревателями; с газовым обогревом, когда битум разогревается горячими дымовыми газами, получаемыми от сжигания топлива, проходящими по паровым трубам диаметром 150-200 мм, с жидким теплоносителем, когда битум разогревается проходящими по трубам нагретыми жидкостями (маслами, спиртами и т. д.). По расположению резервуара относительно поверхности земли различают БХ капитальные: ямного, полуямного, наземного, подземного типов и инвентарные (передвижные) (рис. 6.1). БХ ямного, полуямного и наземного типов сооружают в зависимости от уровня грунтовых вод. Стенки выполняют бетонными, железобетонными, кирпичными и деревянными. По типу применяемого теплоносителя наибольшее распространение получили БХ с паровым и электрическим разогревом. Конструкцию БХ выбирают исходя из вместимости и назначения. Резервуар временных и переходных БХ должен быть облицован досками, кирпичом или другими материалами. Над БХ желательно иметь навес для защиты от атмосферных осадков. Капитальные и постоянные БХ выполняют из сборных железобетонных элементов, реже из монолитного бетона. Рисунок 6.1. Битумохранилища: а – ямное; б – полуямное; в – наземное; г – подземное; д – инвентарное. 66 Для БХ полуямного и ямного типов определяющим условием выбора вида хранилища является уровень залегания грунтовых вод. Дно и стены хранилища при высоком уровне грунтовых вод делают водонепроницаемым или понижают уровень грунтовых вод. Битум в хранилище можно нагревать паром, электронагревателями, горячим минеральным маслом. Схема БХ полуямного типа представлена на рис. 6.2. Рисунок 6.2. Битумохранилище полуямного типа: 1 – железнодорожный бункер; 2 – лоток для стока битума; 3 – битум в битумохранилище; 4 – приямник; 5 – битумный насос; 6 – нагреватель приямка; 7 – битумопровод; 8 – регистры. Схема ямного БХ приведена на рис. 6.3. Рисунок 6.3. Схема ямного битумохранилища: 1 – бункерный полувагон; 2 – сливная плита; 3 – поворотный щит; 4 – битумопровод; 5 – битумный насос; 6 – подогреватель битума в приямке; 7 – донный подогреватель битума. Если вязкий битум поступает на АБЗ по железной дороге в холодном виде, то его перед сливом разогревают. Бункер 1 с разогретым битумом опрокидывают с помощью электрических лебедок и блоков. Битум 67 попадает в БХ по сливным плитам 2. БХ состоит из основной части и приямка, разделенного на два отсека. Приямок отгорожен от основной части БХ шиберным затвором. Битум подогревают в основной части хранилища с помощью донных электрических или паровых нагревателей 7 до 60ОС. После заполнения первого отсека приямка битумом его нагревают также электрическими или паровыми нагревателями 6 до 90 ОС. Затем с помощью насоса 5 битум закачивают в битумопровод, по которому он поступает в битумоплавильную установку. Температуру битума поддерживают автоматически с помощью электрощита управления, расположенного на площадке над приямком. При необходимости битум из битумовозов также сливают в БХ. Срок хранения вязких битумов - один год со дня изготовления. Наиболее удобны БХ с заводским оборудованием для нагрева (рис. 6.4). Рисунок 6.4. Битумохранилище с заводским оборудованием: 1 – механизм передвижения; 2 – тележка; 3 – пульт упрвления; 4 – гидропривод механизма передвижения; 5 – лебедка для подъема и опускания нагревателя; 6–электородвигатель; 7 – битумопровод; 8 – пакет трубчатых регистров калорифера; 9 – короб; 10 – уровень битума в хранилище; 11 – битумный котел; 12 – битумный насос Нагревательно-перекачивающий агрегат типа портального крана 2 монтируют на стальном мосту и перемещают с помощью механизма 1 вдоль него по рельсам. К мосту на стальных канатах подвешивают нагреватель (калорифер) 8. Нагреватель имеет набор труб, соединенных между собой, по которым пропускают пар. Битумный насос 12 расположен среди труб в металлической коробке, обеспечивающей подтекание разогретого битума к насосу только из верхнего слоя. Битум в приямнике или металлической коробке нагревают до 90ОС и направляют в битумный котел 11 при помощи битумного насоса 12. Производительность нагревательно-перекачивающего агрегата составляет 3-6 т в час. 68 Битум из БХ перекачивают к установке для обезвоживания и нагрева по трубам диаметром не менее 76 мм. Трубы укладывают на поверхности земли на инвентарные металлические стойки высотой до 3,0 м, в местах проезда – на высоте 4,5-5,0 м. Битумопровод, насосы, краны должны иметь теплоизоляцию. Суммарная вместимость резервуаров зависит от потребления и производительности завода. Она колеблется от 1000 до 5000 м 3. Для облегчения слива днище резервуара делают наклонным. Для внутризаводского транспортирования битумов применяют поршневые, реже ротационные насосы. Трубопроводы и насосы тщательно изолируют от тепла, оборудуют паровыми рубашками или применяют электрообогрев. Битумы перед использованием переводят в рабочее состояние, при котором они легко объединяются с минеральными материалами во время смешения, пропитки или поверхностной обработки дорожных покрытий. Это достигается подогревом вязких битумов до температуры 100-1600С. Наиболее высокую температуру имеют нефтяные битумы, обладающие большей вязкостью и теплоустойчивостью. Нагревание битумов выше рабочей температуры недопустимо, так как приводит к интенсивному испарению летучих фракций, процессам разложения высокомолекулярных органических соединений и резкому изменению их свойств. Битумы разогревают водяным паром; газом от сжигания топлива или горячим минеральным маслом, циркулирующим по трубам или каналам; электронагревателями; инфракрасными лучами. Нагрев битума горячим минеральным маслом – наиболее прогрессивный и экономичный способ. Масло нагревают в специальных агрегатах и подают по трубам в битумные хранилища. Современные стационарные БХ наземного типа представляют собой металлические или бетонные теплоизолированные емкости закрытого типа до 500 м3 с автоматическим регулированием подогрева битума. На АБЗ некоторых технически оснащенных регионов, битумы хранят в металлических емкостях типа цистерн [14]. Все емкости для хранения битума и все магистрали подачи горячего теплоносителя должны быть тщательно теплоизолированы для предотвращения потерь тепла. Магистраль, через которую производят закачку битума из битумовоза в емкость для хранения, а также магистраль, предназначенную для подачи битума к асфальтосмесительной установке (АУ), должны быть расположены близко ко дну цистерны. Магистраль возврата битума от насоса к емкости должна быть расположена на уровне, не превышающем уровень битума в емкости. Это нужно для того, чтобы возвращаемый в цистерну битум не входил в контакт с воздухом. Таким образом, достигается уменьшение окисления битума и пенообразования в процессе его циркуляции. 69 Если АУ имеет более одной емкости для хранения битума, необходимо предусмотреть возможность перекачивания битума из одной цистерны в другую. Кроме того, оператор АУ должен знать, из какой емкости в настоящий момент производится подача битума. Во всех емкостях циркуляция нижнего слоя битума нарушена, поскольку этот слой расположен ниже теплообменников. Объем этого слоя зависит от типа и конструкции емкости, расположения обогревательных труб и от того, как давно последний раз производилась очистка емкости. Замечено, что после откачки битума из емкостей некоторых конструктивных типов определенная часть битума остается на дне, что создает определенные трудности при заливке битума в емкость: свойства вновь залитого битума могут ухудшаться при смешении с остатками ранее слитого битума. Объем емкости для хранения битума вычисляют на основании измерений ее длины и диаметра. Уровень битума в емкости можно определить при помощи щупа, которым измеряется расстояние от верхнего края емкости до уровня наполнения ее битумом, то есть до той точки, где щуп касается поверхности битума. Зная эту величину, на основании таблицы, представляемой изготовителем емкости, можно вычислить количество битума, находящегося в емкости. Если битум заливают в совершенно пустую емкость, необходимо проверить последнюю на наличие в ней конденсата воды. Особо тщательно нужно проверять работу всех предохранительных клапанов в битумных магистралях во избежание повышения давления, что может привести к взрыву. Не следует допускать неконтролируемое смешение битумов, полученных с разных нефтеперерабатывающих заводов, а также битумов разных марок, так как в этих случаях может происходить расслаивание битума в емкости. В исключительных случаях, если ситуация вынуждает помещать в емкость разные битумы, следует очень тщательно их перемешать, а затем установить марку, полученную в результате перемешивания. Максимальное время нахождения битума в емкости при рабочей температуре, с которой его используют для приготовления смеси, ограничивается 5-ю часами. Это ограничение связано с тенденцией наших отечественных битумов к ускоренному старению, что может усугубляться при длительном хранении их при высокой температуре. Поэтому в том случае, если в емкости остается неизрасходованный битум, следует понизить его температуру до 80 0С и хранить при этой температуре не более 12 ч. Температура битума, поступающего в смеситель в зависимости от марки должна соответствовать указанной в ГОСТ 12 801. При рабочей температуре битум имеет такую консистенцию, при которой он легко 70 перекачивается из емкости в дозатор и, попадая в смеситель, легко распределяется по поверхности минеральных материалов, образуя тонкие пленки. Если по технологии предусмотрено введение в битум добавок (ПАВ, пластификаторов, полимеров и т.д.), последние следует перемешивать с битумом до получения однородной массы в емкостях, оборудованных подогревом и насосом. Для определения емкости БХ предварительно следует установить потребность в битуме для выпуска продукции на АБЗ. В таблице 6.2 приведен расход битума на АБЗ [7]. Учитывая режим работы АБЗ, а также неравномерность поступления битума для обеспечения бесперебойной работы завода, устанавливают переходящий запас битума не менее чем на 1 месяц работы завода. Соответственно проектируют и емкость БХ. Из данных таблицы 6.1 видно, что емкости БХ возможно привести (округленно) к следующим величинам: 500, 1000, 1500, 2000, 3000 т. Таблица 6.2 Расход битума на асфальтобетонном заводе Часовая производительность АБЗ, т Средний расход на 1 т АБ смеси, % по весу 25 50 75 100 150 6,5 6,5 6,5 6,5 6,5 в час 1,6 3,2 4,8 6,4 9,6 Расход битума, т в месяц (21 в сутки рабочий день) 25,6 537 51,2 1074 76,8 1611 102,4 2148 153,6 3222 в год (8 месяцев) 4296 8592 12888 17184 25776 БХ целесообразно строить секционного типа, например, состоящим из трех-четырех самостоятельных секций. Это позволяет одновременно хранить несколько видов или марок битума, обеспечивает независимую работу хранилища па приему и выдаче битума, а также создает возможность изолированного ремонта каждой секции БХ. Так, для БХ емкостью 2000 т с двумя секциями при средней толщине слоя БХ h=4,0 м площадь каждой секции Sc= Vc/h= 1000/4=250 м2. Минимальную длину секции хранилища принимают исходя из условий обеспечения разгрузки четырехосного бункера полувагона. Длина 71 полувагона примерно 14,2 м. Следовательно, длина Lс секции хранилища должна быть не менее 15 м. В этом случае ширина секции Bc=Sc/Lc=250/15= 16,6 м. Исходя из значения строительного модуля, равного 3, принимают ширину БХ Вс=15 м. Тогда длина секции БХ Lc=Sc/Bc=250/15= 16,6 м. В соответствии со строительным модулем принимают длину секции Lc=18 м. Общая длина БХ в этом случае L = Lc = 2 18 = 36 м. Размеры БХ можно определить без учета длины вагонов и строительного модуля с последующей проверкой по данным этих характеристик. При требуемой емкости БХ Q (в м3) (для расчета принимают удельную массу битума 1000 кг/м3) и высоте слоя битума в хранилище h необходимая средняя площадь БХ (в м2) F = Q/h. Значение h принимают 1,5-4 в зависимости от типа БХ. Конфигурацию БХ, как правило, принимают прямоугольной формы. В этом случае F = LB, где L и B – длина и ширина БХ, м. Ввиду того что стенки БХ устраивают с откосом 1:n, размеры его по дну должны быть уменьшены на величину nh/2, а размеры по его бровке увеличены на n(h/2+0,2), где 0,2 м – расстояние от уровня битума до бровки. Пример. Требуется определить основные размеры БХ емкостью Q = 1500 т при толщине слоя битума h = 2 м и откосах котлована 1:1,5. Средняя площадь БХ F = 1500:2 = 750 м2. Принимаем отношение L/B = 1,5, тогда F = 1,5В2 = 750 м2. При этом В 500 22,3 ; принимаем В = 23м, L = 1,5В = 1,5∙23 = 34,5м. nh 1,5 2 1,5 м , Размеры L и В понизу должны быть уменьшены на 2 2 а размеры по бровке увеличены на n(h/2+0,2) = 1,5∙1,2 = 1,8 м. 33 36 Получим следующие размеры БХ (в м): по дну , по бровке . 