JD5000型瀝青混凝土攪拌站“油改氣”技術應用分析

葉健利

（廣東冠粵路橋有限公司，廣東 廣州 511400）

JD5000型瀝青混凝土攪拌站“油改氣”技術應用分析

葉健利

（廣東冠粵路橋有限公司，廣東 廣州 511400）

結合潮惠高速TJ1路面標JD5000瀝青混凝土攪拌站進行的油改氣技術改造項目，提出了改造工藝流程，并對燃燒殘留物、加熱穩定、除塵穩定等進行了質量管控，同時結合工程實踐，分析了該油改氣工程的經濟與社會效果。

瀝青混凝土攪拌站；油改氣；技術應用；社會經濟效益

0 引言

隨著經濟的快速發展，能源供需矛盾日益凸顯。重油的能源消耗大、污染較大，采用重油作為燃料具有以下弊端：一是重油燃燒不夠充分，產生的油煙除了對環境有污染外，還會造成燃燒裝置、除塵布袋等的污染，在縮短其使用壽命的同時還給清洗維護帶來極大的不便；二是重油中的雜質含量較高，熱值含量不穩定，隱形耗費較大，對燃燒器、油泵、油嘴、布袋除塵等容易造成損害，增加設備的故障率，直接影響到工程施工成本和施工質量、進度等[1,2]。基于節約成本、節能減排及提高質量等多方面的考慮，結合國內相關經驗，本項目部對潮惠高速TJ1路面標JD5000型瀝青混凝土攪拌站進行了油改氣技術改造，為類似工程提供參考。

1 油改氣的技術分析

1.1 油與天然氣的燃燒機理區別

重油、柴油等燃料油的主要成分為烷族、烯族和芳香族等。燃料油的燃燒是多相反應。燃料油供油系統比較復雜，一般由貯罐通過供油泵、過濾器、加壓油泵送至燃燒裝置。

天然氣中90%以上是甲烷，并含有少量的乙烷、丙烷、丁烷及二氧化碳等。天然氣與助燃劑（空氣中的氧氣）均為氣體，天然氣的燃燒過程為均相反應，因此比燃油過程簡單得多，其過程為：混合，著火，燃燒。

由于燃料原始狀態不同，供料壓力不同，燃燒機理不一樣，要實現油改氣技術改造，需對燃料供給系統即管道、調壓、計量裝置、燃燒裝置、控制系統等進行改造、升級。

1.2 油改氣的工藝流程

（1）供氣方式的選擇

天然氣是以氣態燃用，但儲運方式有管輸天然氣（PNG）、壓縮天然氣（CNG）、液化天然氣（LNG）等多種形式。結合項目所在地的情況，本項目部經過分析比較，選用液化天然氣（LNG）作為供氣方式。

（2）氣化、調壓設備和管道設計安裝

LNG的氣化、調壓工藝流程見圖1。氣化器一般采用空溫式氣化器，以充分利用LNG的冷能來節省能源。

圖1 LNG氣化流程圖

調壓與BOG（Boil Off Gas,它是液化天然氣由于系統漏熱而蒸發的氣體）的處理要結合起來考慮，使得BOG氣體得到回收利用。儲罐和其他部位產生的BOG氣體經加熱后，經調壓、計量后進入出站管道。因本項目所處地理位置、氣候條件以及瀝青混凝土攪拌站的使用要求，僅安裝了LNG儲罐、空溫式氣化器、自增壓氣化器、調壓裝置、計量裝置。本項目設計時就考慮適當增加供氣管直徑以及長度，利用管道來達到BOG氣體的回收儲存作用。

根據有關經驗結合本項目瀝青混凝土攪拌站的使用要求，主管道選用DN150無縫鋼管，導熱油爐選用DN100與DN50無縫鋼管作為供氣管道，經過3個月的運轉，供氣管道運行正常。

