基于TRIZ的縮短改性瀝青發育時間的研究應用

彭歡

摘要： 針對改性瀝青發育時間長、生產成本高、產品質量不穩定等問題，采用基于TRIZ理論的縮短改性發育時間創新設計技術路線，提出了應用“九屏幕法”尋找解決思路，通過成本、維護和有用功能三個維度對七個方案進行價值評價，最終選用了方案七和方案四對原有改性瀝青生產工藝進行優化改進，有效縮短了產品發育時間，節約了能耗，同時提高了產品延度和膜后延度指標。

Abstract： Aiming at the problems such as long development time， high production cost and unstable product quality of modified asphalt， a new design method for shortening the development time based on TRIZ theory is proposed. It puts forward the application of "nine screen method" to find the solution， and carries out value evaluation of the seven schemes through three dimensions of cost， maintenance and useful function. Finally， the scheme seven and scheme four are used to optimize the original modified asphalt production process， which can effectively shorten the product development time， save energy consumption and improve the product extension and the film post ductility index.

關鍵詞： 改性瀝青；發育時間；TRIZ理論

Key words： modified asphalt；development time；TRIZ theory

中圖分類號：TQ522.65 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）06-0157-02

1 項目背景

SBS改性瀝青是中國石化長嶺分公司（簡稱長煉）油港作業部的主要創效產品之一，目前，長煉SBS改性瀝青生產工藝（如圖1）為：將一定溫度的基質瀝青經換熱器加熱到適當的溫度，輸送到改性瀝青站，與SBS、穩定劑等輔助材料按一定比例同時勻速加入預混罐，在預混罐混合攪拌，進入DALWORTH膠體磨剪切研磨，再輸送儲存到成品罐，成品罐加熱升溫后控制在一定溫度內不斷攪拌發育，定期跟蹤檢測其性質，直至改性瀝青成品合格， 高性能SBS改性瀝青的生產加工是一個較為復雜的過程，生產過程中涉及到基質瀝青、改性劑SBS、相容劑、穩定劑、生產設備及工藝等諸多因素，存在著發育時間長、生產成本較高、產品質量不穩定等諸多難題。當SBS改性瀝青輸送儲存到成品罐后，一般需要攪拌發育32-40小時產品才能合格（確保離析指標合格），同時較高溫度較長時間的攪拌發育衰減了改性瀝青延度、膜后延度等主要指標，降低了產品質量。

本文通過TRIZ理論對改性瀝青生產過程系統進行分析，利用TRIZ理論解題工具來尋找縮短產品攪拌發育時間的方案，從而達到解決改性瀝青供貨高峰期的大負荷保供難題，提高生產效率以及產品延度和膜后延度指標，節約能耗的目的。

2 問題描述

根據SBS改性瀝青機理，對生產設備與工藝分析研究，發現問題產生的主要原因是SBS與瀝青的物理共混過程不充分，SBS沒有得到充分的溶脹，就直接與穩定劑混合反應，導致部分SBS與穩定劑反應過于劇烈而又有部分SBS未能與穩定劑充分反應。反映在生產過程為SBS沒有較好的溶脹過程，導致產品攪拌發育時間長，當SBS與瀝青間形成網絡化整體結構后延度、膜后延度等主要指標卻老化衰減了。

初步解決思路：通過優化調整改性瀝青生產工藝，來增加SBS溶脹時間，確保SBS得到較好地溶脹后再與穩定劑反應，避免SBS與穩定劑反應不完全或過度反應的情況發生，從而縮短產品攪拌發育時間，提高產品質量。

3 解題過程

3.1 組件模型

通過對改性瀝青生產系統的描述，利用TRIZ理論對系統進行了分析，建立了系統的組件模型，如圖2所示。

通過組件模型可以得到影響改性瀝青攪拌發育效果、發育時間的因素有：

①DALWORTH膠體磨對SBS研磨剪切作用效果、成品罐里的攪拌器對改性瀝青的攪拌分散作用效果、溫度對物質粘度和流動性、化學反應速率的影響作用，這三因素均對改性瀝青發育時間有著重要的影響；

②由于改性瀝青生產裝置預混罐體積小（1m3），SBS在預混罐內沒有經過溶脹過程就直接進入膠體磨剪切研磨，降低了剪切研磨的效果，同時不利于SBS在瀝青中分散，從而對SBS分散過程產生了不足的作用，大大增加了攪拌發育時間；