21 25 72 6.2. Система подогрева битумохранилищ В зависимости от устройства системы подогрева БХ могут быть с общим или местным подогревом. Местный нагрев применяют в БХ вместимостью до 500 т. Рисунок 6.5. Битумохранилище с общим подогревом: 1 – паровые регистры, расположенные на дне котлована; 2 – лоток; 3 – распределительная труба; 4 – манометр; 5 – линия ввода пара; 6 – конденсационный горшок; 7 – змеевик приямка. В капитальных и инвентарных БХ с общим подогревом (рис. 6.5) битум разогревается до температуры текучести с помощью донных змеевиков (рис. 6.6). Разогретый битум стекает по дну, имеющему уклон 23%, в приямок, который располагается, как правило, в середине одной из сторон БХ или в центре хранилища. В приямке, в котором располагается паронагреватель в виде змеевика, происходит нагрев битума до температуры 80-90 0С. При этой температуре обеспечивается перекачивание битума по трубопроводам. 73 Рисунок 6.6. Расположение донных змеевиков в битумохранилище В БХ с местным подогревом (рис. 6.7) нагревательные элементы обеспечивают лишь подогрев битума, находящегося в зоне действия нагревательного устройства. При этом наиболее целесообразно применять поверхностные нагреватели, которые быстро разогревают верхние слои битума, после чего его можно подавать в битумоплавильный агрегат, не ожидая полного разогрева битума на всю толщину. Рисунок 6.7. Битумохранилище с местным подогревом: 1 – нагреватель; 2 – тележка на рельсах; 3 – пульт управления; 4 – гидропривод механизма подъема; 5 – механизм подъема разогревателя;6 – трехшарнирный обогреваемый битумопровод; 7 – паробитумопровод; 8 – магистральный битумопровод; 9 – гибкий металлорукав; 10 – линия отвода конденсата; 11 – гидропривод механизма передвижения; 12 – насосная установка Преимуществом такого способа подогрева является подача из хранилища битума без всяких механических примесей, так как эти примеси и вода тяжелее битума и при разогревании опускаются вниз. 74 Расположение нагревательных элементов и заборного оборудования на поверхности создают условия для более удобного производства ремонта (отсутствует необходимость освобождения хранилища от битума). Для местного подогрева используют нагревательно-перекачивающие агрегаты Д-592 и Д-592-2 (табл. 6.3). Эти агрегаты передвигаются по рельсовым путям на самоходной тележке, имеющей форму козлового крана. Тележка перемещается вдоль всей длины БХ при приподнятом над поверхностью битума нагревателе. Нагреватель состоит из пакета трубчатых регистров, внутри которого находится битумный насос. Нагреватель, опускаясь и поднимаясь, может изменять высотное положение. Таблица 6.3 Техническая характеристика нагревательно-перекачивающего агрегата Д-592-2 Показатели Производительность т/ч Теплоноситель Расход пара, кг/ч Установочная мощность электродвигателей, кВт Максимальная глубина погружения паровых регистров, мм Колея моста, мм Габаритные размеры, мм: длина ширина высота Масса агрегата, кг Значения 6 пар (давление до 0,8 МПа) 560 11,2 3950 10000 10312 2824 3280 7000 Проектирование БХ включает в себя решение вопросов по выбору конструкции сооружения и его емкости. Конструкция сооружения зависит от типа АБЗ, т. е. является ли он стационарным или временным. На стационарных АБЗ наиболее распространены БХ с местным подогревом. 6.3. Теплоносители системы подогрева битумохранилищ 75 В качестве теплоносителей системы подогрева БХ используют пар, газ или жидкие теплоносители. Для разогрева можно использовать электроэнергию. Пар подают в змеевики под давлением от парообразователя, котла или локомобиля. Общий вид БХ с паровым подогревом приведен на рис. 6.8. При подогреве с помощью пара трудно обеспечить плотное соединение змеевиков. Высокое давление пара приводит в ряде случаев к образованию конденсата и обводнению битума. Рисунок 6.8. Битумохранилище с паровым подогревом: 1 – битумохранилище; 2 – металлические трубы; 3 – приямок; 4 – трубы для разогретого битума; 5 – выпуск конденсата В БХ с жидкостным подогревом в качестве теплоносителя используют нефтяные масла, имеющие высокую температуру вспышки (около 300 0С). Масло поступает в змеевики БХ из батарей нагревательной печи. При выборе масляного теплоносителя предпочтение следует отдавать маслам с относительно низкой вязкостью и высокой точкой кипения, не разлагающимся при высоких температурах и не вызывающим коррозии. При этом низкая вязкость масла обеспечивает хороший теплообмен, а высокая точка кипения - работу системы практически без избыточного давления. 76 Рисунок 6.9. Битумохранилище с водяным подогревом: 1 – резервуар битумохранилища; 2 – емкость для воды; 3 – лоток для подогретого битума; 4 – битумоплавильня; 5 – соединительная труба; 6 – змеевики; 7 – трубы нагревательной системы; 8 – приямок В качестве теплоносителя можно использовать воду (рис.6.9). Вода из специальной емкости самотеком поступает в трубы нагревательной системы, которая вмонтирована в топки котла. Трубы последовательно соединены между собой. Вода в трубах нагревается и перекачивается в змеевики, расположенные как в приямке, так и в БХ, а подогретый битум стекает в битумоплавильню. Газовый подогрев битума применяют в хранилищах, объединенных с битумоплавильными котлами. В этом случае теплоносителем являются дымовые газы, образующиеся при сгорании топлива в топке котла и попадающие в металлические трубы БХ. Недостатком газового подогрева является его повышенная пожарная опасность, что ограничивает его применение. Электроразогрев битума в последние годы стали широко применять на асфальтобетонных заводах. Этот способ исключает строительство парокотельных, водопровода и канализации для конденсата, дополнительных складов топлива. Всесоюзным научно-исследовательским институтом электротермического оборудования (ВНИИЭТО) разработано типовое электронагревательное устройство для донного разогрева битума. В комплект такого устройства входят: электронагреватели днища БХ, электронагреватели приямка, а также электрическая часть со щитом управления. Электронагреватель днища (рис. 6.10) представляет собой спиральные нагревательные элементы из стальной проволоки диаметром 5 мм, навитой на асбоцементные трубы, которые укладывают в ниши на полу БХ. 77 Нагреватель днища разбит на четыре самостоятельно регулируемые электрические зоны. Каждый нагреватель днища состоит из двенадцати спиралей, смонтированных на асбестоцементных трубах диаметром 125 мм. Длина нагревателя одной фазы - 145 м (4 последовательно соединенных спирали). Концы каждой фазы нагревателя приварены электросваркой к выводным шинам сечением 4х40 мм из стали марки Ст3. Электронагреватель приямка (рис. 6.11) состоит из шести рамочных нагревателей, закрепленных на раме, сваренной из угловой стали. Нагревательным элементом служит стальная проволока диаметром 5 мм, навитая на рамке из асбестоцементных планок толщиной 30 мм. Шаг навивки - 20 мм, длина проволоки одной фазы - 94 м. Каждая фаза нагревателя размещена на двух рамках. Нагреватель в плане представляет собой правильный шестиугольник. Концы нагревателя соединяют с нейтралью и выводами с помощью электросварки. Нагреватель установлен на дно приямка, а сверху для предохранения закрыт сеткой. Вся пускорегулирующая аппаратура, в том числе и электроконтактные термометры битума, размещены на панели щита управления. Электрическая часть установки обеспечивает как ручное, так и автоматическое регулирование температуры. При этом на любой фазе нагревателя поддерживается напряжение 220 В (даже в случае перегорания одной или двух фаз нагревателя). Защита от короткого замыкания осуществляется индивидуальными и общими воздушными автоматическими выключателями 1Рисунок 6.10. Электронагреватель днища: 6АВ, АВ, а магнитные пуска1-5ПМ обеспечивают 1 – спираль; 2 – асбоцементная труба; тели 3 – ниша; 4блокировку – шина включение, и автоматическое регулирование температуры. В автоматическом режиме осуществляется двухпозиционное регулирование (включение и отключение полной мощности) с помощью электроконтактных термометров 1-5ЭКТ и промежуточных реле 1-6РП, управляющих работой магнитных пускателей. Схема предусматривает сигнализацию о включении цепей управления и нагревателей каждой зоны. Блокировка осуществляется с помощью конечного выключателя ВК (связанного с дверью, закрывающей вход на рабочую площадку), который отключает напряжение на включенных нагревателях при открытии двери 78 БХ. Техническая характеристика установки разогрева битума приведена в таблице 6.4. Рисунок 6.11. Электронагреватель приямка: 1 – рама; 2 – плиты; 3 – опорная рама; 4 – нагреватели; 5–шина Таблица 6.4 Техническая характеристика установки разогрева битума Показатели Рабочая температура, град Установленная мощность, кВт Количество нагревателей Производительность, т/ч Напряжение на нагревателях, В Число электрических зон Масса установки, кг Днище битумохранилища 60 132 4 3 380 4 2040 79 Приямок битумохранилища 90 50 1 3 380 1 2040 Проектирование установок для электроподогрева битума в каждом конкретном случае производится в зависимости от выбранной технологической схемы и осуществляется в соответствии с общеизвестными формулами. Потребность битумных баз в электроэнергии приведена в табл. 6.5. Генеральный план битумной базы дан на рис. 6.12. Рисунок 6.12. Генеральный план прирельсовой битумной базы: 1 – битумохранилище емкостью 500х2 т; 2 – битумопроводы; 3 – битумоплавильная установка; 4 – склад горючего емкостью 120 т; 5 – электростанция (или ТП); 6 – контора-лаборатория; 7 – бытовые помещения; 8 – материально-технический склад; 9 – ремонтомеханические мастерские; 10 – пожарный резервуар емкостью 50 м3; 11 – навес для хранения материалов; 12 – котельная Таблица 6.5 Установленная мощность потребителей электроэнергии битумных баз, кВт Прирельсовая битумная база с Прирельсовая битумная база с битумохранилищем емкостью 2х500 битумохранилищем емкостью 250 т т Наименован С С С С С С ие нагрузок битумоплав битумопла бесконтакт битумопла битумопла бесконтак ильной вильной ной вильной вильной тной установкой установкой установко установкой установкой установко Д-506 БА-319 й Д-506 БА-319 й 80 43 8 электробитумный подогрев донный пароподогрев 4,83 4,83 4,83 4,83 3,53 3,54 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9 - - - - 616 609 - - - - 48,1 50,8 40,3 паробитумный заборник 4,83 4,83 3,53 3,53 8 донный пароподогрев 4,83 8 донный пароподогрев 4,83 донный пароподогрев 54 41,7 46,2 паробитумный заборник электробитумный заборник паробитумный заборник паробитумный заборник 49,5 донный пароподогрев донный пароподогрев Силовое электрообор удование Внутреннее электроосве щение Наружное электроосве щение Нагреватель ные элементы 0,9 8 0,9 610 606 6.4. Тепловой расчет битумохранилища Тепловой расчет БХ включает определение требуемого количества тепла и параметров нагревательных приборов. При этом следует установить: количество тепла, полезно расходуемого для нагрева битума; потери тепла при разогреве битума в БХ; поверхность нагрева нагревательных приборов и необходимую длину труб; расход пара или электроэнергии и выбор источника тепла. Количество тепла (кДж/ч), необходимое для нагрева битума в хранилище, выражается следующей формулой [15]: q q2 q3 q4 q5 q6 , Q2 1 η где q1 – расход тепла на плавление 1 т битума, q1 – 125 тыс. кДж/т; q2 – расход тепла на нагрев 1 т битума; q3 – расход тепла на обогрев насосов при перекачке битума; q4 – расход тепла на нагрев влаги, содержащейся в 1 т битума; q5 – потери тепла через стенки и дно БХ в расчете на 1 т разогреваемого битума; 81 q6 – потери тепла от зеркала битума в окружающую среду конвекцией и лучеиспусканием; η – КПД котла из паспортных данных. Поверхность нагрева паровых труб (змеевиков) [7]: Fнагр Q Т Т 0 t1 t 2 k н 2 2 , где Тн – температура насыщенного пара при данном давлении (при р=0,6МПа, Тн = 158 0С; при р=0,8 МПа Тн = 169,6 0С); Т0 – температура конденсата (при р=0,2 МПа Т0 = 119,6 0С); t1 и t2 – начальная и конечная температуры битума, 0С; k - коэффициент теплопередачи через стенки стальных труб регистров, который можно принимать равным 40 ккал/(м2 ч 0С) (168кДж/(м2 ч 0С)) при t 100 0С и 60 ккал/(м2 ч 0С) (252 кДж/(м2 ч 0С)) при t 1000С. После определения необходимой поверхности нагрева паровых труб принимают диаметр трубы, определяют поверхность 1 м трубы данного диаметра и общую длину труб. При этом выбор диаметра и длины труб следует увязывать с общими габаритными размерами нагревательного элемента и местом его размещения в БХ. Длина труб lт = Fнагр/ fм, где fм – площадь поверхности 1 м трубы (fм = πDнl1; Dн – наружный диаметр трубы, м; l1 = 1 м). Поверхность нагрева электронагревателей равна [1]: Fнагр Q Qп , t1 t 2 k t п 2 где tп – температура поверхности электронагревателей, принимают не более 240 0С; k – коэффициент теплоотдачи от нагревателя к битуму; Qп – абсолютное значение электронагревателями. потерь 82 тепла при разогреве битума πD 2 D Q п 0,01с в Gω k п πD H t 2 t 1 α 3 t 2 t , кДж/ч, 4 4 где св– удельная теплоемкость воды (св = 1 ккал/(кг 0С) или св = 4,2 кДж/(кг 0С) ω – обводненность битума, % (ω = 0,2…2,0) ; kп – коэффициент теплопередачи от нагретого битума к массе неподогретого (kп = 64 ккал/(м2 ч 0С); kп = 270 кДж/(м2 ч 0С)); D – диаметр зоны разогретого битума, зависящий от габаритов батареи нагревателей (ориентировочно D 1,7-2,0 м); Н – высота батареи нагревателей, м (Н = 1,5); 3 - коэффициент теплопередачи от битума к воздуху ( = 8 ккал/(м2 ч 3 0 2 0 С) или 3 = 33,6 кДж/(м ч С)); t – температура окружающей среды, град; G – производительность установки (количество подогреваемого битума), кг/ч; t1 и t2 – начальная и конечная температуры битума, 0С. Определение мощности источника пара в кг (парового котла, парообразователя) производят, исходя из потребного количества пара, т.