道路瀝青加熱裝置控制系統探究

姚澤光，楊士敏，徐蛟龍

（長安大學 工程機械學院，陜西 西安 710064）

0 引言

在道路建設中，瀝青不止單純作為膠結料使用，而是必須要與砂石料混合在一起，在砂石表面形成一層黏膜，使松散的砂石材料黏結在一起，形成板體，達到一定的強度。瀝青是一種溫感性較強的材料，只有在一定的溫度下，才有較好的流動性，才能與松散的石料混合在一起，起到黏結的作用。因此，在進行混合料生產時必須對瀝青進行加熱，使之達到一定的溫度，更好地與砂石料結合，形成瀝青薄膜，增加石料間的黏結力。

瀝青加熱方式多種多樣，但根據其加熱原理可分為熱傳導、熱對流和熱輻射3種。熱傳導和熱對流主要是根據熱量由高溫向低溫物體傳導，達到加熱的目的；熱輻射是利用紅外線或微波等先進手段進行瀝青加熱，其主要是增加分子間的相對運動使其達到加熱的目的。目前主要的加熱方式有明火加熱、重燃油加熱、水加熱、導熱油加熱、紅外加熱等。其加熱方式不同，但加熱過程中控制系統大致一樣，最主要的便是溫度的控制。本文主要介紹了瀝青加熱系統的控制過程，并進行相應的理論分析。

1 瀝青加熱系統結構

瀝青加熱系統主要由加熱爐、瀝青脫水罐、瀝青加熱罐、輸送管道、控制閥等組成，其系統結構框圖如圖1所示。

加熱爐主要進行燃料的燃燒，將燃料轉化為熱能，以便后續設備使用。燃油泵是以燃油為燃料，對燃料進行加壓霧化使其與空氣充分混合，形成足以燃燒的油氣混合氣，并且經點火裝置點燃，釋放熱量。火管主要是燃燒后熱氣的通道，由于燃料燃燒使其溫度增高，為了更合理地利用熱量，可以將火管設置到瀝青脫水罐中，對瀝青進行加熱或保溫。由于瀝青的工作溫度一般比較高，因此在瀝青流動管道和瀝青加熱罐周圍都進行保溫處理，以提高其保溫性能，降低散熱量。常用的保溫材料有膨脹珍珠巖、玻璃絲或巖棉纖維板等，其導熱性比較差，可以減少熱量的散失。瀝青脫水罐主要用來除去瀝青中滲入的水分，防止瀝青的加熱質量及物化性能下降。在脫水過程中，脫水溫度應控制在100 ℃～120 ℃范圍內進行，并通過攪拌，使水蒸氣迅速蒸發、排放，完成脫水過程。瀝青加熱罐是瀝青加熱的最后工序，也是最重要的程序，由于瀝青在高溫下存放時間過長，會改變和影響瀝青的物化性能，從而影響瀝青路面工程的施工質量，因此必須嚴格控制加熱和存放時間，盡可能快地使瀝青加熱到所要求的溫度。

圖1 瀝青加熱系統結構框圖

2 瀝青加熱設備溫度控制系統

瀝青加熱設備控制系統中最重要的是溫度控制。通常是配備一套智能溫度控制系統對加熱設備中各分塊進行溫度控制來實現加熱系統溫度的嚴格控制，保證瀝青加熱質量。其溫度控制過程一般是在溫度控制儀表中設定一個溫度范圍為所需要的瀝青溫度的目標值，在測量位置安裝有溫度傳感器（熱電偶）進行實時監控，并且時刻將溫度值反饋至控制器，以便采取相應的措施，保證合理的溫度。加熱系統溫度控制結構圖如圖2所示。

2.1 瀝青加熱罐溫度控制回路

瀝青加熱罐主要是將已經脫水的瀝青進行升溫，使其達到工作所需要的溫度（170 ℃～180 ℃）。如果溫度控制不當，不僅影響成品瀝青的質量，也會增加成本，造成資源的浪費，因此該回路中設有反饋回路，通過瀝青罐內的溫度傳感器實時監控瀝青溫度，使其在合理的范圍內。當溫度超出設定范圍時，反饋信號傳入控制器，控制器發出指令信號來控制燃油泵的轉速或排量，減少燃油的供應，同時還將調整鼓風機的通風量，使其與燃油保持最佳的混合比，以保證燃料的充分燃燒，盡可能提高熱量利用率。當溫度低于設定溫度的下限時，則將繼續供熱或增加燃油量和通風量，以更快地提高瀝青加熱溫度。