（3）瀝青攪拌設備加熱系統的改造

瀝青攪拌設備加熱系統可以在原燃油燃燒器的基礎上進行改造，增加燃氣功能，也可以將其直接更換為燃油、燃氣兩用燃燒器或燃氣燃燒器。以本項目西筑JD5000型瀝青混凝土攪拌站為例，它所采用的燃燒器為意大利歐保EBS3000GNQ油氣兩用型。經可行性研究并與中交西安筑路機械有限公司售后服務聯絡，最終確定利用原燃燒器，由中交西安筑路機械有限公司負責提供技術支持。JD5000型瀝青混凝土攪拌站用燃氣取代燃油技改后，燃燒器點火迅速，燃燒充分穩定，火焰顏色發藍，形狀調整便捷。

2 質量管控分析

天然氣具有安全、潔凈、熱值高、燃燒產物少、加熱溫度控制穩定，能夠減少二氧化碳和粉塵排放量等特點，作為瀝青混凝土攪拌站加熱燃料，對混合料質量有以下諸多優勢。

2.1 燃燒殘留物控制

由于柴油、重油作為攪拌設備燃料燃燒不充分，未燃燒部分重油會噴灑粘附在石料上，當集料與瀝青拌合時也就粘附在瀝青上；柴油和瀝青均為石油化工產品，同屬高分子材料，瀝青可以溶解于重油中。當瀝青混合料受到重油侵蝕后，瀝青很容易在輕質油中溶解，造成瀝青膜從集料表面脫落，使瀝青與集料的粘結力下降，在荷載、高溫和雨水綜合作用下，鋪筑在路上的瀝青混合料會出現軟化而松散，繼而形成坑槽、推移變形等早期損壞現象，嚴重影響路面使用性能及行車安全。

天然氣作為攪拌設備燃料可以避免石料在加熱過程中受到油渣等有害物質侵蝕污染，石料表面清潔，開口空隙全部張開，增加了瀝青石料的吸附力，改善了瀝青混合料攪拌性能，提高了瀝青混合料的攪拌質量，并且其馬歇爾穩定度、水穩定性等各項指標均有大幅度提高，延長了瀝青路面的使用壽命。

圖2分別為使用重油和天然氣作為燃料燃燒后，將集料放在水里的效果。二者比較可以明顯看出采用天然氣作為燃料燒出來的集料水較清，而采用重油作為燃料燒出來的集料多了一層薄薄的油層。

圖2 重油和天然氣燃燒集料后放在水里的效果

2.2 加熱穩定性控制

溫度控制是決定瀝青施工質量成敗的關鍵因素。當瀝青混合料溫度過高時，會引起瀝青加速老化，瀝青粘滯度變小，攤鋪碾壓時會出現推移；溫度較低時，瀝青粘滯度增大，使瀝青混合料無法有效被壓實。控制好瀝青的施工溫度也就在一定程度上控制了壓實度和空隙率的變異。混合料溫度離析更不利于現場壓實度、平整度的控制，嚴重影響路面耐久性和安全性。無核檢測壓實穩定性對比[3]見圖3。從圖3可以明顯看出，采用天然氣時現場無核檢測壓實密度、孔隙率離散均勻性均明顯優于采用燃油時。

圖3 無核檢測壓實穩定性對比

使用柴油、重油作為攪拌設備燃料時，其燃燒不充分、熱值不穩定，拌合時殘留在集料內的水分不能徹底蒸發，會降低集料與瀝青的粘附性，容易剝落；采用天然氣作為燃料時，其燃燒充分、熱值穩定，混合料攪拌均勻，無花白，能保證混合料質量。兩者的溫度穩定性對比如表1所示。