е. Nи = Q/q, где Q – общее количество пара, используемое при приготовлении и транспортировании битума, ккал; q – теплосодержание 1 кг пара, определяемое по таблицам для пара соответствующего давления; для 0,8 МПа q = 662,3 ккал = = 2800 кДж. 83 7. Расчет технологической нормы расхода топлива при подготовке битума Технологическая схема подготовки битума на большинстве асфальтобетонных заводах (АБЗ) состоит из следующих стадий: - выгрузка битума из железнодорожных цистерн в битумохранилище; - слив битума в битумохранилище; - разогрев битума; - обезвоживание битума; - разогрев битума до рабочей температуры. 1.1. Расход тепла при выгрузке 1 т битума из железнодорожных цистерн определяется по формуле: Q q1 q 2 q 3 q 4 , тыс. кДж/т, η (7.1) где q1 – расход тепла на плавление 1 т битума, q1 – 125 тыс. кДж/т; q2 – расход тепла на нагрев 1 т битума, определяется по формуле: q 2 С 2 t k t н , тыс. кДж/т, (7.2) где C2 – удельная теплоемкость битума при средней температуре, тыс. кДж/т°С, принимается равной 1,84 тыс. кДж/т °С, или определяется по формуле: C 2 1.687 3.39 10 3 t ср , тыс. кДж/т °С, (7.3) где tср – средняя арифметическая температура битума между начальной и конечной, °С; tк – конечная температура разогреваемого битума, °С принимается равной 80 °С; tн – начальная температура разогреваемого битума, °С принимается равной 20 °С; q3 – расход тепла на возмещение потерь в окружающую среду определяется по формуле: q3 ΣFнп k(t k t н ) тыс. кДж/т, m б 1000 84 (7.4) где ΣFнп – суммарная площадь наружной теплоотдающей поверхности емкости, м2; паспортные данные; k – коэффициент теплопередачи через стенки емкости, Вт/м 2∙°С, для неизолированных резервуаров принимается равным 7 Вт/м 2∙°С, для изолированных – 3,5 Вт/м2∙°С, или определяется по формуле: k 1 1 δ ст δ из 1 a 1 λ ст λ из а 2 где a1 – коэффициент равный 55,1 Вт/м2∙°С; , Вт/м2∙°С, теплоотдачи от битума (7.5) к стенке, a2 – коэффициент теплоотдачи от наружной стенки емкости к окружающей среде, равный 23,3 Вт/м2∙°С; δст, δиз – соответственно толщина материала емкости и изоляции; паспортные данные; λст, λиз – соответственно коэффициенты теплопроводности материала емкости и изоляции, Вт/м2∙°С; mб – масса подогреваемого битума, т/ч. Для ориентировочных расчетов потери тепла в окружающую среду принимаются равным 15 – 20% от полезно расходуемого тепла. q 3 (15...20) (q1 q 4 ) , тыс. кДж/т битума, (7.6) где q4 – расход тепла на обогрев насосов при перекачке битума q4 ΣFk(t т t н.в. ) , тыс. кДж/т, m б 1000 (7.7) где ΣF – суммарная поверхность насосов, м2, условно принимается как сумма шаровых поверхностей; tт – температура теплоносителя, °С; tн.в – температура наружного воздуха, °С; η – КПД котла из паспортных данных. 1.2. Расход тепла на подогрев битума в резервуарах или хранилищах, определяется по формуле: 85 Q2 q1 q 2 q 4 q 5 q 6 q 7 , тыс. кДж/т, η (7.8) где q5 – расход тепла на нагрев влаги, содержащейся в 1 т битума, определяется по формуле: q5 W C в (t к t н ) тыс. кДж/т, 100 (7.9) где W – цифровое значение влажности битума, выраженное в процентах (в укрупненных расчетах принимается равным 5%, или исходя из фактических данных); Св – удельная теплоемкость воды, равная 1 кДж/кг∙°С; q6 – потери тепла через стенки и дно битумохранилища в расчете на 1т разогреваемого битума, тыс. кДж/т, определяется по формуле: q6 ΣFk(t к t в ) , тыс. кДж/т, ξ п 1000 где ΣF – суммарная площадь поверхности стенок битумохранилища, м2, из паспортных данных или путем замера; (7.10) и дна tв – средняя температуры окружающего воздуха, °С; ξп – производительность плавильного агрегата, т/ч; из паспортных данных; q7 – потери тепла от зеркала битума в окружающую среду конвекцией и лучеиспусканием, тыс. кДж/т, определяется по формуле: q7 Fзер (а к а л )(tп t в ) ξ 1000 , тыс. кДж/т, (7.11) где Fзер – площадь зеркала битума, м2; из паспортных данных или определяется замером; ак – коэффициент теплоотдачи конвекцией от горизонтальной поверхности зеркала битума, Вт/м2∙°С, ориентировочно принимается 2 равным 7,44 Вт/м ∙°С или определяется по формуле: а к 2,5(t п t в ) 0,25 , Вт/м2∙°С, (7.12) где ал – коэффициент теплоотдачи от зеркала битума лучеиспусканием, Вт/м2∙°С, ориентировочно принимаем равным 6,28 Вт/м2∙°С, или определяется по формуле: 86 С ал tп tв t п 273 4 t в 273 4 2 , Вт/м ∙°С, 100 100 (7.13) где С – коэффициент излучения поверхности, равный 4,65 Вт/м 2∙°С; tп, tв – соответственно температура на поверхности зеркала битума и воздуха вдали от зеркала битума; q4 – расход тепла на обогрев насоса битумохранилища, тыс. кДж/т. Для ориентировочных расчетов суммарный размер потерь тепла (q4+q5+q6+q7) принимается равным 20% от (q1+q2) и расход тепла (Q2) на подогрев 1 т битума в хранилищах в этом случае определяется по формуле: Q2 (q1 q 2 )k п , тыс. кДж/т, η (7.14) где kп – коэффициент потерь, равный 1,2. 1.3. Расход тепла на выпаривание влаги и нагрев битума до рабочей температуры (Q3), тыс. кДж/т, определяется по формуле: Q3 q3 q 4 q8 q9 , тыс. кДж/т, η (7.15) где q8 – расход тепла на нагрев 1 т битума до рабочей температуры, тыс. кДж/т, определяется по формуле (1.2) при следующих значениях входящих параметров: tн – начальная температура битума, равная его температуре в хранилище с учетом возможного остывания при транспортировке по битумопроводам (tн ≈ 70°С); tк – конечная температура битума (tк – до 160°С); C2=1,84…2,09 тыс. кДж/т°С q9 – расход тепла на выпаривание влаги, содержащейся в 1 т битума, тыс. кДж/т; определяется по формуле: q9 W (R 1,97 t в.п. ) , тыс. кДж/т, 100 где W – цифровое значение влажности битума, %; R – скрытая теплота парообразования, равная 2491,1 кДж/кг; 87 (7.16) tв.п. – средняя температура водяных паров, °С, принимается равной 120°С; q3 – потери тепла через стенки битумонагревательного агрегата за счѐт конвекции лучеиспускания, тыс. кДж/т, определяется по формулам (1.1, 1.4); q4 – расход тепла на обогрев насосов, тыс∙ккал/т, определяется по формулам (1.1, 1.7); η – КПД плавильного агрегата, из паспортных данных. 1.4. Расход тепла на обогрев битумопроводов, проложенных на открытом воздухе (Q4), тыс. кДж/т определяется по формуле: Q4 Q год G , тыс. кДж/т, (7.17) где Qгод – годовой расход тепла на обогрев битумопроводов, тыс. кДж определяется по формуле (1.18); G – масса битума, пропущенная через битумопровод, т. Q год q е L β τ 10 3 , тыс. кДж, (7.18) где qe – удельные тепловые потери изолированным битумопроводом, проложенным на открытом воздухе, Вт/м; определяются по формуле: q e μλ(t t t в ) , Вт/м, (7.19) где µ – условная величина для однослойной тепловой изоляции, полученная на основе обобщения опытных данных (приложение 1); λ – коэффициент теплопроводности изоляционного слоя, Дж/м∙°С (приложение 2); tt – температура теплоносителя внутри трубы, °С (при внешнем паровом обогреве – средняя температура пара tt=120 °С; при внешнем жидкостном обогреве – средняя температура жидкости теплоносителя; при видах внутреннего обогрева – температура битума внутри трубопровода); tв – температура наружного воздуха, принимается средней за сезон работы, °С. Для ориентировочных расходов удельные тепловые потери (qe) – принимаются равным 150 Вт/м; 88 L – длина битумопроводов, м; β – коэффициент потерь (приложение 3); τ – время работы битумопровода с учетом коэффициентов использования времени в течение смены и года, которые определяются опытным замером. 1.5 Расход тепла для нагрева жидкого топлива перед сжиганием его в печи дожига в расчете на 1 т битума, тыс. кДж/т, определяется по формуле: η С (t t н.т. )П т , тыс. кДж/т, (7.20) Q 5 п т к.т. Па где ηп – коэффициент ηп = 1,1…1,15; учитывающий потери, ориентировочно Ст – удельная теплоемкость топлива, ориентировочно С т=0,5 кДж/кг∙°С; t′к.т. – конечная температура топлива, °С; t′н.т. – начальная температура топлива, °С; Пт – суммарный часовой расход топлива в оборудовании, т/ч; Па – производительность установки т/ч; из паспортных данных. 1.6 Технологическая норма расхода условного топлива (Н) при производстве битума определяется по формуле: Н Q м К п , кг∙у∙т/т, (7.21) где Кп – коэффициент перевода тепловой энергии в условное топливо, в зависимости от типа котлов, их КПД; Qм – технологический расход тепловой энергии при производстве битума, тыс∙ккал/т, определяется по формуле: Q м Q1 Q 2 Q 3 Q 4 Q 5 тыс. кДж/т (1.22) 1.7 Пример расчета норм расхода топлива при получении битума Таблица 7.1 Исходные данные для расчета 89 Наименование величины Условные обозначения Единицы измерения Числовые значения tн °С 20 ΣFнп м2 70,62 tк °С 80 tк °С 90 Fн м2 1,138; 1,63 ΣF м2 36,3 mб т/ч 6 τ W ч % 1016 5 Начальная температура битума (средняя за весь период поступления битума) Суммарная площадь наружной теплоотдающей поверхности емкости Конечная температура прогрева битума Конечная температура разогрева битума в хранилище Площадь наружной теплоотдающей поверхности битумных насосов Суммарная площадь поверхности стенок и дна битумохранилища Масса подогреваемого битума и подаваемого насосом Годовой фонд времени работы насоса Цифровое значение влажности битума Коэффициент использования времени работы насосов Площадь зеркала битума Расход битума по битумопроводу Суммарная площадь поверхности плавильного агрегата (3 котла) Длина битумопровода Величина µ для тепловой изоляции битумопроводов Производительность агрегата битумонагревательного Коэффициент теплопроводности изоляционного материала битумопроводов Начальная температура топлива Конечная рабочая температура битума Конечная температура топлива Производительность установки Коэффициент перевода тепловой энергии в условное топливо Часовой расход топлива в оборудовании Коэффициент потерь КПД котлоагрегата Коэффициент теплопередачи через стенки изоляции битумонагревательного агрегата 0,5 Fзер. G М2 т/ч 25 6 ΣFп м2 90 L м 160 µ 7,8 ξл т/ч 6 λ Вт/м∙°С 0,17 t/н.т. tк / t к.т. Па °С °С °С т/ч 90 160 140 6 kп Пт 0,173 т/ч β η k 90 0,075 1,2 0,737 Вт/м2∙°С 0,798 РАСЧЕТ 1.1. Определение расхода тепла при выгрузке 1 т битума из железнодорожной цистерны (Q1) в том числе: 1.1.1. Расход тепла на плавление одной тонны битума q1 = 125,6 тыс. кДж/т. 1.1.2. Расход тепла на нагрев 1т битума q2 = 1,85∙(80 – 20) = 111 тыс. кДж/т. 1.1.3. Расход тепла на возмещение потерь в окружающую среду q3 = 70,62 7 (80 20) 4,94 тыс. кДж/т. 6 1000 1.1.4. Расход тепла на обогрев насосов при перекачке битума q4 = 1,138 7 (80 20) 0,08 тыс. кДж/т. 6 1000 1.1.5. Расход тепла при сливе 1 т битума Q1 = 125,6 111 4,94 0,08 327,8 тыс. кДж/т. 0,737 1.2 Определение расхода тепла на подогрев битума в хранилище (Q2) в том числе: 1.2.1. Расход тепла на плавление одной тонны битума. q5 = 125,6 тыс. кДж/т. 1.2.2. Расход тепла на подогрев 1т битума q2 = 1,85∙(90 – 80) = 18,5 тыс. кДж/т. 1.2.3. Расход тепла на нагрев влаги q5 = 5 4,1868 (90 80) 2,09 тыс. кДж/т. 100 1.2.4. Потери тепла через стенки и дно битумохранилища 91 q6 = 36,3 7 (90 20) 2,96 тыс. кДж/т. 6 1000 1.2.5. Потери тепла от зеркала битума в окружающую среду конвекцией и лучеиспусканием q7 = 25 (7,44 6,28) (90 20) 4 тыс. кДж/т. 6 1000 1.2.6. Расход тепла на обогрев насоса битумохранилища q4 = 1,138 7 (90 20) 0,093 тыс. кДж/т. 6 1000 1.2.7. Расход тепла на подогрев битума в хранилище Q2 = 125,6 18,5 2,09 2,96 4 0,093 207,9 тыс. кДж/т. 0,737 1.3. Определение расхода тепла на выпаривание влаги и нагрев битума до рабочей температуры (Q3) в том числе: 1.3.1. Расход тепла на нагрев 1 т битума до рабочей температуры q8 = 1,85∙(160 – 90) = 129,5 тыс. кДж/т. 1.3.2. Расход тепла на выпаривание влаги q9 = 5 (2491,1 1,97 120) 136,38 тыс. кДж/т. 100 1.3.3. Потери тепла через стенки битумонагревательного агрегата q3 = 90 0,798 (160 20) 1,68 тыс. кДж/т. 6 1000 1.3.4. Расход тепла на обогрев насосов q4 = 1,63 7 (160 20) 0,266 тыс. кДж/т. 6 1000 1.3.5. Расход тепла на выпаривание влаги и нагрев битума до рабочей температуры Q3 = 129,5 136,38 1,68 0,266 363,4 тыс. кДж/т. 0,737 92 1.4. Определение расхода тепла на обогрев битумопроводов (Q4) Удельные тепловые потери битумопроводов: qе = 1,163∙7,8∙0,15∙(120 – 20)=136,07 Вт/м; Qгод = 136,07∙160∙1,2∙1016∙0,5∙10-3=13271,7 тыс. кДж; Q4 = 13271,7 4,35 тыс. кДж/т. 6096 0,5 1.5. Определение расхода тепла для нагрева жидкого топлива перед сжиганием его в печи дожига Q5 = 1,15 2,09 (140 90) 0,075 1,5 тыс. кДж/т. 6 1.6 Определение технологического расхода тепловой энергии при производстве 1т битума Qм = 327,8+207,9+363,4+4,35+1,5 = 904,95 тыс. кДж/т Н = 904,95·0,173 = 156,56 кг∙у∙т/т 8. Обезвоживание и нагрев битума Нефтеперегонные заводы поставляют битум с содержанием влаги более допустимых 2,5 %. Часть битума поступает с обводнением 10-15 %. Для обезвоживания и нагрева его до рабочей температуры 150-170 ОС применяют различные установки. В отечественной практике для этих целей чаще всего используются пар и электроэнергия, а также битумоплавильные котлы с жаровыми трубами. 