BROOKFIELD 粘度计在沥青行业中的应用
2007-07-23 11:17
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BROOKFIELD 粘度计在沥青行业中的应用
一、实验室仪器的应用
沥青品种繁多,有自然形成的,但主要是由煤和油的炼制过程形
成的残渣组成,常被用作建筑材料,如铺设公路。未经改性的沥青是
一种复杂的高分子碳氢化合物,在一定温度与荷载作用下表现为典型
的弹-粘-塑性,并且在高温与紫外线照射下会产生老化现象,因此现
在常用的是改性沥青。改性是指通过往沥青中掺加橡胶、树脂、高分
子聚合物、磨细的橡胶粉或其它填料等外掺剂(改性剂)或采取对沥
青轻度氧化加工等措施,使沥青或沥青混合料的性能得到改善而制成
的沥青结合料。
沥青的性能直接影响到它铺在路面上的耐用性,如果太软,铺路
时会留下压路机的轮印,如果太硬,路面又很容易爆裂,所以要求沥
青必须具有合适的粘度范围。另外沥青的流变性能也决定了混合和施
工时的难易程度。沥青的粘度在很大程度上受到温度的影响,因此沥
青的性能受到当地气候的影响,所以在不同温度下沥青的流变特性成
为研究人员的主要课题,而施工人员也需要用粘度计检测沥青的粘度,
以确保沥青的质量和施工工艺的顺利进行。
但沥青是一种很难测量其流变特性的物质,因为温度对沥青的粘
度的影响非常大,每当温度改变1℃,其粘度可能变化20%,另外在常
温下,沥青是一种固体,粘度非常大,具有很差的热传导性,很多改
性沥青还具有触变性。这些问题得到美国SHRP 的重视,他们建议必须
在一个温度控制精确的系统里进行沥青的粘度测量,通过这种方法可
以确定沥青的级别。
一般的,沥青的混合温度越高,它的流动性越好,因此也更容易
在施工中被压紧密。然而对于不同品种的沥青来讲,温度的上限也是
不同的,不然温度太高会破坏沥青的结构和性能。以前测量最佳混合
温度是基于用毛细管粘度计来测量沥青的动态粘度(cSt)得到的,现在
这种测量方法因为改用了Brookfield 的旋转粘度计而得到了改进,
Brookfield 的旋转粘度计得到的粘度单位为厘泊(cP),这两个单位之
间利用公式可以进行换算。
Brookfield 粘度计,是通过一个弹簧或轴承带动一个转子在流体
中持续旋转,旋转扭矩传感器测得弹簧的扭变程度即扭矩,它与浸入
样品中的转子被粘性拖拉形成的阻力成比例,扭矩因而与液体的粘度
也成正比。
美国的ASTM 标准D4402-87 和2000 年制定的沥青粘度测量行业标
准都详细地描述了如何使用Brookfield 的粘度计和加热系统来检测
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铺路沥青在进行混合时的粘度以及测量压实温度的方法。沥青的流变
特性研究主要有两个问题,一个是需要在不同温度测量,另一个是在
不同剪切率下测量,使用Brookfield 的实验室仪器可以得到很好的解
决。现在大多数的国内外沥青研究所和企业使用的是Brookfield 的
RV/HA/HB 型DV-II+粘度计或DV-III+流变仪配合ThermoseTM 加热器进
行测量,可以连续地感应粘度变化值,实时显示温度、粘度、剪切率、
剪切应力、转速、转子等信息,仪器的RS232 串行接口具有电脑自动
化控制和采集分析数据结果的强大能力。由于恒温加热器可控制样品
的温度从室温到最高+300℃,而且它使用的转子和样品杯只需要
8-13mL 的样品量,所以能够快速地升温并进入恒温状态,并且由于控
温器可以编程,所以可以实现程序升温。另外多种转子的选择,以及
转速档次高达两千多种,粘度测量范围十分宽广,同时加热器配的圆
柱体形转子可以计算精确的剪切率值,所以特别适合于研究单位和生
产单位对沥青进行流变学研究和质量检测。
为了解决沥青在测量后难于清洁的问题,Brookfield 还专门设计
了很特别的一次性转子和样品杯,给测量带来很大方便。
二、在线粘度计的应用
大多数沥青的形成主要是通过在煤和油的炼制过程形成柏油,在
油和气的一次精炼过程中,经过加热,天然气、汽油、柴油等馏出,
而留在塔底的是沥青和柏油残渣。沥青残渣在真空下加热经过二次精
馏,这样经进一步蒸馏形成不同等级的沥青,可与沙、石子或其它产
品混合进行铺路、浇顶等特殊应用。在油气加工行业上,Brookfield
