Портал о строительстве и ремонтных работах

Архивы за 26.10.2014

Электронагреватели. Для разогрева битума наиболее часто при­меняют открытые электронагреватели (рис. 11.33), состоящие из несу­щего элемента — асбоцементной трубы с навитой по наружной поверх­ности нихромовой спиралью из ленты сечением 10×0,8 мм2 длиной 27 м или сечением 12×1 мм2 длиной 35 м.

Рис. 11.33. Спиральный нагреватель низкой проводимости:

1 — нихромовая ленточная спираль; 2 — клеммное соединение;

3 ~ асбоцементная труба.

Перед работой нагреватель должен быть погружен в битум, а при работе не должен оголяться для исключения загорания битума. Расстоя­ние от дна хранилища до спирали должно быть не менее 150-200 мм, При работе нагревателей в обводненном битуме они быстро разрушаются.

Нагреватели с высокой проводимостью из стальной проволоки ди­аметром 5-6 мм представляют собой спираль (рис. 11.34), вставленную в асбоцементную трубу; концы проволоки пропущены через стенку трубы и закреплены. Для улучшения термостатической циркуляции би­тума в стенке трубы просверливают или пробивают отверстия, а торцы ее оставляют открытыми.

Достоинство нагревателей с высокой проводимостью заключается в доступности материала и его низкой стоимости.

Пластинчатые (пакетные) нагреватели изготовляют из листовой гоф­рированной жести (рис. 11.35). В стальном листе прорезают полосы, листы собирают в пакеты и изолируют деревянными рейками толщиной 40 мм и листовым асбестом. С внешней стороны пакеты закрепляют стальными уголками, через которые осуществляется растягивание полос нагревателя распорными болтами. Преимущество пластинчатых нагревателей — боль­шая теплопередающая поверхность. Недостатки — трудоемкость изготовле­ния, низкая температура нагрева битума (не выше 110- 115°С) и длительность разогрева из-за низкой температуры нагревателей. Основные параметры нагревателя: поверхность нагрева 4 м2, рабочее напряжение 50-60 В, мощ­ность 5.5 кВт. темпепатупа на воздухе 200°С. масса 20 кг.

Коаксиальные (соосные) пакетные нагреватели состоят из отдель­ных элементов (рис. 11.36), собранных в ряд по 40-50 шт. и соединенных последовательно. Каждый элемент коаксиального нагревателя состоит из центрального горячекатаного стального стержня диаметром 12-14 мм, дли­ной 700 мм и наружной трубы диаметром 25,4 мм, длиной 600 мм. В нижней части стержени трубы соединены сваркой, внутреннее простран­ство заполнено кварцевым песком с жидким стеклом.

Питание коаксиальных нагревателей производится от сварочных транс­форматоров с силой тока 400-500 А. Достоинство коаксиальных нагрева­телей — простота, доступность, низкая стоимость и безопасность работы.

Трубчатые электронагреватели (ТЭНы) (рис. 11.37) представляют собой трубку из мягкой стали, реже — красной меди или латуни, внутри которой находится спираль из нихрома. Пространство между спиралью и трубкой заполнено тонкомолотым электроизоляционным материалом: периклазом, кварцевым песком или электрокорундом.

Выводные концы спирали — контактные стержни имеют винтовую резьбу и помещены в фарфоровые изоляторы. При высокой надежности и долговечности ТЭНы имеют малую мощность и относительно высо­кую стоимость на единицу мощности. Для разогрева вязких нефтепро­дуктов и битума удельная мощность передачи энергии поверхностью трубки составляет 2,5-2,8 Вт/см2, а предельно допустимая удельная мощность — 3,0 Вт/см2.

Разогрев битума при помощи излучателей инфракрасных лучей (длина волны 0,76-750 мкм) находится еще на стадии эксперимента. Источники инфракрасных излучений разнообразны. Их разделяют на четыре типа: генерирующие тепловые лучи (нихромовые спирали или керамические стержни с металлическими рефлекторами, электрические

лампы — теплоизлучатели и лампы накаливания); генерирующие инф­ракрасные лучи при прохождении тока через газ или пары металла; смешанного типа (электрические дуговые лампы); генерирующие тепло­вые лучи при нагреве излучателя от сжигания газа.