8.1. Виды битумоплавильного оборудования Битумонагревательное оборудование циклического действия представляют собой один или несколько котлов с жаровыми трубами и состоит из следующих основных узлов (рис. 8.1). По этой схеме выполнено оборудование циклического действия (установка ДС-6). 93 Рисунок 8.1. Битумоплавильный агрегат циклического действия: 1 – топка в сборе; 2 – котел; 3 – жаровые трубы; 4 – насос Более сложную конструкцию имеет оборудование непрерывного действия ДС-17 (рис.8.2). 8 Рисунок 8.2. Битумоплавильный агрегат непрерывного действия: 1 – котел; 2 – пароотделитель; 3,5 – битумные насосы; 4 – теплообменник; 6 – жаровые трубы; 7 – топка; 8–лоток Битум из хранилища закачивают в котел 1, где он обезвоживается и нагревается до рабочей температуры жаровыми трубами 6 за счет сжигания в топке 7 жидкого или твердого топлива. Из котла 1 битум насосами 3, 5 направляется в теплообменник 4, в котором производится интенсивное перемешивание горячего битума с холодным. Далее битум через пароотделитель 2 циклического типа стекает на лоток испарительной камеры 8, где также выделяется пар. С лотка (8) битум стекает в основной отсек котла 1. 94 Нагрев битума горячим минеральным маслом – наиболее прогрессивный и экономичный способ. Масло нагревают в специальных агрегатах и подают по трубам в битумные котлы. Обезвоженный и нагретый битум хранят в цистернах с паровым, электрическим и масляным обогревом емкостью от 10 до 30 м3. Автоматизация технологического процесса может быть частичной, комплексной или полной. На приобъектных битумных базах нередко применяется частичная автоматизация. Комплексную и полную автоматизацию чаще всего внедряют, когда битумная база входит как цех асфальтобетонного завода. В этом случае применяют дистанционное управление. Оператор на пульте управления формирует команды на включение, отключение или изменение технологического режима. 8.2. Методы обогрева битума Хранят битум при возможно более низкой температуре, обеспечивающей их перекачиваемость, что одновременно способствует сохранению свойств битума и уменьшению загрязнения окружающей среды. Наиболее простой способ обогрева – циркуляция битума через печь; по мере необходимости часть битума откачивается. При таком способе происходит ухудшение качества неоднократно нагреваемого битума и закоксовывание труб печного змеевика [11]. Для поддержания битума в горячем жидком состоянии в резервуарах используют также паровой или огневой обогрев [11]. Для парового обогрева внутри резервуара размещают змеевик. Но такой метод имеет существенный недостаток: при пропуске паровой линии возникает реальная угроза вскипания и выброса большой массы битума. Огневой обогрев проводят посредством жаровых труб, расположенных горизонтально в нижней части резервуара. Дымовые газы, образующиеся при сжигании топлива, проходят через трубы и выводятся в дымовую трубу. В этом случае возможен перегрев слоев битума, непосредственно прилегающих к поверхности жаровых труб, что ухудшает качество продукта. Менее целесообразным типом емкостей для хранения битума являются емкости с нагревом битума с помощью пламени горелки. В этом случае битум обогревается трубой, внутри которой происходит сгорание нефтепродуктов. При использовании такой системы нагрева следует быть особенно осторожным, поскольку возможен перегрев и коксование битума, находящегося в непосредственной близости с поверхностью трубы, что вызывает ускоренное старение вяжущего [16]. 95 За рубежом широко применяют обогрев жидким теплоносителем [11], в качестве которого используют масляные фракции переработки нефти или вакуумный газойль. Система обогрева теплоносителем включает печь для нагрева теплоносителя, расширительную камеру для выравнивания колебаний уровня и давления теплоносителя, обогревательные змеевики в битумных резервуарах и линии для обогрева трубопроводов. Обогрев теплоносителем в отличие от других методов исключает выбросы и перегрев битума. Использование в качестве теплоносителя пара или электроэнергии, а также битумоплавильные котлы с жаровыми трубами имеют существенные недостатки. Особо остро эти недостатки проявляются в последнее время из-за резкого роста стоимости энергоносителей, повышения требований к качеству битума и т.д. В настоящее время большинство емкостей для хранения битума обогревается с помощью жидкого масляного теплоносителя. Нагретый теплоноситель циркулирует по системе труб теплообменников, расположенных внутри емкости, вследствие чего тепло передается от теплоносителя к битуму. По мере нагрева битума его вязкость уменьшается, нагретый битум перемещается вверх, а менее горячий битум приходит в контакт с поверхностью труб, по которым циркулирует теплоноситель. С помощью термопар и электромагнитных клапанов система поддерживает требуемую температуру битума. 8.3. Битумоплавильные агрегаты Битумоплавилыные агрегаты предназначены для плавления, обезвоживания и нагревания битума до рабочей температуры. Ниже приведены рабочие температуры битумов различных марок. Рабочая температура битума, 0С БНД-200/300…………………………………..… 110-120 БНД-130/200……………………………….…… 120-130 БНД-90/130……………………………………… 130-150 БНД-60/90, БНД-40/60………………………… 140-160 MГ-25/40, СГ-25/40………………………….… 60-80 МГ-40/70, СГ –40/70…………………………… 80-100 МГ –130/200, СГ –130/200……………………. 100-120 96 Для интенсификации процесса обезвоживания битума используют низкотемпературный кремнийорганический полимер (CKTH-l). Введение двух-трех капель CKTH-l в котел с объемом приготовленного битума 10 т быстро устраняет вспенивание битума при подогреве до температуры, близкой к 100°С, препятствует его «уходу» из котла [7]. Продолжительность выпаривания воды из битума уменьшается в дватри раза по сравнению с обычным способом обезвоживания, облегчаются условия труда, сокращаются до минимума случаи травмирования рабочих, устраняется пожарная опасность. СКТН-l - это почти бесцветная слегка мутная жидкость без видимых примесей, удельный вес ее 0,965-1,000, молекулярный вес-15-100 тыс., вязкость по стандартному вискозиметру С205 120-180 с. При хранении СКТН-l надо защищать от солнечных лучей, не подвергать атмосферным воздействиям или смешивать с остатками кислот и других агрессивных веществ. Срок хранения его не более двух-трех лет. Битумоплавильные агрегаты могут быть стационарными и передвижными, периодического и непрерывного действия. В табл. 8.1 приведена характеристика битумоплавильных установок. Таблица 8.1 Характеристика битумоплавильных установок Наименование показателей Производительность при влажности битума 5%, т/ч Рабочая емкость, л Тип битумоплавильни Расход топлива, кг/ч Установленная мощность электродвигателей, кВт Д-335-1 Д-506 Д-649 0,6 3 10 6000 6000-8500 30000 Периодического Непрерывно Непрерывно действия с жаровыми го действия го действия трубами До 30 52 94,7 11,6 97 17,1 22,7 Рисунок 8.4. Битумоплавильная установка Д -335-1 Битумоплавильная установка Д-335-1 (рис. 8.4) состоит из нескольких котлов, каждый из которых установлен на салазках, вследствие чего их можно транспортировать на прицепе трактора или грузить на трейлер. Котлы выполнены из листовой стали толщиной 8 мм и снабжены изоляцией из асбеста и шлаковаты, покрытой сверху кожухом из листового железа. Внутри котла установлены две П-образные жаровые трубы. Топка котла установлена тоже на салазках. В качестве источника тепла можно использовать как жидкое, так и газообразное топливо. Битумная система обеспечивает циркуляцию битума во время подогрева в каждом из установленных котлов и между двумя соседними котлами, загрузку и выдачу готового битума из любого котла. Разогрев битума в котлах с жаровыми трубами имеет ряд недостатков, главный из которых - это соприкасание битума с жаровыми трубами, нагретыми до высокой температуры, что приводит к ухудшению пластических свойств битума. В настоящее время наряду с битумоплавильнями периодического действия (типа Д-335-1) стали применять битумоплавильные агрегаты непрерывного действия в том числе и бескотловые установки. Битумоплавильный агрегат непрерывного действия Д-506 (рис. 8.5) состоит из котла, выносной топки с форсунками, вентилятора и двух шестеренных насосов битума. Сначала котел 3 до половины своего объема заполняется битумом, который выпаривается и разогревается до рабочей температуры. После этого готовый битум насосом 7 через кран 5 подается в теплообменник 11. Затем в него через кран 10 начинают подавать обводненный битум из БХ. В теплообменнике битум, имеющий рабочую температуру, смешивается с обводненным битумом и нагревает его до температуры 140-150°С, при которой происходит интенсивное 98 паровыделение. Из теплообменника битум через пароотделитель 14 поступает в испарительную камеру 15 и по ее лоткам 17 через отверстие 19 стекает в основной резервуар лотка. Здесь он горячими газами, идущими из топки 1 по паровым трубам 2, нагревается до рабочей температуры и насосом 6 через трубу 8 и кран 4 выдается потребителю. Излишек битума по трубе 13 возвращается в котел. Поступая в испарительную камеру, битум тонким слоем растекается по ее лоткам, и не успевший выделиться в теплообменнике пар легко выделяется в атмосферу. Рисунок 8.5. Битумоплавильный агрегат Д-506 Чтобы не допустить попадания в асфальтосмеситель не полностью обезвоженного битума, поступающего в котел из испарительной камеры, в нем установлена перегородка 16. Контроль за температурой и уровнем битума осуществляется с помощью термометров 9 и 12 и поплавкового датчика уровня 18. Топка 1 состоит из барабана цилиндрической формы, футерованного внутри огнеупорным кирпичом. На одной раме с топкой установлены вентилятор-воздуходувка с электродвигателем, топливный насос с двигателем, пусковая аппаратура и бак для топлива. Воздух, подаваемый вентилятором в форсунку, предварительно подогревается, проходя под кожухом, которым окружена топка. Отработанные газы отводятся по дымовой трубе 20. На рис. 8.6 приведена технологическая схема приготовления битума при бескотловом способе нагрева битума в тонком слое, разработанном в Ростовском инженерно-строительном институте [7]. 99 Рисунок 8.6. Технологическая схема приготовления бескотловому методу: 1 – битумохранилище; установка; 3 – напорный бак; 4 – электронагревательный лотки с электронагревательными элементами (3 шт.); 6 емкость; 7 – сетка; 8 – трехходовой кран битума по 2 – насосная элемент; 5 – – расходная Битум, нагретый до 80-85 0С, из БХ 1 закачивается насосом 2 в напорный бак 3. Из бака битум самотеком попадает на лотки 5, протекая по которым, омывает поверхности электронагревательных элементов 4, нагревается до рабочей температуры, обезвоживается и стекает в расходную емкость 6. Тепловой режим регулируют включением в схему питания нагревательного теплового реле, которое автоматически включает в цепь дополнительное сопротивление. В напорном баке и расходной емкости тоже расположены нагревательные элементы, которые включаются в случае необходимости. Производительность установки - 1 т/ч, расход электроэнергии - около 40 кВт·ч. Для увеличения производительности используют несколько установок. Эта установка имеет ряд преимуществ перед котловыми: технологический процесс может быть автоматизирован; температура воздействия на битум снижается с 600 до 200-220 0С; время воздействия температуры не превышает 30 мин. 8.4. Определение количества битумоплавильных установок Суточную потребность в битуме Пб (в т) АБЗ устанавливают, исходя из максимального выпуска асфальтобетонных смесей [7]: Пб 100 РБ , 100 где Р – суточный выпуск асфальтобетонных смесей, т ; Б – содержание битума в смеси, % по весу. Количество битумоплавильных котлов iк П б k пн 1, Пк где kпн – коэффициент неравномерного потребления битума (kпн 1-1,2); Пк– суточная производительность котла, т/ч; Пк Т60k в Vк k н , tз tн tв где Vк – геометрическая емкость котла, м3; kн – коэффициент наполнения котла (kн = 0,75…0,8); kв – коэффициент использования котла по времени (kв 0,85…0,9); tз – время на заполнение котла битумом, мин; tз Vк k н , Пн где Пн – производительность насоса при загружении котла, т/ч; tн – время выпаривания и нагрева битума до рабочей температуры, мин; tв – время выгрузки битума из котла, мин; Т – количество часов работы установки, сут. Расход тепла и электроэнергии на обезвоживание и нагрев 1 т битума зависит от его влажности и составляет: Влажность битума, % по весу до Расход тепла, ккал (кДж) Расход электроэнергии, кВт ч 1 2 3 4 5 5400 11000 16200 21600 27000 (22 600) (46 000) (68 000) (91 000) (111300) 6,3 101 12,8 18,9 25,0 31,4 9. Битумопроводы и битумные насосы Для перекачивания битума на АБЗ и битумных базах используют объемные шестеренные с внешним и внутренним зацеплением и ротационно-плунжерные насосы. Наиболее распространены шестеренные битумные насосы с внешним зацеплением. Основные преимущества их по сравнению с другими типами насосов заключаются в