表1 JD5000型瀝青混凝土攪拌站油改氣溫度穩定性檢測對比

從表1看出，JD5000型瀝青混凝土攪拌站經油改氣后，加熱拌合溫度檢測結果顯示其溫度穩定性明顯優于燃油改造前。

2.3 除塵穩定性分析

采用天然氣燃燒后幾乎沒有任何殘留物，粉塵干燥、無雜質，干燥的粉塵與布袋沒有吸附力，對布袋污染較小，減少了對布袋的清洗及更換次數，除塵系統暢通無阻，粉塵排放量控制穩定，而使用重油和柴油對除塵布袋有極大損害，由于重油燃燒不完全，產生的油煙會糊住布袋，從而影響除塵效果（見圖4）。在瀝青路面施工中除塵效果不佳將會嚴重影響瀝青混合料的質量；粉塵過多容易與瀝青膠結成團，不易分散，并降低瀝青的粘附包裹性，攤鋪碾壓后容易出現油斑現象。

圖4 重油燃燒后除塵布袋粘附油煙粉塵嚴重

3 經濟效益分析

3.1 直接成本分析

對天然氣、柴油和重油的成本按目前的市場價格與公司大中型設備能耗指標進行分析，具體數據見表2。天然氣與柴油相比，可節省2.17元/t；天然氣與柴油+重油比較，可節省0.5元/t。

3.2 間接成本分析

燃油與燃氣的間接成本對比見表3。燃氣與燃柴油相比，每10萬t瀝青混凝土可節省17.64萬元；燃氣與燃重油相比，每10萬t瀝青混凝土可節省26.05萬元。按潮惠項目瀝青混凝土90萬t計算，燃氣可比燃柴油節省158.76萬元，比燃柴油+重油節省234.45萬元。

表2 直接成本分析對比

表3 間接成本對比（按10萬t瀝青混凝土計算）

3.3 可回收利用分析

因為采用天然氣作為加熱燃料，瀝青混凝土攪拌站產生的回收粉質量高，經檢測達到二級灰的標準。本項目部在瀝青混凝土攪拌站加裝回收粉罐進行回收利用，在經過試驗檢驗合格的前提下替代部分粉煤灰，可以就地解決，全部利用，既能產生經濟效益又能減少環境污染。從表4可見，僅替代粉煤灰一項就可以節省110多萬元。相較以前把回收粉直接作為廢粉丟棄處理，采用天然氣作為加熱燃料既能產生經濟效益又能保護環境。

表4 回收粉替代粉煤灰比較

3.4 環保、減排、安全分析

油改氣清潔環保，能減少環境污染。從表5可以看出，JD5000型瀝青混凝土攪拌站用燃氣取代燃油后，燃燒器的排煙氣黑度小于Ⅰ級；煙塵排放濃度降低了20.8%。從以上分析可以看出，油改氣除具有很好的節能效果外，還具有卓越的環保效果，說明天然氣是一種優質、高效的清潔能源。此外，使用LNG比使用柴重油更為安全可靠，其燃點為650℃，比汽油高227℃，比柴油高430℃；爆炸極限為5%～15%；氣相密度為0.772 kg/m3左右，比空氣輕得多，稍有泄漏立即飄逸飛散，不致引起爆炸。同時，天然氣的價格波動小，對成本的可控性較高。

表5 油改氣后各項環保檢測結果對比

4 結語

通過對油改氣實踐工程的技術分析與經濟效益比較，可知油改氣可以加快工程進度，提高瀝青混凝土的質量，清潔環保，安全可靠，節省成本，具有較大的推廣應用價值。

[1]曹貴林，張耀磊，楊偉.瀝青拌和樓油改氣技術的應用[J].公路交通科技（應用技術版），2012（8）：187-189.

[2]張海.瀝青拌和站油改氣技術的應用 [J].甘肅科技縱橫，2014, 43(7)：37-39.

[3]JTGF 40—2004，公路工程瀝青路面施工技術規范[S].

U415.5

B

1009-7716（2017）08-0199-03

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.08.061

2017-04-01

葉健利（1979-），男，廣東臺山人，工程師，從事路橋建設工作。