Для разогрева битума применяют источники только первого типа. Наибольшей надежностью и меньшей стоимостью обладают излучатели с открытой спиралью и металлическим отражателем (рис. 11.38). Теп­ло инфракрасного излучателя передается битуму через металлическую поверхность теплообменника, которая должна составлять 12-15 м2 на 1 т/ч производительности битумооазогоевателя.

Рис. 11.38. Инфракрасный теплоизлучатель: 1 — отражатель;

2 — нихромовая спираль; 3 — огнеупорное основание; 4 — кронш­тейн для крепления; 5 — клеммная коробка.

Недостатки системы разогрева битума инфракрасными лучами состоят в высокой стоимости нагревателей и трудоемкости их монтажа (при большом числе маломощных излучателей), больших габаритных размерах и необходимо­сти строгого контроля за режимом нагрева во избежание перегрева битума.

Оценивая конструкции и особенности эксплуатации электро­нагревателей битума, необходимо отметить их низкую экономичность. 1 кВт. ч электроэнергии при стоимости 2 коп и кпд использовании энер­гии 0,9 дает полезной энергии 3600 х 0,9 = 3240 кДж, или около 1600 кДж/коп., а 1 кг мазута при стоимости менее 4 коп и кпд использования энергии даже 0,4 дает полезной энергии 45 000 х0,4 = 18 000 кДж, или 4500 кДж на 1 коп. стоимости энергии.

Таким образом, затраты на энергию при электрическом нагреве битума в 2,5-4 раза больше затрат на огневой нагрев. При большой производительности затраты на электроэнергию будут очень велики. По этой причине в передвижных цистернах электронагреватели исполь­зуют только для поддержания рабочей температуры битума.

Системы огневого нагрева битума. Системы огневого нагрева битума применяют в битумохранилищах для нагрева битума до темпера­туры перекачивания, в битумонагревательных котлах для обезвожива­ния и нагрева битума до рабочей температуры, а также в автобитумово­зах и автогудронаторах — для поддержания рабочей температуры биту­ма. Системы огневого нагрева битума просты по конструкции, надежны в эксплуатации, имеют малый расход металла.

Для нагрева битума в битумохранилищах наиболее простой и безопас­ной является система с зоной горения топлива в жаровой трубе (рис. 11.39). Система состоит из горизонтальной жаровой трубы, вертикальных труб — воздухоподводящей и вытяжной, пропущенных через кровлю битумох­ранилища.

Топливная система состоит из бака для топлива с регулировочным краном, малого топливопровода, воронки с нижним топливопроводом. Воздухоподводящая труба должна быть выше кровли битумохранилища на 1,5-2 м, воронка должна быть расположена на 1,5-2 м ниже верхнего края воздухоподводящей трубы. Расстояние между малым топливопро­водом и воронкой — 0,4-0,5 м, расстояние между нижним топливопро­водом и кирпичной кладкой зоны горения — 0,5-1 м. Топливо самоте­ком стекает из малого топливопровода в воронку и по нижнему топли­вопроводу — в зону горения.

Скорость подачи топлива регулируют по числу падения капель из малого топливопровода в воронку. Для нормальной работы системы разогрева битума достаточно 60-100 капель топлива в минуту. В зоне падения капель днище жаровой трубы должно быть выполнено из кир­пича. Теплопроизводительность ограничивается подачей воздуха, осуще­ствляемой естественной тягой дымовой трубы. По способу регулирова­

ния подачи топлива систему называют капельницей. При достаточном уровне битума над жаровой трубой капельница работает надежно и бе­зопасно. Хотя температура дымовых газов и стенок дымовой трубы не очень велика, однако для исключения возгорания битума от стенок дымо­вой трубы ее выполняют двойной в зоне от жаровой трубы и высотой

1- 1,5 м над самым верхним уровнем битума.