том, что они просты по конструкции и обслуживанию, обладают высокой эксплуатационной надежностью и малым весом [15]. В таблице 9.1 приведена техническая характеристика битумных насосов. Таблица 9.1 Техническая характеристика битумных насосов Диаметр патрубка, мм Производительн Марка ость, л/мин, при насоса 300 об/мин нагнетательного Д-171А всасываю щего 400 75 90 До 2,5 0,7 6 500/900 75 100 До 1,5 0,6 20/18 Д-725/ Д-379* Потребн Высота Напо ая всасыв р, мощност ания, м МПа ь, кДж (л. с.) * Передвижной агрегат с двигателем Д-14. Для повышения эффективности работы насосов рабочую камеру обогревают с помощью пара, который является хорошим теплоносителем, или электричества. Нагревательными элементами при электрическом обогреве служат спирали из нихромовой проволоки, изолированные фарфоровыми бусами. Битум перекачивается по металлическим трубам. Для сокращения потерь тепла поверхность трубопровода изолируют такими материалами, как шлаковата, асбест, поролон и др. Эффективная изоляция трубопроводов достигается в том случае, если их помещают в трубе (рубашке), по которой циркулирует теплоноситель (газ, пар, жидкость). Масляный (жидкостный) обогрев битумных коммуникаций имеет ряд достоинств: жидкостные теплоносители можно нагревать до температуры 300 0С при атмосферном давлении; их применение позволяет контролировать систему обогрева битумных коммуникаций с пульта 102 управления и полностью автоматизировать регулирование нагрева теплоносителя, что затруднительно при паровом обогреве. В качестве жидкостных теплоносителей применяют минеральные масла (например, АТМ-300) с низкой вязкостью и высокой точкой кипения, не разлагающиеся при высокой температуре и не вызывающие коррозии в системе обогрева. На АБЗ с 1966 г. начали внедрять серийно выпускаемые установки для подогрева жидкости-теплоносителя. В этих установках применяли электрический метод подогрева теплоносителя. Имеются два конструктивных решения битумопровода с паровым подогревом. В одном из вариантов сварной битумопровод из трубы диаметром 76,2 мм размещают внутри паропровода из трубы диаметром 133 мм (рис.9.1). Второй вариант отличается тем, что паропровод диаметром 25,4 мм находится внутри битумопровода из трубы диаметром 133 мм (рис. 9.2) Имеются также два конструктивных решения битумных коммуникаций с электрообогревом: с внутренним электростержневым нагревателем и наружным электрообогревом (рис. 9.3). У битумопровода с внутренним электростержневым нагревателем стальной стержень диаметром 8 мм с надетыми на него керамическими втулками введен внутрь трубопровода диаметром 18,4 мм, который, в свою очередь, вставлен в битумопровод. На стержень подается напряжение от электросети. Рисунок 9.1 Битумопровод с внешним парообогревом: 1 – битумопровод; 2 – паропровод; 3 – соединительные фланцы 103 Рисунок 9.2 Битумопровод с внутренним парообогревом: соединительные фланцы; 2 – паропровод; 3 – битумопровод 1 – Рисунок 9.3 Битумопровод: а – обогреваемый электростержневым нагревателем; б – обогреваемый наружным электронагревателем; 1 – обогреваемый трубопровод 75 мм; 2 – защитная труба электронагревателя 17 мм; 3 – керамические втулки; 4 – стержень из арматурной стали диаметром 8 мм; 5 – рубероид, полоса шириной 10 см; 6 - асбест шнуровой диаметром 5 мм; 7 – асбест шнуровой 3 мм; 8 – труба диаметром 83 мм; 9 – асбест шнуровой 5 мм; 10 – нихром ленточный 10х1 мм; 11 – асбест шнуровой толщиной 5 мм У битумопровода с наружным электрообогревом на трубу диаметром 83мм сначала намотан шнуровай асбест диаметром 5 мм, а затем диаметрам 3мм. На два слоя шнурового асбеста намотан ленточный нихром размерам 10х1 мм, который служит нагревателем. Поверх нихрома намотан шнуровой асбест диаметрам 5 и 3 мм, затем налажен рубероид 104 шириной 10 см и обмотан шпагатам, пропитанным антисептикам. В табл. 9.2 приведены элементы битумопроводов с внутренним электрообогревом, рекомендованные ВНИИстройдормашем. При транспортировании битума из БХ в битумоплавильню и из битумаплавильни в битумный дозатор асфальтобетонного смесителя нужно обеспечить необходимую скорость течения разогретого битума. При этом скорость (в см/с) υ q , tω где q – соответственно емкость битумоплавильни или битумного дозатора, см3; ω – площадь поперечного сечения битумопровода, см 2; t – время, в течение которого должно быть обеспечено заполнение соответственно данной емкости, с. Таблица 9.2 Техническая характеристика электронагревателей Длина, Электронагреватели м НВС-1,2/1,0 НВС-2,5/1,5 НВС-3,0/2,0 НВС-3,7/2,0 НВС-5,1/4,0 НВС-5,5/4,0 НВС-5,8/5,0 1,2 2,5 3 3,7 5,1 5,5 5,8 Номинальное Мощность напряжение, , кВт В 380 1 380 1,5 380 2 380 2 380 4 380 4 380 5 Сопротивление спирали, Ом 141,6 96,3 72 72 36,2 36,2 28,9 Для обеспечения заданной скорости движения битума и выбора диаметра трубопровода важно определить потери напора в битумопроводе, которые зависят от характера режима движения. Режим движения вычисляют в зависимости от числа Рейнольдса, определяемого, исходя из средней скорости υ и кинематической вязкости битума: υd Re , ν где ν – кинематическая вязкость битума, которую для битума при температуре 150-180 0С принимают равной 0,5 см2/с; 105 d – диаметр битумоповода, см. ν 0,0731 0,0631 , ε где ε – условная вязкость в градусах Энглера. В зависимости от величины Re устанавливают характер режима движения. При Re<2320 будет ламинарный режим; при Re>13000 – турбулентный, а при 2320 < Re < 13000 – неустойчивый. Потери напора в м на 1 м битумопровода определяют: а) для ламинарного режима I 32ν υ , gd 2 где g – ускорение свободного падения, м/с2; υ – скорость подачи битума, м/с; ν – кинематическая вязкость битума, см2/с; d – диаметр трубопровода, м; б) для турбулентного режима λ υ2 , I d 2g где λ–коэффициент сопротивления трубы, определяемый по формуле Дарси: 1 1 λ 1 . 50 40d Значение коэффициента λ зависит от диаметра трубы и степени ее загрязненности. Для загрязненности труб вводят дополнительный коэффициент δ (λзагр=δλчист): Диаметр трубы, м λчист/δ 0,1 0,15 0,2 0, 4 0,45 0,5 0,025/2 0,0232/1,9 0,0224/1,8 0,0216/1,7 0,0213/1,6 0,021/1,5 106 Потеря напора от трения по всей длине битумопровода hf = I Lбит. Потери при закруглениях, в кранах, тройниках и т.п. для трубопроводов значительной длины невелики и их можно учитывать увеличением потерь по длине трубы до 10 %. Расчетную величину напора, которую должен создавать насос, определяют по формуле H p 1,1h f h т Н , где 1,1 – коэффициент запаса; hf, h т – потери напора от трения; Н – высота подачи битума, м. Мощность двигателя (в кВт), необходимую для создания насосом давления Нрасч (в м вод. ст.), при заданной производительности определяют по формуле N дв Q нас γН расч 102η , где Qнас – производительность насоса, л/ч; γ – объемная масса битума, γ = 1т/м3; η – КПД передач от двигателя к насосу, принимаемый равным 0,8–0,85. Расход пара (в кДж) на обогрев битумопровода Gc б t 1 t 2 k п πd 2 lθ , Q iп iк где G – весовой расход битума, кг/с; сб – удельная теплоемкость битума; kп – коэффициент теплоотдачи от пара в окружающую среду; d и l – диаметр и длина битумопровода, м; θ – разность температур между паром и окружающей средой, 0С; iп – теплосодержание пара; iк – теплосодержание конденсата; 107 t 1 и t 2 – температуры битума в начале и конце трубопровода, 0С. Необходимое количество тепла для заполненного битумом, кДж, составляет: разогрева трубопровода, Т = Т1 + Т2 + Т3, где Т1 – тепло, необходимое для разогрева вещества, находящегося в трубе; Т2 – тепло, необходимое для разогрева трубы; Т3 – потери тепла в окружающую среду. Т1 = mc(t2 – t1), где m – масса битума, заключенная в 1 м трубы, кг; с – теплоемкость битума; t1 – температура окружающей среды, 0С; t2 – расчетная температура нагрева, 0С. Lπ d 2 γ , m 4000 где L и d – длина и диаметр трубы, см; γ – удельная масса битума, г/см3. Т2 = m1c1(t2 – t1), где m1 – масса трубы длиной 1 м, кг; с1 – теплоемкость материала трубы. m1 π d δγ1 , 1000 где d – средний диаметр тубы, см; δ – толщина стенки трубы, см; γ1 – удельная масса материала трубы, г/см 3. Т3 = (Т1 + Т2)k, где k – коэффициент, учитывающий потери тепла (k 0,1). 108 В результате получим следующее выражение мощности нагревателя для разогрева трубопровода: для потребной Lπ d 2 γс t 2 t 1 πd δLγ1c1 t 2 t 1 T1 T2 k . Т Т1 Т 2 Т 3 4000 10. Камнедробильная база 10.1. Карьеры по добыче и переработке камня Естественными дорожными материалами называют породы, находящиеся в земной коре, которые могут быть использованы для строительства и при эксплуатации автомобильных дорог. Добываемые породы применяют в их естественном виде (бутовый камень, песок), после механической переработки (щебень, шашка) или после сортировки добытой массы, т. е. после отделения материала от пустых пород. Значительные скопления пород называют месторождениями данных пород. По происхождению все горные породы можно разделить на три основные группы: изверженные, осадочные и метаморфические. Изверженные (первичные породы) образуются в результате застывания расплавленной магмы. В зависимости от условий застывания изверженные породы делят на глубинные (интрузивные) и излившиеся (эффузивные). Первые имеют кристаллическое строение, вторые - плотное, стекловидное или мелкозернистое. Осадочные породы образуются при разрушении изверженных пород под влиянием различных механических и химических воздействий (песчаники) или в результате осаждения из воды с помощью органических веществ (известняки). К осадочным породам относятся и обломочные, образовавшиеся из обломков, и частиц разрушенных пород (валуны, гравий). Метаморфические породы образуются на глубине в результате изменения осадочных или изверженных пород под влиянием вулканических явлений (кварциты, доломиты, мраморы). Залегание пород в значительной степени зависит от их происхождения. Изверженные глубинные породы залегают главным образом в виде штоков, батолитов, лаколитов, жил, а излившиеся - в виде потоков, куполов. Осадочные породы залегают пластами. Пластом называется масса горной породы, имеющая значительное протяжение по простиранию и 109 падению, достаточно выдержанную мощность и залегающая между двумя параллельными плоскостями. Пласты породы небольшой мощности называются пропластками. Примерами пластообразного залегания пород являются месторождения известняка. Основными элементами пласта (рис. 10.1) являются простирание, падение и мощность. Протяжение пласта в длину называется простиранием. Линия пересечения пласта с горизонтальной плоскостью AБ называется линией простирания, а перпендикулярная ей линия ОВ в плоскости пласта - линией падения. Угол, образованный линией падения с горизонтальной плоскостью МЛН, называется углом падения пласта. Мощностью пласта h называется кратчайшее расстояние между кровлей и подошвой, т.е. между верхней и нижней границами пласта. Угол падения пласта и его мощность являются важными геологическими показателями, которые влияют при проектировании на выбор систем Рисунок 10.1. Элементы пласта разработки, на технико-экономические показатели работы карьера. Точное определение их является одной из основных задач разведочных работ. Из различных горных пород в дорожном строительстве наиболее распространены граниты (изверженные), песчаники, известняки (осадочные породы). Гранит - распространенная горная порода, кристаллическо-зернистого строения, которая состоит из кварца (20-40%), полевого шпата (4060%) и слюды (5-20%.). Прочность гранита зависит от крупности и однородности зерен минералов: чем мельче зерна, тем гранит прочнее. По величине зерен (кристаллов) гранит делят на мелко-, средне- и крупнозернистый. Временное сопротивление сжатию гранитов колеблется в значительных пределах, достигая 240 МПа или 2400 кг/см 2 и более (очень крепкие граниты), 220-160 МПа, 2200-1600 кг/см2 (крепкие), 150-110 МПа, 1500-1100 кг/см2 (средние), падая до 90-60 МПа, 900-600 кг/см2 (слабые). Граниты морозостойки и выдерживают до 200 и более циклов замораживания и оттаивания. Плотность гранита 2,6-2,7 т/м3. Песчаники представляют собой массу зерен - песчинок, связанных между собой природным цементирующим веществом. Прочность песчаников в основном зависит от характера цементирующего вещества, от которого и происходит название разновидностей песчаника. Прочными 110 считают кремнистые песчаники, в которых зерна связаны кремнеземом, а самыми слабыми - глинистые, зерна которых сцементированы глиной. По цвету и качеству песчаники разнообразны. Временное сопротивление их сжатию колеблется в больших пределах. В зависимости от размера зерен песчаники делят на грубо-, крупно-, средне- и мелкозернистые. Из разновидностей известняков в дорожном строительстве применяют главным образом плотные известняки, которые состоят из измельченных обломков известковых раковин, сцементированных углекислым кальцием. Чем мельче отдельные части и более плотно их срастание, тем тверже и плотнее порода. Физические свойства известняков очень разнообразны: часто известняки одного месторождения имеют различную прочность. Поэтому при выборе их для дорожного строительства