道路沥青加热装置控制系统探究

姚泽光，杨士敏，徐蛟龙

（长安大学 工程机械学院，陕西 西安 710064）

0 引言

在道路建设中，沥青不止单纯作为胶结料使用，而是必须要与砂石料混合在一起，在砂石表面形成一层黏膜，使松散的砂石材料黏结在一起，形成板体，达到一定的强度。沥青是一种温感性较强的材料，只有在一定的温度下，才有较好的流动性，才能与松散的石料混合在一起，起到黏结的作用。因此，在进行混合料生产时必须对沥青进行加热，使之达到一定的温度，更好地与砂石料结合，形成沥青薄膜，增加石料间的黏结力。

沥青加热方式多种多样，但根据其加热原理可分为热传导、热对流和热辐射3种。热传导和热对流主要是根据热量由高温向低温物体传导，达到加热的目的；热辐射是利用红外线或微波等先进手段进行沥青加热，其主要是增加分子间的相对运动使其达到加热的目的。目前主要的加热方式有明火加热、重燃油加热、水加热、导热油加热、红外加热等。其加热方式不同，但加热过程中控制系统大致一样，最主要的便是温度的控制。本文主要介绍了沥青加热系统的控制过程，并进行相应的理论分析。

1 沥青加热系统结构

沥青加热系统主要由加热炉、沥青脱水罐、沥青加热罐、输送管道、控制阀等组成，其系统结构框图如图1所示。

加热炉主要进行燃料的燃烧，将燃料转化为热能，以便后续设备使用。燃油泵是以燃油为燃料，对燃料进行加压雾化使其与空气充分混合，形成足以燃烧的油气混合气，并且经点火装置点燃，释放热量。火管主要是燃烧后热气的通道，由于燃料燃烧使其温度增高，为了更合理地利用热量，可以将火管设置到沥青脱水罐中，对沥青进行加热或保温。由于沥青的工作温度一般比较高，因此在沥青流动管道和沥青加热罐周围都进行保温处理，以提高其保温性能，降低散热量。常用的保温材料有膨胀珍珠岩、玻璃丝或岩棉纤维板等，其导热性比较差，可以减少热量的散失。沥青脱水罐主要用来除去沥青中渗入的水分，防止沥青的加热质量及物化性能下降。在脱水过程中，脱水温度应控制在100 ℃～120 ℃范围内进行，并通过搅拌，使水蒸气迅速蒸发、排放，完成脱水过程。沥青加热罐是沥青加热的最后工序，也是最重要的程序，由于沥青在高温下存放时间过长，会改变和影响沥青的物化性能，从而影响沥青路面工程的施工质量，因此必须严格控制加热和存放时间，尽可能快地使沥青加热到所要求的温度。

图1 沥青加热系统结构框图

2 沥青加热设备温度控制系统

沥青加热设备控制系统中最重要的是温度控制。通常是配备一套智能温度控制系统对加热设备中各分块进行温度控制来实现加热系统温度的严格控制，保证沥青加热质量。其温度控制过程一般是在温度控制仪表中设定一个温度范围为所需要的沥青温度的目标值，在测量位置安装有温度传感器（热电偶）进行实时监控，并且时刻将温度值反馈至控制器，以便采取相应的措施，保证合理的温度。加热系统温度控制结构图如图2所示。

2.1 沥青加热罐温度控制回路

沥青加热罐主要是将已经脱水的沥青进行升温，使其达到工作所需要的温度（170 ℃～180 ℃）。如果温度控制不当，不仅影响成品沥青的质量，也会增加成本，造成资源的浪费，因此该回路中设有反馈回路，通过沥青罐内的温度传感器实时监控沥青温度，使其在合理的范围内。当温度超出设定范围时，反馈信号传入控制器，控制器发出指令信号来控制燃油泵的转速或排量，减少燃油的供应，同时还将调整鼓风机的通风量，使其与燃油保持最佳的混合比，以保证燃料的充分燃烧，尽可能提高热量利用率。当温度低于设定温度的下限时，则将继续供热或增加燃油量和通风量，以更快地提高沥青加热温度。

图2 加热系统温度控制结构图

2.2 沥青脱水罐温度控制回路

该回路主要是用来预加热沥青并且将沥青中含有的水分排出。沥青脱水罐中的温度控制主要是防止沥青温度过高、贮存时间过长而导致沥青发生老化，严重影响沥青的物化性能。其控制过程与沥青加热系统类似，使其在一定的温度范围内变化，当温度超过设定的范围时，由传感器向控制器发出反馈信息，使其调节阀门的变化，减少热量的通入；当温度低于设定值时，将继续保持增加热量，尽可能提升沥青温度，减少沥青加热时间，保证沥青的物化性能。其温度控制回路结构图如图3所示。该系统还可以利用烟气温度增加能量的利用率。在加热时注意用火的调节，当温度达到80℃左右时，应改用弱火，这样可以使沥青中的水分完全蒸发且不易造成资源的浪费。因为如果继续使用强火加热，常使水分来不及汽化蒸发而导致溢流现象发生，极易造成浪费和事故。因此，应严格控制沥青的加热温度，保证其正常的使用性能。

图3 沥青脱水罐温度控制回路结构图

2.3 排烟温度的控制

排烟温度的合适与否能够反映系统的能源利用情况，当排烟温度过高时，易造成能量的散失，降低能源利用率，因此，需要采取相应的措施进行排烟温度的控制。目前主要由两种方式进行排烟控制：增加烟道的长度（烟道成卷曲状态，盘旋在加热系统中）和控制烟气的排放速率（使烟气尽可能的加热沥青）。前者易于实现，但是需要合理布置排烟管道，后者需要增加烟道的抗压能力，以避免由于排烟不畅造成局部压力上升，使烟道破损。图4为排烟系统温度控制结构图。

图4 排烟系统温度控制结构简图

2.4 辅助系统的控制

为保证沥青加热系统正常运行还有其他需要控制的因素。当采用导热油作为中间介质加热时，需保证导热油在加热过程中造成的管道压力的上升值不超过管道的承受力，并且导热油容器容积的大小须满足其体积膨胀的变化；导热油在加热过程中是不断循环作业的，这需要热油泵能够正常工作，并对其排量和转速进行调节，以保证沥青加热的效率和温度。当采用中压水作为传热介质时，还应对水的压力进行控制，使其能够满足沥青加热所需要的温度。因此，要保证整个系统能够正常工作，不仅要考虑主要系统的控制问题如沥青温度的控制，还要保证其他辅助部件的正常工作；否则，不仅增加施工成本，还不能保证施工的正常进行。

3 结论

（1）沥青加热系统温度控制是该系统的核心，尤其是要检测沥青加热罐中的温度变化，使其保持在合适的温度范围内。当温度达到所需要求时，则尽快将高温沥青排出，输送至成品罐中进行下一循环的加热。

（2）对脱水罐中的沥青要进行相应的温度控制，并且严格控制加热用火的大小（温度低于80 ℃时，应尽量使用强火加热，以提高加热速度；温度高于80 ℃时，应该用弱火加热，可以使沥青中的水分尽可能地完全排出，以免影响后续沥青的使用），使其温度不致过高，以免加热时间过长造成沥青的过分老化。

（3）排烟温度不能过高，以避免造成热量的浪费；还要尽量增加烟道的长度，保证热量尽可能地被利用，提高资源的利用率。

［1］ 熊世陵.路用沥青加热设备技术浅谈［J］.中国公路，2005（4）：93.

［2］ 王志廷，靳长征，韩宪锁，等.沥青加热技术［M］.北京：人民交通出版社，1996.