公司的TT100 在线粘度计是监测和控制沥青生产过程的理想解决方
案,耐用、可靠,TT100 在线粘度计用于精馏塔的实时粘度监控。
当今的现代沥青生产需要进行按粘性进行产品分类,采用粘度测
量和控制技术可以节约生产时间和控制生产成本,精练可以形成不同
的产品等级:AC-5 沥青的粘度是500 cP,AC-20 沥青粘度是2000 cP,
AC-30 沥青粘度是3000 cP。炼油厂一般在全球采购不同油田和不同
品质的原油,原料的不同使沥青的炼制过程变得复杂,也使连续蒸馏
过程的控制十分关键。Brookfield 公司TT100 在线粘度计可确保精炼
厂管理人员可以用不同的原油生产出具有稳定品质的产品。
Brookfield 公司的TT100 在线粘度计在现代炼油企业生产过程
中的品质等级切换点控制上是十分必需的,它可确保沥青品质等级的
切换粘度没有波动,Brookfield 公司的TT100 解决方案包括以下考
虑:
1. 控制精馏塔的连续粘度反馈信号
2. 输出粘度计在线测试的粘度变化的信号
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3. 系统设计能调节精炼塔的压力和温度运行调节
4. 推荐在线粘度计采用旁路安装方式
需要考虑沥青在线粘度检测的人员包括企业经理、企业工程师、
产品经理、生产经理、工艺工程师。
目前在使用Brookfield 在线粘度计用于测量沥青的国外用户有
Mobil (Illinois)、Ergon, Inc. (Mississippi)、Coastal Refinery
(Texas)、Citgo Asphalt Refinery (Georgia)
如果您想用在线粘度计测量沥青的实时粘度,请您思考以下几个
问题:
1) 您或者您的客户是否在炼油行业生产沥青或焦油产品?
2) 您或者您的客户是否仍使用实验室仪器进行采样分析,进行产品的
批次质量控制?
3) 您或您的客户是否从不同市场采购原油?
4) 如果是,那么不同原油加工的费用是否有提高?
5) 您或您的客户是否需要比以前更加频繁地调整塔的操作条件?
6) 您或您的客户是否24 小时连续生产?
典型的TT100 在线粘度计在沥青生产过程中的安装示意图
4
使用Brookfield 在线粘度计测量沥青有以下几个益处:
1) 克服不同原油组分变化的限制
2) 提高精馏塔的效率
3) 明显降低实验室的QC/QA 费用
4) 在生产过程中建立沥青不同等级的切换时间
5) 帮助控制沥青在线粘度符合品质要求
6) 使用者会意识到通过更有效的蒸馏控制产品的品质以及减少实验
室采样分析的费用可使产量提高
7) 消除由于重新工作和劣质产品的相关费用
Brookfield 的TT-100 在线粘度计的典型技术规格:
1) 粘度范围: 0-30 cP to 0-10,000 cP
2) 温度范围: 140℉ to 500℉
3) 压力范围: 0-300 psi
4) 材质: 316 s/s wetted parts
5) 流量: 0-20 gpm
6) 正确度: 1% 全量程
7) 重复性: 0.5% 全量程
8) 电源: 115VVAC, 60 Hz, 200 watts
230VAC, 50 Hz, 300 watts
9) 电子单元: NEMA 7 (explosion-proof construction 防爆结构)
作为Superpave 技术中推荐的仪器,Brookfield 公司的实验室和
在线粘度计可满足公路沥青测试的要求,但由于美国AASHTO 建议标准
TP48 中对测定条件作了严格的规定,例如在135℃测定时,对RV、HA、
HB 型可采用20RPM,对LV 型可采用12RPM,在60℃测定可选用0.5RPM
等,在整个测量粘度过程中,不能改变设定的转速,改变剪切率。这
对于制订统一的测试方法当然是十分必要的,但这也在一定程度上束
缚了实验人员的思路。因为对于非牛顿流体的沥青而言,在某一规定
条件下测得的测量值,并不能预测不同条件下的使用性能,因此可以
通过改变温度、剪切率(可通过改变转速实现)等条件,获得更详细
的流变信息,以全面评价和研究沥青的性能和施工条件。为此,
Brookfield 公司愿提供更先进的测试仪器和解决方案满足客户的要
求。
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