необходима тщательная разведка и испытание образцов породы (опробование месторождения). Валуны имеют почти всегда округленную форму. В зависимости от породы, из которой они состоят, меняется их крепость и прочность. Размер валунов колеблется в больших пределах, достигая иногда нескольких метров в поперечнике. Гравий состоит из достаточно окатанных обломков различных минералов и горных пород/размерами от 5 до 70 мм. Порода, в которой более 50% гравия, а остальное пылеватые, песчаные и глинистые частицы, называется гравийным материалом. По происхождению и месту залегания гравий бывает ледниковым (горный), береговым и речным. Проектирование технологического процесса, выбор оборудования для переработки каменных материалов зависят от следующих основных физических и механических свойств горных пород: трещиноватости, предела прочности при сжатии, объемной, массы, разрыхляемости, буримости. Трещиноватость бывает явной и скрытой. Явная трещиноватость заметна невооруженным глазом, она делит породу на крупные куски различного размера. Трещины могут иметь постоянное или разное направление. Предел прочности при сжатии вычисляют как частное от деления массы (веса) груза, при которой образец горной породы начал разрушаться, на площадь его поперечного сечения, измеряют в килограммах на квадратный сантиметр, или в Паскалях (1 кг/см 2 ≈ 100 кПа = 0,1 МПа). Предел прочности пород при сжатии значительно колеблется: например у известняков от 20 до 250 МПа(200-2500 кг/см2), у гранитов от 60 до 370 МПа (600-3700 кг/см2) и т. д. При проектировании учитывают насыпную плотность породы, которая определяет массу единицы объема разрыхленной горной породы. Насыпная плотность горных пород, разрыхленных с помощью буровзрывных работ и погруженных экскаваторами (в кг/м 3), равны, 111 например, для гранитов Курманского камнещебеночного карьера - 1380; сиенитов, туфов ОАО «Высокогорского ГОК» - 1645; серпентинитов ОАО «Ураласбест» -1379; габбро Первоуральского рудоуправления – 1555; габбро Ревдинского камнебробильного завода -1406. Разрыхляемость пород характеризуется коэффициентом, который определяет увеличение их объема в карьере в процессе добычи. Коэффициент разрыхления мягких пород колеблется в пределах 1,2-1,3, а скальных пород 1,5-1,6. Значение насыпных масс и коэффициентов разрыхления очень важно при проектировании, так как нормы расхода взрывчатых материалов установлены на породы в плотном теле; объем готовой продукции (камня, гравия, щебня) определяется в разрыхленном состоянии (насыпная масса), а объем вскрышных пород, подлежащих разработке, определяется и учитывается в плотном теле. Буримость пород характеризуется чистым временем бурения 1 м шпура. В зависимости от буримости породы делятся на несколько групп. При проектировании это свойство необходимо знать, так как нормы выработки при буровзрывных работах и нормы расхода материалов при этих работах установлены, исходя из буримости пород. Нормы технологического проектирования предприятий промышленности нерудных строительных материалов при разработке принципиальных схем технологического процесса по переработке нерудных материалов условно подразделяют перерабатываемые породы на три типа: I. Однородные абразивные породы с пределом прочности на сжатие 80-100 МПа (800-1000 кг/см2) и выше. П. Однородные прочные неабразивные породы с пределом прочности на сжатие 60-150 МПа (600-1500 кг/см2). III. Неоднородные породы прочностью 10-150 МПа (100-1500 кг/см2), содержащие слабые прослойки и глину. 10.2. Определение типов и количества машин для транспортировки горных пород При добыче дорожно-строительных каменных материалов вес перевозимых пород очень значителен и превышает объем вырабатываемой продукции. На карьерах дорожно-строительных материалов используют различные виды транспорта. Наиболее распространены автосамосвалы для вывозки вскрышных пород на отвал и полезного ископаемого из карьера к дробильно-сортировочной установке или цеху. Для транспорта дробленого материала, щебня, отсевов от дробилок к грохотам и между ними используют ленточные транспортеры. 112 В последние годы наряду с автотранспортом на гравийных карьерах используют транспортеры для подачи горной массы из карьера на переработку. Ленточные транспортеры обеспечивают: равномерную подачу породы к дробильным агрегатам, грохотам и на склад; позволяют транспортировать грузы под углом до 20°; дают возможность на лентах производить отборку негодного материала (например, отбор глины из гравийной массы); благодаря своим небольшим поперечным размерам сокращают объем горно-подготовительных работ. Несложная их конструкция позволяет легко изменять длину и собирать транспортеры непосредственно в карьере. Недостатками ленточных транспортеров является: быстрый износ лент, особенно при транспортировке остроугольного материала (щебня). Ориентировочный срок службы лент конвейеров в зависимости от вида транспортируемого материала. Транспортируемый материал Дробленая порода крупностью, мм: до 300 >> 150 Щебень крупностью, мм: от 20 до 70 >> 5 >> 20 Гравий крупностью, мм: свыше 20 от 5 до 20 Песок влажный Отходы крупностью 0÷5 (0-10) мм Срок службы в годах (при двухсменном режиме) 0,8-1,0 1,2-1,5 1,5-2,0 2,0-2,5 2,0-2,5 2,0-3,0 2,0-2,5 2,0-3,0 необходимость установки отдельных линий транспортеров для перемещения различных пород или разных фракций щебня; ограниченность размеров транспортируемого материала; трудность загрузки материала экскаватором без применения передвижных перегрузочных бункеров; возможность примерзания породы к ленте, потеря эластичности ленты при температуре ниже 15°. На карьерах применяют различные типы автосамосвалов. Независимо от типа и грузоподъемности автомашины эффективное использование автотранспорта зависит от многих факторов, из которых основными являются: состояние автодорог; схема транспортировки; подъезд в забой и 113 взаимное расположение автомашины и экскаватора; соответствие между грузоподъемностью автомашины и экскаватора. При проектировании автотранспорта необходимо учитывать гряд требований к автомобильным дорогам, которые предъявляют Единые правила безопасности при разработке месторождений полезных ископаемых открытым способом, а именно: план и профиль автомобильных дорог должны соответствовать СНиП II-Д.5-72; земляное полотно для дорог необходимо возводить из прочных грунтов. Не допускается применение для насыпей торфа, дерна и растительных остатков; подъем карьерных дорог и заездов для автомобилей и автопоездов следует устанавливать, исходя из условий обеспечения безопасности движения и в зависимости от типа покрытия и он должен оставлять не более 0,08 (в исключительных случаях 0,10); уклоны в порожняковом направлении ограничиваются условия безопасности движения, но не должны превышать 0,12—0,15; ширину проезжей части устанавливают с учетом требований СНиП II-Д.5-72, исходя из размеров автомобилей и автопоездов с учетом зазоров между встречными автомобилями не менее 1,5м и от колеса до края проезжей части дороги не менее 0,5 м; временные въезды в траншеи следует устраивать так чтобы вдоль них при движении транспорта оставался свободный проход шириной менее 1,5 м. Радиусы кривых должны составлять при петлевых и спиральных заездах (трассах) для автомобилей не менее 20 м. Проезжей части дорог на кривых нужно придавать односкатный профиль с уклоном до 0,06 в сторону радиуса поворота. На прямых участках по уступам и по косогорам круче 30° проезжей части дороги придают односкатный профиль, но с уклоном 0,02 в сторону, противоположную бровке. Обочины в этих случаях имеют общий уклон с проезжей частью. Проезжую часть дороги внутри контура карьера (кроме забойных дорог) необходимо ограждать от призмы обрушения земляным валом или защитной стеной высотой не менее 0,7 м, а для автомобилей грузоподъемностью 10 т и выше не менее 1 м. На уступах из монолитной породы, не имеющих призмы обрушения, ограждение устанавливают не ближе чем на 1 м от края уступа. Для обеспечения нормального разворота автомашин ширина бермы должна быть не менее В Н (ctg ctg ) 2R A , где Н — высота нижележащего уступа, м; 114 β — угол естественного откоса пород; α—угол откоса уступа; а' — минимально допустимое расстояние от кузова до бермы безопасности (принимается равным 1,5 м); R — радиус поворота автомашин (для нормальных условий принимают R=1,2Rмин); Rмин — минимальный радиус; Rмин≈ 8÷12 м; α" — расстояние от развала взорванной скальной породы до автомашин (принимается равным 1,0 м); А — ширина заходки экскаватора, м. Автомобильные дороги и подъезды в забои проектируют так, чтобы автотранспорт бесперебойно мог подъезжать к погрузочному механизму (экскаватору). Наиболее целесообразна организация кольцевой откатки, которая обеспечивает поточность движения. При этом выезды из карьера для грузовых автомашин и въезды для порожних могут быть пройдены под разными углами, что сокращает длину траншей. При кольцевой откатке независимость движения автомашин, отсутствие встречного движения разрешает двигаться с большой скоростью. При проектировании выбор грузоподъемности транспорта должен быть увязан с емкостью ковша экскаватора. Нормы технологического проектирования рекомендуют соотношения, приведенные в табл.10.1. Таблица 10.1 Рекомендуемые соотношения между емкостью ковша экскаватора и грузоподъемностью автосамосвала Прямая лопата емкость ковша грузоподъемность экскаватора, м3 автосамосвала, т 1,0 5-7 1,24 7-11 2,0 11-17 Драглайн емкость ковша грузоподъемность экскаватора, м3 автосамосвала, т 1,0 7-11 1,5 11-17 2,0 17 Объем материала, перевозимого автомобилем можно определить по формуле 115 Q T k B p k ГР , tP где Т - число часов работы в смену; кВ - коэффициент использования рабочего времени (кВ≈0,85-0,9); р - полезная грузоподъемность автомобиля, т; kГР - коэффициент использования грузоподъемности; tР - продолжительность одного рейса, ч; γ - объемная масса перевозимого материала, т/м3. Количество экскаватора машин, необходимых для обслуживания одного na QЭ / Q , где QЭ — сменная выработка экскаватора, м3. t P t1 t 2 t3 v1 v2 Продолжительность одного рейса где l - дальность транспортировки, км; v1 - скорость перемещения с грузом (v1=15÷20 км/ч); v2 - скорость перемещения порожняком (v2=15÷25 км/ч); t1 - время разгрузки автосамосвала (t1≈1,0 мин); t2 - время на маневры автосамосвала (t2≈2-3 мин); t3 -время погрузки автосамосвала, ч; t3=n/nц, где п — целое число циклов экскавации, необходимое для загрузки одного автосамосвала; n p , q 116 где q - емкость ковша, м3; nц - число циклов экскавации в минуту (табл. 10.2). Таблица 10.2 Число циклов экскавации за 1 минуту Группа грунтов Э-652 I II III IV V 2,49 2,30 2,19 2,09 2,01 Прямая лопата Э-1251, ЭЭ-10011 Э-1252 2005 2,39 2,36 2,26 2,20 2,18 2,08 2,08 2,06 1,95 1,99 1,96 1,87 1,91 1,88 1,79 Э-2503 2,23 2,06 1,92 1,85 1,77 Драглайн Э-1251, Э-10011 Э-1252 2,16 2,03 1,98 1,87 1,83 1,72 - Техническая производительность ленточного транспортера (в м 3/ч) Q = 3600FvkТ, где F - поперечное сечение слоя материала, м 2 (F ≈ 0,11 В2 - для лотковой ленты, F ≈ 0,06 В2 — для плоской ленты); v - скорость ленты, м/с; kТ - коэффициент, учитывающий угол наклона транспортера; Угол наклона транспортера, град… 0-10 11-15 16-18 19-22 kT……………………………………. 1 0,95 0,90 0,85-0,80 В - ширина ленты, м. Ширина ленты (в мм) транспортируемых кусков амакс: зависит от максимальных размеров В 2 м акс 200 Ширина лент стандартизована и составляет 300, 400, 500, 650, 800, 1000, 1200, 1400 и 1600 мм. 117 Допустимый угол наклона ленточных транспортеров (в град) зависит от рода транспортируемого материала, его состояния и не должен превышать следующих величин, приведенных в табл. 10.3. Таблица 10.3 Максимальные значения скорости и угла наклона транспортера Транспортируемый материал Камень дробленый крупностью, мм: до 350 >> 150 >> 70 >> 20 Щебень сортированный Гравийно-валунная масса в зависимости от крупности валунов Гравийно-песчаная масса Гравий сортированный Песок Скорость ленты, м/с Угол наклона, град 1,75 1,75 2,0 2,5 2,5 16 18 20 20 18 1,75 14-16 2,5 2,5 3 18-20 16 18-20 Потребная мощность (в кВт) для привода ленточного конвейера Qv 2 1 N (QH fQL ), 367 2 g где Q - производительность конвейера, т/ч; Н - высота подъема материала (для наклонных конвейеров), м; L - длина конвейера, м; f - коэффициент сопротивления движения ленты с учетом трения в подшипниках (f = 0,05); v - скорость движения ленты, м/с; η - коэффициент полезного действия конвейера, η≈0,5÷0,7; g - 9,8 м/с2. 10.3. Выбор оборудования для переработки горных пород Переработка горных пород заключается в изменении их размера (дробление), сортировке по размерам (грохочение), очистке от примесей 118 пустых пород и глинистых частиц (грохочение и промывка), разделение их по прочности (классификация). Проектирование технологических схем переработки включает перечисленные элементы и выбор соответствующего оборудования, которое может обеспечить выпуск продукции (щебень, гравий, песок), соответствующий ГОСТам или техническим требованиям. Дробление является обязательным элементом при переработке каменных материалов в щебень. Этот процесс характеризуется степенью измельчения, т.