Достоинства систем огневого нагрева битума заключаются в про­стоте конструкции и обслуживания, экономичности. Недостатками — высокая опасность возгорания битума и топлива, применяемого для рабо­ты топки.

Битумохранилища предназначены для долговременного или крат­ковременного хранения битума, нагрева его до температуры текучести и выдачи в битумонагревательные котлы или для поддержания битума при рабочей температуре и выдачи его потребителю. Битумохранилища должны предохранять битум от обводнения и загрязнения.

Битумохранилище представляет собой резервуар вместимостью 100­3000 т. Битумохранилища вместимостью свыше 500 т выполняют секци­
онными, состоящими из 2-6 отсеков, для хранения битума разных марок и снижения затрат на его разогрев. Вместимость битумохранилища оп­ределяется суточным расходом битума и периодичностью поставок.

Оборудование для нагрева битума, используемое в битумохранили — щах длительного хранения, состоит из оборудования для нагрева битума до температуры текучести (50-60°С), которое устанавливают непосред­ственно в хранилище; оборудования для нагрева битума до температу­ры перекачивания насосом (90-95°С) внутри хранилища или в допол­нительном отсеке; битумонагревательных котлов, обеспечивающих обез­воживание битума, нагрев его до рабочей температуры 140-160°С и выдачу потребителям (асфальтосмесительные установки, автораспреде­лители, эмульсионные установки и пр.).

Перекачивание битума или выдача его из битумохранилища произ­водится шестеренными насосами с обогреваемым корпусом. Трубопро­воды для подачи битума и запорную арматуру выпускают с системой обогрева и теплоизоляцией.

Битумохранилища классифицируют по вместимости резервуара и назначению, по положению резервуара, наличию нагревателей, типу на­гревателей битума и конструкции.

По вместимости резервуара и назначению битумохранилища с вместимостью резервуара до 100 т бывают временные, закрытые или открытые (рис. 11.31, а, б, в); вместимостью резервуара до 500 т — пере­ходные, реже открытые (рис. 11.31, а, б, в); с вместимостью резервуара свыше 500 т — постоянные, закрытые (рис. 11.31, г); с вместимостью одной цистерны, 30-100 т (металлические цистерны с системой тепло­изоляции), — переносные, которые располагают горизонтально или верти­кально (рис. 11.31, д).

По положению резервуара относительно поверхности земли раз­личают битумохранилища ямного (рис. 11.31, а), полуямного (рис. 11.31,

б), наземного (рис. 11.31, в), подземного типа (капитальные) (рис. 11.31, г) и передвижные (рис. 11.31, д).

Битумохранилища ямного, полуямного и наземного типов сооружают в зависимости от уровня грунтовых вод. Стенки выполняют бетонными, железобетонными, кирпичными и деревянными.

По наличию нагревателей битумохранилища могут быть без на­грева, с местным и общим нагревом. В битумохранилищах без нагрева для забора битума применяют переносные нагреватели. Местный на­грев применяют в битумохранилищах вместимостью до 500 т, общий — в капитальных и переносных битумохранилищах.

г) д)

Рис. И.31. Битумохранилище: а — ямное; б — полуямное;

в — наземное; г — подземное; д ~ переносное инвентарное.

В основных отсеках капитального битумохранилища температура массы битума составляет 50-60°С, благодаря чему обеспечивается пере­текание битума в дополнительный отсек, в котором производится его нагрев до температуры 80-95°С, затем он перекачивается насосами в битумонагревательные котлы, где доводится до рабочего состояния. В переносных битумохранилищах масса битума постоянно поддерживает­ся в рабочем состоянии.

11о типу нагревателей различают битумохранилища с паровым, масляным, огневым и электрическим нагревом.

Паровой нагрев производится подачей по змеевикам и трубам пара давлением 0,6-1,2 МПа. Достоинство этого теплоносителя — мягкий режим нагрева (максимальная температура теплоносителя 270°С). Не­достатки — большая площадь змеевиков, возможность обводнения биту­ма теплоносителем при нарушении герметичности змеевиков.