③SBS、穩定劑均通過預混罐與70A瀝青混合，但是SBS、穩定劑加料方式、時間點很重要，決定了瀝青、SBS、穩定劑三者間的反應速率，影響著半成品粘度與攪拌發育效果，對產品發育時間有著極為重要的影響；

④70A瀝青中物質組分與SBS間配伍性對改性瀝青發育時間有著重要的影響，當70A瀝青組分結構合理、性能好時易溶脹溶解SBS、有利于SBS分散，將會縮短產品發育時間。

3.2 How To模型

①如何消除SBS沒有溶脹過程的不足作用？

②如何優化SBS、穩定劑加料方式？

3.2.1 如何消除SBS沒有溶脹過程的不足作用

為了解決SBS沒有溶脹過程的不足問題，應用“九屏幕法”尋找解決思路，如圖3 所示。

通過“九屏幕法”得到方案有：①篩選環烷基等優質原油加工生產出的70A瀝青；②通過調和法提高70A瀝青性能，增加瀝青與SBS配伍性；③增建一個200m3的攪拌溶脹罐；④研磨剪切后利用現有改性瀝青成品罐來溶脹SBS；⑤提高成品罐攪拌器的攪拌效果；⑥優化發育溫度。

3.2.2 如何優化SBS、穩定劑加料方式

加料方式主要有兩種：一是SBS、穩定劑同時勻速加入、研磨剪切、攪拌發育，二是SBS先加入、研磨剪切，待溶脹充分后再加入穩定劑、攪拌發育。采用試驗膠體磨對比考察了兩種加料方式，效果見表1。

由表1可知，SBS、穩定劑同時勻速加入，存在SBS、瀝青、穩定劑局部過度反應情況，導致半成品布氏粘度偏大，降低攪拌效果，產品發育時間較長。而SBS先加，待充分溶脹后再加入穩定劑反應，效果更好，產品發育時間短，能有效提高產品性能，減緩性能指標老化。

4 方案評價

通過采用TRIZ理論對縮短改性瀝青發育時間的問題進行分析和求解，得到了各種解決方案，將方案進行匯總，見表2。

從成本、維護和有用功能三個維度對方案進行價值評價，為最終方案提供依據（見表3）。評價方式：成本權重：30%；維護權重：10%；有用功能：60%。方案價值計算公式為：價值=

5 最終方案

采用TRIZ理論對縮短改性瀝青發育時間的問題得到的解決方案，通過評價后采用了方案七和方案四對原有改性瀝青生產工藝進行了調整，同時優化控制發育溫度，有效縮短了產品發育時間。

6 實施效果

在工業生產應用過程中，將一定溫度的基質瀝青經換熱器加熱到適當的溫度，輸送到改性瀝青站，與添加劑同時加入預混罐，在預混罐混合攪拌后，進入DALWORTH膠體磨剪切，再輸送儲存到成品罐，控制成品罐溫度不斷攪拌發育，直至成品合格。但是，添加劑要分兩階段加入：先加入SBS，加料頻率調至最大，待SBS加完后才開始加入穩定劑，以確保經過膠體磨剪切的SBS能在產品罐內溶脹攪拌一定時間，待SBS溶脹發育較好后再與穩定劑反應。通過改進，有效縮短了產品發育時間，節約了能耗，同時提高了產品延度和膜后延度指標。根據生產統計，每罐改性瀝青攪拌發育時間縮短了9-12小時。

7 創新之處

①運用分割原理，將SBS與穩定劑分階段加入70A瀝青中，在確保SBS充分溶脹后加入穩定劑反應，避免了部分SBS與穩定劑反應過于劇烈和部分SBS未能與穩定劑充分反應的情況。②進口膠體磨裝置的預混罐小，無法使SBS達到較好的溶脹效果，通過技術矛盾分析，在沒有新建溶脹罐的條件下，利用現有產品罐來溶脹SBS，彌補了進口膠體磨裝置沒有溶脹罐的缺陷。

參考文獻：

[1]徐起賀.基于TRIZ理論的機械產品創新設計應用研究[J].河南機電高等專科學校學報，2010，01（18）.

[2]陳凱.SBS改性瀝青關鍵工藝參數及耐老化性研究[D].長安大學，2012.

[3]單紅佳.改性瀝青在公路工程中應用與發展的探討[J].黑龍江交通科技，2012（03）.