е. отношением среднего размера загружаемых в дробилку камней D к среднему размеру раздробленных кусков d: В связи с ограниченной степенью измельчения дробилок большим размером добываемого камня и потребностью в мелких фракциях щебня только при проектировании небольших карьеров можно ограничиться одной дробилкой, чаще следует применять дробление последовательно на двух и более камнедробилках. Одна ступень измельчения материала до определенных размеров на одной или нескольких параллельно установленных камнедробилках называют стадией дробления. Стадию дробления составляют операции дробления вместе с относящимися к ней на каждом данном участке технологического процесса операциями грохочения. Дробление исходной горной породы, поступающей из карьера, называется первой стадией дробления или первичным дроблением. 10.4 Дробилки ударного действия В измельчителях ударного действия измельчение материала осуществляется под действием ударных нагрузок. Эти нагрузки могут возникать при взаимном столкновении частиц измельчаемого материала, столкновении частиц материала с неподвижной поверхностью, столкновении материала и движущихся рабочих органов машин. К дробилкам ударного действия относятся роторные и молотковые дробилки, а также пальцевые измельчители. 10.4.1 Особенности рабочего процесса В дробилках ударного действия кусок подвергается воздействию рабочего органа только с одной стороны. Возникающая при этом сила уравновешивается силой инерции куска, которая должна быть достаточной для создания разрушающих напряжений. 119 Дробление материала происходит под воздействием механического удара. При этом кинетическая энергия движущихся тел частично или полностью переходит в деформации разрушения. Данные дробилки применяют для измельчения малоабразивных материалов средней прочности и мягких (известняков, мела, гипса, калийных руд и др.). Они позволяют получить высокую степень измельчения i = 15…20, в отдельных случаях до i = 50, что позволяет уменьшить число стадий дробления. Дробилки отличаются простотой конструкции и эксплуатации, избирательностью дробления и малой металлоемкостью [17, 18]. По конструкции рабочих органов различают роторные с жестко закрепленными билами (рис. 10.2, а, в, г), молотковые с шарнирно подвешенными молотками (рис. 10.2, б), дробилки ударного действия и пальцевые измельчители. По числу роторов различают однороторные (рис. 10.2, а) и двухроторные (рис. 10.2, в, г) дробилки. Двухроторные дробилки одноступенчатого дробления (рис. 10.2, в) имеют высокую производительность. Исходный материал поступает равномерно на оба ротора, которые работают самостоятельно в одном корпусе. В двухроторных дробилках двухступенчатого дробления (рис. 10.2, г) материал в зоне действия первого ротора подвергается предварительному дроблению, а затем в зоне действия второго ротора – повторному дроблению. Рисунок 10.2: Принципиальные схемы ударных дробилок Роторные дробилки могут применяться для дробления крупных кусков, так как имеют массивный ротор и обладают большим запасом энергии рабочих органов. В молотковых дробилках (рис. 2.14, б) процесс дробления определяет лишь кинетическая энергия самого молотка. В пальцевых измельчителях рабочим органом являются два диска с установленными по их периферии пальцами. Различают пальцевые измельчители с одним вращающимся диском (дисмембраторы) и с двумя вращающимися навстречу друг другу дисками (дезинтеграторы). 120 Типоразмеры роторных и молотковых дробилок определяются диаметром и длиной ротора, а пальцевых измельчителей – наружным диаметром диска. 10.4.2 Конструкции дробилок По технологическому назначению роторные дробилки делят на дробилки крупного (ДРК), среднего (ДРС) и мелкого дробления (ДРМ). Принципиальные конструктивные схемы роторных дробилок, во многом, одинаковы и отличаются числом отражательных плит и соотношениями размеров ротора. Камера дробления у дробилок ДРК образуется ротором и двумя отражательными плитами, у дробилок ДРС и ДРМ – ротором и тремя плитами. Конструкция роторной дробилки для крупного дробления показана на рис. 10.3. Корпус дробилки – сварной, разъемный, состоит из основания 1 и верхней части 2. Верхняя часть корпуса изнутри футерована броневыми плитами 3. Вал ротора 8 установлен на роликовых подшипниках, расположенных в корпусах основания 1. Корпус ротора – стальной, литой, в пазах клиньями закреплены била 6 из износостойкой стали или отбеленного чугуна. Внутри верхней части корпуса шарнирно закреплены несколько отражательных плит 4. Пространство между ротором, отражательной плитой и боковыми футеровочными плитами образует камеру дробления. Для регулирования степени измельчения расстояние между нижними кромками отражательных плит и билами изменяется при помощи подпружиненных тяг 5. Они являются Рисунок 10.3. Роторная также механизмами предохранения машины от поломок при попадании в нее недробимых дробилка предметов. Верхняя часть корпуса имеет разъемные переднюю и заднюю части. Последняя при помощи встроенного домкрата может откидываться на шарнире, что облегчает доступ к рабочим органам для их осмотра и ремонта. Приемное отверстие дробилок снабжают цепной завесой, исключающей выбрасывание кусков измельчаемого материала под воздействием бил. Конструкция молотковой дробилки показана на рис. 10.4. Корпус дробилки состоит из основания 1 и крышки 10. В сварном корпусе вращается вал ротора 3, установленный на роликовых подшипниках 2, вынесенных за пределы корпуса. Корпус изнутри футерован сменными броневыми плитами; в левой части крышки установлена отбойная плита 9. 121 Рисунок 10.4. Молотковая дробилка На валу ротора размещены диски 6 с дистанционными кольцами между ними. Через диски проходят оси 4 с шарнирно подвешенными молотками 5. Число рядов молотков и их общее количество определяется назначением дробилки и ее размерами. На крупных дробилках устанавливают до 100 молотков массой 4…70 кг (в зависимости от типоразмера дробилки). Для регулирования размера частиц продукта в крупных дробилках используется отбойный брус 8, перемещаемый в направляющих и фиксируемый в требуемом положении винтами. В нижней части камеры дробления установлены две колосниковые решетки: поворотная 7, шарнирно подвешенная на оси и выкатная. Рама 13 выкатной решетки установлена на катках, опорами для которых служат рельсы 12. Зазор между выкатной решеткой и молотками регулируют вращением эксцентриков 11. Била и молотки, работающие в тяжелых условиях в абразивной среде, изготовляют из стали 110Г13Л или из обычной углеродистой стали с наплавкой на рабочие поверхности износостойких сплавов. 10.4.3 Расчет параметров дробилок ударного действия Производительность роторных дробилок определяют, допуская, что била ротора подобно фрезе срезают стружку материала, который опускается на ротор под действием силы тяжести. В соответствии с этим теоретическая производительность дробилки (рис. 10.5) равна П = В Lp h n z, м3/с, В – длина хорды дуги ротора, соприкасающейся с материалом, м; Lp – длина ротора, м; h – толщина стружки, равная пути свободно падающих тел за время поворота ротора от одного била до следующего, м; n – частота вращения ротора, об/с; z – число рядов бил ротора. 122 С учетом конструктивных и кинематических соотношений, влияющих на параметры B и h, сплошности потока материала и другие факторы предложено определять производительность по формуле где Dp – диаметр ротора, м; vp – окружная скорость бил ротора, м/с; kβ – коэффициент, зависящий от положения первой отражательной плиты (kβ = 1,3 при полностью опущенной плите и kβ = 5,2 при полностью приподнятой плите). Рисунок 10.5 Схема для Барабашкин В.П. [19] предложил формулу расчета для расчета ориентировочной производительности производительности молотковых дробилок: роторной дробилки при при где Dp и Lp – в м; n – в об/с. Мощность двигателя роторных дробилок с большой степенью i измельчения рассчитывают на основе оценки удельной энергии, расходуемой на дробление, с учетом показателя удельной, вновь открытой поверхности: где Э – энергетический показатель, зависящий от свойств измельчаемого материала и равный 15…40 Вт∙ч/м2; Dсв – средневзвешенный размер исходного материала, м; η – кпд привода. Мощность двигателя молотковых дробилок где П – в т/с. Для реализации силы удара, необходимой для разрушения куска, его масса должна быть достаточной для создания соответствующей реактивной силы инерции, воспринимающей силу удара. Минимальный критический размер куска должен быть равен где – предел прочности материала при растяжении, Па; ρ – в кг/м3; vр – в м/с. Необходимая окружная скорость ротора При соударении твердых тел сила удара зависит от их масс, относительной скорости удара, физико-механических свойств материалов и форм контактных поверхностей. На практике часто имеет место промежуточное положение между упругим и неупругим ударом. Поэтому 123 определить энергию, расходуемую на разрушение куска, исходя из классической теории удара практически невозможно. Косарев А.И. [20], исходя из баланса энергии ротора и куска до после удара и экспериментов, учитывающих реальные условия процесса, предложил формулу для расчета энергии дробления где k1 = 0,9 ... 0,95 – коэффициент, учитывающий условия процесса; mк– масса куска, кг; vр – в м/с. Согласно теории удара при соударении куска массой mк, значительно меньшей массы ротора mр, и при условии, что скорость куска в направлении удара практически равна нулю, ударный импульс при внецентренном ударе где kв – коэффициент восстановления, равный отношению относительных скоростей тел до и после удара, ; е – эксцентриситет ударной силы относительно центра масс куска; r – радиус инерции куска, м. При е = 0 S = mк vp (1 + kв). При выводе приведенных формул сделаны допущения, что соударяющиеся тела не разрушаются. В первой фазе удара кинетическая энергия ротора переходит в потенциальную энергию упругих деформаций. В этот момент все точки куска приобретают скорость, равную скорости ротора. Во второй фазе энергия упругих деформаций переходит в кинетическую энергию движения куска. При этом кусок, отталкиваясь от ротора, приобретает скорость kв vв. Сила удара уменьшается до нуля, а абсолютная скорость куска vк = vp + kвvр = vр(1+kв) В действительности же кусок разрушается. При этом ударный импульс, действующий на ротор, равен где β – коэффициент активной массы (β = 0,4 ... 0,5). При окружной скорости ротора 20...40 м/с время удара составляет 0,001…0,008 с, промежутки между ударами, когда ротор накапливает энергию, на порядок больше (0,024…0,012 с) и, следовательно, на удар используется только кинетическая энергия ротора [21]. Для осуществления дробления в рассматриваемых условиях ротор должен иметь динамический момент инерции где ωн – номинальная угловая скорость ротора, рад/с; δ = (ωmax –ωmin)/ωн – степень неравномерности хода ротора, принимаемая равной 0,02…0,03. Ударную силу можно определить по формуле 124 где tу – время удара. Эту силу принимают в качестве исходной нагрузки для определения сил, действующих на вал и подшипники ротора. Конструктивные размеры молотковых дробилок определяют в зависимости от размера d максимального куска в исходном материале. Диаметр ротора для дробилок с вертикальной загрузкой Dр = 3d + 550, длина ротора Lр = (0,8…1,2)Dр. Длину молотка от оси подвески до внешней кромки рекомендуется принимать равной (0,2…0,25)Dр. Форма и размеры молотков должны обеспечивать максимально возможную разгрузку оси их подвески при ударе. Это выполняется при следующих условиях. Пусть молоток массой m, центр инерции которого находится в точке С, может свободно вращаться на оси подвески в точке А (рис.10.6) и к нему приложен ударный импульс S. До удара молоток относительно ротора неподвижен. После удара скорость центра инерции молотка в тот же момент будет равна uc = ωb. Проекция ударного импульса на ось y равна Sy = 0 и проекция ударного импульса в шарнире SАy = 0. Согласно теореме о том, что изменение проекции количества движения центра инерции системы на оси x и у равно сумме ударных импульсов, можно записать Sx + SАx = muc. В соответствии с условием разгрузки от удара оси подвески молотков SАx = 0 и согласно схеме Sx = S. Тогда S = muc = mωb. Угловая скорость тела после удара в соответствии с теорией удара где J – динамический момент инерции молотка, кг·м2. В соответствии с последним выражением Условие разгрузки осей подвески молотка и подшипников ротора от удара выполняется при моменте инерции равном При эксплуатации высокоскоростных дробилок ударного действия важное значение имеют мероприятия по обеспыливанию производственных помещений, что достигается аспирацией дробилок. Роторные дробилки в аэродинамическом отношении практически подобны лопастным вентиляторам. Била ротора за один оборот взаимодействуют с воздухом объемом Рисунок 10.6. Схема для молотка расчета молотка параметров 125 где h – высота бил, м. Вращающийся ротор обеспечивает расход воздуха где kω – коэффициент, учитывающий местные сопротивления в дробилке; для дробилок с колосниковыми решетками kω = 0,42, для дробилок с тремя отбойными плитами kω = 0,34; n – в об/мин. Работа роторных дробилок сопровождается эжекцией воздуха потоком щебня, который выбрасывается из машины со скоростью, превышающей скорость воздушных потоков. Расход воздуха может быть определен по формуле где П – производительность дробилки; kэ – коэффициент пропорциональности. Необходимая производительность аспирационного устройства роторной дробилки с колосниковой решеткой при местном отсосе равна где ky – коэффициент, зависящий от конструкции укрытия, ky ≈ 1,15. 