При масляном (жидкостном) нагреве теплоносителем служат раз­личные минеральные масла с высокой температурой вспышки или спе­циальные высокотемпературные теплоносители. Первые — безвредны, но пожароопасны; вторые — менее пожароопасны, но очень токсичны. На­грев теплоносителя производится горячим газом в котлах экранного типа и реже — электрическими нагревателями. Недостаток масляного нагрева — возможность коксования масла в теплогенераторе, пожароопас­ность, необходимость установки дополнительного насоса для принудитель­ной циркуляции масла. Достоинства масляного нагрева — компактность оборудования и мягкий нагрев битума. Наибольшее распространение масляный обогрев находит в передвижных установках.

Огневой нагрев битума производится подачей газов от сжигания дизельного топлива по трубам диаметром 400-500 мм, уложенным по днищу битумохранилища. Этот способ применяют для нагрева битума в основных отсеках битумохранилищ до температуры перекачивания (95°С). Огневой способ прост и экономичен, но пожароопасен.

При электрическом нагреве тепло передается битуму от элек­трических нагревателей. Электрические нагреватели из материала с низкой проводимостью бывают открытые пластинчатые, закрытые (ТЭНы) и инфракрасные; из материала с высокой проводимостью — пластинча­тые, коаксиальные и др. Электронагреватели просты по конструкции, имеют низкую стоимость, надежны, но имеют низкие экономические показатели и ухудшают качество битума при длительном нагреве.

Конструкцию битумохранилищ выбирают исходя из вместимости и назначения. Резервуар временных и переходных битумохранилищ дол­жен быть облицован досками, кирпичом или другим материалом для снижения потерь и загрязнения битума. Над битумохранилищем жела­тельно иметь навес для защиты от атмосферных осадков. Временные и переходные битумохранилища ямного, полуямного и наземного типов применяют очень редко. Основная сложность хранения битума в таких хранилищах — большое обводнение битума, загрязнение механическими примесями, значительные потери тепла.

Капитальные и постоянные битумохранилища ранее выполняли круг­лыми из бетона и железобетона без деления на секции (рис. 11.31, г). В настоящее время наибольшее распространение получили битумохрани­лища линейной планировки с параллельным или последовательным рас­положением основных и дополнительных отсеков (рис. 11.32, а, б). Вы­полняют их из сборных железобетонных элементов, реже — из монолит­ного бетона. Днище основных отсеков имеет уклон в сторону дополни­тельных. Перекрытие резервуара выполняют из сборных железобетон­ных конструкций, покрытие должно исключать попадание внутрь атмос­ферных осадков. Общий обогрев основных отсеков (включаемый по­очередно) — паровой, реже — масляный. Для местного нагрева битума применяют паровой, огневой и электрический нагрев. При линейной плани­ровке битумохранилищ сокращаются простои железнодорожного транс­порта под разгрузкой. Капитальные битумохранилища из бетона и желе­зобетона не исключают обводнения битума грунтовыми водами, которое может достигать 30%. В последние годы для хранения битума использу­ют стационарные или переносные металлические цистерны (рис. 11.31, д) с теплоизоляцией. Их преимущества в полном отсутствии обводнения

битума и загрязнения механическими примесями, небольшие потери тепла, а следовательно, незначительные затраты тепла на поддержание рабочей температуры битума. Для обогрева инвентарных битумохранилищ наибо­лее часто применяют масляный нагрев, реже паровой и электрический.

Преимущество масляного и парового нагрева состоит в благоприят­ном режиме разогрева битума. Максимальная температура теплоносите­ля редко превышает 320°С, а чаще составляет 270-300°С, и битум при разогреве и хранении не теряет своих свойств, но ввиду небольшого пере­пада температур между теплоносителем и битумом (200-150°С) площадь нагревателей (труб) должна быть 0,5-1 м2 на 1 м3 битума.

Электрические нагреватели применяют только для поддержания ра­бочей температуры битума, поскольку при малой площади нагрева и высокой температуре нагревателей в битуме образуются смолоподоб­ные соединения — карбены и карбоиды, отрицательно влияющие на каче­ство битума.