圖2 加熱系統溫度控制結構圖

2.2 瀝青脫水罐溫度控制回路

該回路主要是用來預加熱瀝青并且將瀝青中含有的水分排出。瀝青脫水罐中的溫度控制主要是防止瀝青溫度過高、貯存時間過長而導致瀝青發生老化，嚴重影響瀝青的物化性能。其控制過程與瀝青加熱系統類似，使其在一定的溫度范圍內變化，當溫度超過設定的范圍時，由傳感器向控制器發出反饋信息，使其調節閥門的變化，減少熱量的通入；當溫度低于設定值時，將繼續保持增加熱量，盡可能提升瀝青溫度，減少瀝青加熱時間，保證瀝青的物化性能。其溫度控制回路結構圖如圖3所示。該系統還可以利用煙氣溫度增加能量的利用率。在加熱時注意用火的調節，當溫度達到80℃左右時，應改用弱火，這樣可以使瀝青中的水分完全蒸發且不易造成資源的浪費。因為如果繼續使用強火加熱，常使水分來不及汽化蒸發而導致溢流現象發生，極易造成浪費和事故。因此，應嚴格控制瀝青的加熱溫度，保證其正常的使用性能。

圖3 瀝青脫水罐溫度控制回路結構圖

2.3 排煙溫度的控制

排煙溫度的合適與否能夠反映系統的能源利用情況，當排煙溫度過高時，易造成能量的散失，降低能源利用率，因此，需要采取相應的措施進行排煙溫度的控制。目前主要由兩種方式進行排煙控制：增加煙道的長度（煙道成卷曲狀態，盤旋在加熱系統中）和控制煙氣的排放速率（使煙氣盡可能的加熱瀝青）。前者易于實現，但是需要合理布置排煙管道，后者需要增加煙道的抗壓能力，以避免由于排煙不暢造成局部壓力上升，使煙道破損。圖4為排煙系統溫度控制結構圖。

圖4 排煙系統溫度控制結構簡圖

2.4 輔助系統的控制

為保證瀝青加熱系統正常運行還有其他需要控制的因素。當采用導熱油作為中間介質加熱時，需保證導熱油在加熱過程中造成的管道壓力的上升值不超過管道的承受力，并且導熱油容器容積的大小須滿足其體積膨脹的變化；導熱油在加熱過程中是不斷循環作業的，這需要熱油泵能夠正常工作，并對其排量和轉速進行調節，以保證瀝青加熱的效率和溫度。當采用中壓水作為傳熱介質時，還應對水的壓力進行控制，使其能夠滿足瀝青加熱所需要的溫度。因此，要保證整個系統能夠正常工作，不僅要考慮主要系統的控制問題如瀝青溫度的控制，還要保證其他輔助部件的正常工作；否則，不僅增加施工成本，還不能保證施工的正常進行。

3 結論

（1）瀝青加熱系統溫度控制是該系統的核心，尤其是要檢測瀝青加熱罐中的溫度變化，使其保持在合適的溫度范圍內。當溫度達到所需要求時，則盡快將高溫瀝青排出，輸送至成品罐中進行下一循環的加熱。

（2）對脫水罐中的瀝青要進行相應的溫度控制，并且嚴格控制加熱用火的大小（溫度低于80 ℃時，應盡量使用強火加熱，以提高加熱速度；溫度高于80 ℃時，應該用弱火加熱，可以使瀝青中的水分盡可能地完全排出，以免影響后續瀝青的使用），使其溫度不致過高，以免加熱時間過長造成瀝青的過分老化。

（3）排煙溫度不能過高，以避免造成熱量的浪費；還要盡量增加煙道的長度，保證熱量盡可能地被利用，提高資源的利用率。

［1］ 熊世陵.路用瀝青加熱設備技術淺談［J］.中國公路，2005（4）：93.

［2］ 王志廷，靳長征，韓憲鎖，等.瀝青加熱技術［M］.北京：人民交通出版社，1996.