10.4.4 Пример расчета молотковой дробилки Задание. Определить основные размеры рабочих органов, производительность, мощность двигателя молотковой дробилки по следующим исходным данным: средний диаметр частиц измельчаемого материала d н = 0,02 м; плотность частиц материала ; насыпная плотность ; продолжительность удара −3 молотка по частице материала t = 10 с; сила сопротивления частицы разрушению P = 120 Н. Принимаем начальную скорость движения частиц материала равной нулю. Тогда минимально необходимая окружная скорость молотка где m – масса измельчаемой частицы, кг. Тогда 126 Зададимся размерами молотка: длина a = 100 мм, ширина b = 40 мм, толщина 10 мм. Молоток будет изготовляться с одним отверстием. Расстояние от центра массы молотка до оси отверстия равно c = (a2 ∙ b 2 ) / 6a = (0,12 0,04 2 )/(6 ∙ 0,1) = 0,0193 м = 19,3 мм. Квадрат радиуса инерции молотка относительно его центра массы определяется по формуле rс2 = (a 2 ∙ b 2c ) / 12 = (0,12 ∙ 0,04 2 ) / 12 = 0,000965 м 2 = 9,65 см 2 . Радиус инерции молотка относительно оси его подвеса равен: Расстояние от конца молотка до оси его подвеса равно l = c + 0,5a = 19,3 + 0,5 ∙ 100 = 69,3 мм. Устойчивая работа молотковых дробилок наблюдается при условии неравенства расстояний от оси подвеса молотка, как до его внешней рабочей кромки, так и до оси ротора. В соответствии с этим принимаем расстояние от оси подвеса молотка до оси ротора равным R0 = 90,7 мм, т.е. больше расстояния от конца молотка до оси его подвеса (R0 > l). Тогда радиус наиболее удаленной от оси ротора точки молотка будет равен Rmax = R0 + l = 90,7 + 69,3 = 160 мм. Необходимая угловая скорость молотка = v / Rmax = 12 / 0,16 = 75 рад/с. Принимаем угловую скорость молотка с некоторым запасом равной = 100 рад/с. Масса стального молотка равна mм = Vм где = 0,1 ∙ 0,04 ∙ 0,01 ∙ 7850 = 0,314 кг = 314 г , = 7850 кг/м 3 – плотность стали. Радиус окружности определяется по формуле расположения центров Rc = R0 + c = 90,7 + 19,3 = 110 мм. 127 массы молотков Центробежная сила инерции молотка равна Pи = mм 2 Rc = 0,314 ∙100 2 ∙ 0,11 = 3454 Н. Диаметр оси подвеса молотка где – допускаемое напряжение на изгиб, = 100 МПа. Для диска, изготовленного из стали марки Ст.5, допускаемые напряжения при смятии а при срезе с учетом предела текучести Толщина диска определяется по формуле Принимаем толщину диска равной = 5 мм . Минимальный размер перемычки между отверстиями под оси подвеса и наружной кромкой диска равен Принимаем ее равной 6 мм. Наружный радиус диска R = R0 + 0,5d + hmin = 90,7 + 0,5 ∙ 20 + 6 = 106,7 мм. Принимаем его равным 110 мм. Тогда размер перемычки будет равен 9,3 мм, что находится в допустимых пределах (h > hmin ). В соответствии с полученными выше данными диаметр ротора дробилки может быть рассчитан по формуле Dр = 2(R0 + l ) = 2(90,7 + 69,3) = 320мм. Длина ротора принимается по рекомендациям [22]: Lp = (0,8...1,2)Dр = 1,2Dр = 1,2 ∙ 0,32 = 0,384 м. Принимаем длину ротора равной Lp = 0,4 м. Производительность дробилки определяется по формуле [19]: П = 1,66Dр Lр2 n, м3/с, 128 где n – частота вращения ротора, об/с. По известной вращения ротора n = 30 угловой / скорости молотка определим частоту = 30 ∙ 100 / 3,14 = 955 об/мин = 16 об/с. Тогда производительность дробилки П = 1,66 ∙ 0,32 ∙ 0,4 2 ∙ 16 = 1,36 м3/с. Мощность двигателя дробилки рассчитывается по формуле N = (360…540)Пi, где i – степень измельчения, принимаем ее равной i = 30 ; П – производительность дробилки, т/с. Тогда N = 360 ∙ 1,36 ∙ 1,2 ∙ 30 = 17625,6 Вт = 17,6 кВт. Принимаем мощность двигателя N = 20 кВт. Диаметр вала в опасном сечении у шкива рассчитывается по формуле С учетом ослабления вала шпоночным пазом принимаем d 0 = 25 Максимальное окружное напряжение в диске на образующей центрального отверстия равно: где – плотность материала диска, = 7850 кг/м3; R – наружный радиус диска, м; r0 – радиус центрального отверстия диска, м. = 7850 ∙ 80 2 (0,0825 ∙ 0,1062 + 0,175 ⋅ 0,012 2) = 5,46 ∙ 10 4 Па = 0,054 МПа. Окружное напряжение от сил инерции молотков на образующей центрального диска определяется по формуле где Pи – центробежная сила инерции молотка (без учета отверстия в 129 нем), Н; z – число отверстий в диске под оси подвеса (число молотков); – толщина диска, м. = 3454 ∙ 0,09 ∙ 4 /[3,14 ∙ 0,005(0,09 2 − 0,012 2 )] = 11 ∙ 106 Па = 11 МПа. Суммарное напряжение на образующей центрального отверстия рассчитывается по формуле где – максимальное окружное напряжение в диске постоянного сечения на образующей центрального отверстия, Па; – окружное напряжение на образующей центрального отверстия, учитывающее массу молотков, Па. = 5,46 ∙ 104 + 11∙106 = 11,05 МПа. Расчетное значение суммарных допустимых пределах, т.е. < [ ] . напряжений находится в В результате выполненного расчета, молотковая дробилка при измельчении материала от d н = 0,02м, обеспечивающая степень измельчения i = 30 , должна иметь следующую техническую характеристику: производительность П = 1,36 м3/с; диаметр ротора Dр = 0,32 м; длина ротора Lр = 0,4 м; частота вращения ротора n = 16 об/с; мощность двигателя N = 20 кВт. Контрольные вопросы 1. Назовите типы дорожных битумов. 2. Способы транспортирования и хранения битумов. 3. Классификация 4. 5. 6. 7. 8. При каких температурах получают и укладывают горячую асфальтобетонную смесь? При каких температурах получают и укладывают холодную асфальтобетонную смесь? Какие основные преимущества активированного минерального порошка перед неактивированным? Как изменяется производительность сушильного барабана на асфальтосмесительных установках при увеличении влажности минеральных материалов? Как и при какой температуре и вводят в асфальтосмеситель битум? 130 Перечислите методы разогрева битума и укажите самый передовой (щадящий) по отношению к битуму способ. 10. Какими технологическими приемами осуществляют активацию минерального порошка? 11. Укажите преимущества транспортирования и хранения битума с использованием технологии «НОМБУС». 12. Какие факторы влияют на получение щебня кубовидной формы? 13. Укажите особенности производства щебня из гравия? 9. 131 Библиографический список 1. Проектирование производственных предприятий дорожного строительства [Текст]: учеб. пособие для вузов. – М.: Высш. шк., 1975. – 351 с. 2. Шестоповалов, К.К. Подъемно-транспортные, строительные и дорожные машины и оборудование: учеб. пособие. – М.: Мастерство, 2002. – 320 с. 3. Марышев, Б.С. Современные асфальтобетонные заводы и оборудование [Текст] / Б.С. Марышев, Б.Н. Соловьев. // М.: Автомобильные дороги: информ. сб./ Информавтодор. – 2000. – Вып. 4. – 72 с. 4. Дорожно - строительные машины и комплексы: учебник для вузов / под ред. В. И. Баловнева и др. Москва – Омск, 2001. – 528 с. 5. Методические рекомендации по расчету норм расхода топливно – энергетических ресурсов. – Москва, 1991. – 58 с. 6. Силкин В.В. Производственные предприятия дорожного строительства. – М.: МАДИ, 2000. – 44 с. 7. Проектирование производственных предприятий дорожного строительства: [Текст] Учеб. пособие для вузов. М.: Высш. шк., 1975. 351 с. 8. Скрипкин А.А. Перевозка дорожных битумов в специальных контейнерах [Текст] / А.А. Скрипкин, И.Я. Знаменщиков // Строительные материалы - 1998. №11.-С.16-17. 9. Грудников И.Б., Современная технология производства окисленных битумов [Текст] / И.Б. Грудников. М.: ЦНИИТЭнефтехим, 1980. 54 с. 10. Королев И.В. Дорожно-строительные материалы [Текст] / И.В. Королев, В.Н. Финашеин, Л.А. Феднер. М.: Транспорт, 1988. 304 с. 11. Грудников И.Б. Производство нефтяных битумов [Текст] / И.Б. Грудников. М.: Химия, 1983.-192.,ил. 12. СниП 3.06.03 – 85 Строительные нормы и правила. Автомобильные дороги. 13. Поляков В.Б. Комплексная механизация строительства: Учеб. для вузов [Текст] / В.Б. Пермяков. М.: Высш. шк., 2005. – 283 с. 14. Калашникова Т.Н. Производство асфальтобетонных смесей [Текст] / Т.Н. Калашникова, М.Б. Сокальская: Учеб. пособие / М.: ЭКОН, 2001.-192 с. 15. Гриневич Н.А. Расчет элементов производственной базы дорожного строительства [Текст] / Н.А. Гриневич, И.И. Шомин: Метод. указ. – Екатеринбург, 2005. – 31 с. 132 16. Парадек С.В. Некоторые технологические проблемы применения битума в дорожном строительстве [Текст] / С.В. Парадек // Наука и техника в дорожной отрасли.- 2004. №3, С.11-12. 17. Андреев С.Е., Зверевич В.В., Перов В.А. Дробление, измельчение и грохочение полезных ископаемых. М.: Недра, 1966. 395 с. 18. Андреев С.Е., Петров В.А., Зверевич В.В. Дробление, измельчение и грохочение полезных ископаемых. М.: Недра.1980. – 415с. 19. Барабашкин В.П. Молотковые и роторные дробилки. М.: Недра, 1973. 114 с. 20. Косарев А.И., Силенок Д.С. Молотковые дробилки для промышленности строительных материалов. М.: ЦНИИТЭстроймаш, 1979. 40 с. 21. Осокин В.П. Молотковые мельницы. М.: Энергия, 1980. 176 с. 22. Конструирование и расчет машин химических производств /Ю.И. Гусев, И.Н. Карасев, Э.Э. Кольман-Иванов и др. М.: Машиностроение, 1985. 408 с. 133 Приложение 1 Значение величины «μ» в зависимости от толщины изоляционного слоя Наружны Значение величины «μ» в зависимости от толщины й изоляционного слоя, мм диаметр, 10 11 12 13 30 40 50 60 70 80 90 мм 0 0 0 0 6,9 57 8,4 76 9,4 89 10, 8 108 12, 5 133 159 14, 3 6,0 7,2 8,1 9,3 10, 7 12, 3 4, 9 4, 6 4, 3 4, 1 5, 9 5, 4 5, 1 4, 8 6, 5 6, 0 5, 6 5, 3 9,4 7, 4 6, 8 6, 2 5, 4 10, 7 8, 6 7, 7 7, 2 6, 7 9, 6 8, 7 8, 0 7, 5 5,4 6,5 7,2 8,2 14 0 15 0 3,9 4,6 б,3 5,0 4,7 4,5 5,5 5,3 5,0 4,8 4,7 4,5 6,3 6,0 5,7 5,4 5,2 5,0 7,1 6,7 6,4 6,1 5,8 5,6 Приложение 2 Теплофизические свойства некоторых материалов ограждений и теплозащиты Материал Плотност ь, кг/м3 1 2 Азот Антрацит Арматура 134 Коэффициент теплопроводности, Вт/м∙°С 3 Удельная теплоемкост ь кДж/кг∙°С 4 1,05 0,83 0,48 Асбестовая мелочь в набивке БЕТОНЫ - со щебнем или гравием - с кирпичным щебнем - железобетон - пенобетон, газобетон то же - шлакобетон (на котельных шлаках) то же Вата минеральная Вата стеклянная Вода Воздух Войлок строительный Глиношлаковая сухая смазка ГЛИНЫ Гравий Гранит 400 0,12 0,83 2400 2000 2500 1000 300 1,45 1,04 1,63 0,4 0,13 0,84 0,84 0,84 0,84 0,84 1600 1000 200-300 200 0,76 0,41 0,06-0,09 0,07 150 1300 0,06 0,52 0,8 0,75 0,75 0,84 4,19 1-1,25 1,88 0,8 0,88 14001700 25002700 2,9 Древесина поперек волокон (ель, сосна) 1 Древесина поперек волокон Древесина вдоль волокон (ель, сосна) то же (дуб) Древесина вдоль волокон (ель, сосна) Древесина вдоль волокон (дуб) Древесные опилки Древесноволокнистые плиты жесткие Древесина при 30% влажности Древесина абсолютно Окончание прил.2 4 2,51 2,51 2 550 800 3 0,17 0,23 550 800 0,35 0,41 2,51 2,51 500 800 250 0,35 0,41 0,09 2,51 2,51 2,51 700 0,23 1,47 2,85 1,59 0,96 135 сухая Дымовые газы Дуб Известняк Картон плотный Кирпич глиняный Кирпич силикатный Кислород Кладка бутовая Кладка кирпичная Латунь Лед Медь Мипора Нефтепродукты Опилки с глиной (сухая смазка в перекрытиях) Пар Пенопласт ПХВ Песок сухой (засыпка) Пергамент, руберойд, толь Посна Смесь: песок, цемент, щебень Сталь низкоуглеродистая Сталь строительная Стекло оконное Стены пропарочных камер Торфоизоляционные плиты Фанера трехслойная Фибролит на портландцементе или Магнезиальный Чугун Шевелин Шлакобетон Шлаковый кирпич Шлак топливный Штукатурка гипсовая (сухая) 700-900 18002400 1000 16001900 0,23 0,81 2,33 0,81 2400 1800 8600 8900 20 0,041 800 0,29 190 14501650 600 400-600 0,052 0,58 0,17 250 600 2,09 0,39 1,47 1,84 1,26 1,97 1,51 0,75-0,84 1,47 0,076 0,17 0,8 0,47-0,48 0,48 0,84 1,26 1,67 2,51 0,23 2,3 0,052 0,88 1,67 0,58 0,29 0,23 0,93 0,75 0,75 1 1 58,15 0,76 7850 2500 0,88-0,92 1,47 0,83 0,83 0,92 0,92 0,88 0,39 600 7400 150 12001800 1400 1000 1000 136 Штукатурка цементнопесчаная 1800 Приложение 3 Значение коэффициента (β), учитывающего дополнительные потери тепла опорами, арматурой и компенсаторами Тепловые сети Способ прокладки Магистральные Распределительные и ответвления к отдельным зданиям Бесканальная 1,1 1,25 В помещениях, тоннелях 1,15 1,15 Надземная 1,20 1,30 Приложение 4 Запас материалов на складе АБЗ, смены Вид материала Прирельсовый АБЗ Притрассовый АБЗ Щебень 10 - 15 5 – 10 Песок 7 - 10 3–5 Мин. порошок или цемент 7 - 10 1–3 Битум 10 - 15 3–5 Справочная информация Удельное количество теплоты 1 ккал/кг = 4,1868 кДж/кг. 137 Удельная теплоемкость 1 ккал/(кг∙0С) = 4,1868 кДж/(кг∙0С). Коэффициент теплообмена 1 ккал/(ч∙м2∙0С) = 1,163 Вт/(м2∙0С). Теплопроводность 1 ккал/(ч∙м∙0С) = 1,163 Вт/(м∙0С). 138
