天然气在沥青拌和站中的应用_工程机械、建筑机械_机械及行业设备

依托某公路路面工程项目，对天然气在中的应用进行系统研究。本文阐述了天然气的材料特性，系统分析了拌和站的燃烧系统改造原理，并通过数据分析了沥青混合料的性能影响，总结了经济价值及社会意义。

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目前，国内大部分沥青混合料拌和站以燃烧柴油、重油为主，而柴油、重油价格居高不下，直接造成生产成本加大，公路建设单位更是苦不堪言。而天然气同柴油、重油相比，热值较高，燃烧充分稳定，有着更优良的燃烧特性，并且清洁能源对环境无污染。结合在高速公路路面施工中实现了增加经济和社会效益，对拌和站燃烧系统进行了研究、总结。
某高速公路全长665km，本项目路线全长42.999km，按双向4车道高速公路标准建设，路基宽度26m。主线、枢纽互通匝道结构形式为：4cmSMA上面层+6cmAC-20C中面层+8cmAC-25C下面层+封层+36cm水稳基层+20cm水稳底基层，上面层混合料共计38万t。
1 燃料特性对比
1.1 重油
重油又称燃料油，呈暗黑色稠状，难挥发。其主要成分为石油裂化后的常压油、裂化柴油、裂化渣油、减压渣油、催化柴油等调和而成，其硫含量、金属含量、酸含量和氮含量较高，燃烧后有害气体较多。重油发热量较高，价格较高，其热值为9800～12000kcal/kg。
1.2 天然气
天然气是一种无毒、无色、无味气体，主要成分为甲烷，也包括一定量的乙烷、丙烷和重碳氢化合物，还有少量的氮气、氧气、二氧化碳和硫化物。燃烧产物主要是二氧化碳和水，其热值为8600～9500kcal/Nm3 。与其他化石燃料相比，天然气燃烧时仅排放少量的二氧化碳、粉尘和极微量的一氧化碳、碳氢化合物、氮氧化物，是一种清洁的能源。
根据热值计算，lkg重油约等于1.3m3 天然气的热量，目前重油的价格约为3900元/t。据统计目前我公司沥青拌和站每生产1tSBS改性沥青AC-20混合料需要燃料油9.23kg左右，1t混合料其燃料费为35.1元，而天然气lm3 的价格为2.6元左右，根据热值计算生产1t混合料的燃气大约9.1m3 ，费用约为9.1×2.6=23.66元。据此，1t混合料使用天然气可比重油节约成本35.1-23.66=11.44元。
2 拌和站建立
2.1 供气管路布设
天然气采用灌装20MPa压缩天然气供应方式，车载至拌和站，通过高压排气卸压柱将压缩天然气输送到二次减压设备中减压至0.6～0.8MPa。然后根据拌和站生产能力调节二次减压设备，调节天然气供给量满足拌和站产量为宜，同时减压设备能存储10m3天然气，以持续的供给拌和站使用。达到合适压力的天然气温度较低，采用导热油循环加温设备将天然气加温，以利于拌和站燃烧。
2.1.1 管道安装
为了便于施工和维修，本项目将管道平直置架在地面以上，支撑柱必须牢固且高度一致。在安装管道前进行管道金属表面除锈、涂刷防腐底漆等工作。单根管道长度为6m，2节管道相接使用法兰盘连接，在2个法兰盘中间加耐腐蚀橡胶垫密封，防止从缝隙中出现漏气现象而引发安全事故。在输气管道与其他部位固定管道对接时，为防止出现2节管道不在一条轴线上而导致对接不了的情况，使用软连接管进行连接。管道安装完毕后，必须进行压力与密闭性试验、破坏性试验，结果均符合要求后方可投入使用。
2.1.2 调压站安装“双保险”确保安全用气
调压站配有燃气泄露监测报警装置，并与紧急切断阀联动。提醒您，当燃气报警的探测点探测到有可燃气体时，立刻给紧急切断阀启动信号，紧急切断阀立即启动，切断管路中的气流进行保护。当查明可燃气体来源并进行相应处理后，即可复位紧急切断阀。为了准确掌握整套调压站的工作情况，便于对全系统的运行进行监控管理，在一级、二级调压装置后分别设置了一级、二级超压放散阀。当管路内的气体压力超过了安全放散阀的预设值时，安全放散阀就会自动开启进行排放，从而使管路和燃气设备始终工作在设定的压力范围内，实行“双保险”，确保安全用气。
2.2 燃烧器改造
沥青混合料拌和站原站采用的燃烧原料为重油，改天然气为燃料需对原燃烧器进行改造。技术工人在不破坏原燃烧器燃油性能的前提下，将原燃烧器由单一控制燃料供应量来调节火焰大小改造成二级控制，通过变频电机自动调节气阀精确定位、实现进气压力及进气量的精确调节。并增设燃烧器及天然气火焰和进气量自动控制系统，根据燃料需求量精确控制配风量来实现天然气的自动控制。经过燃烧器改造后，改变了喷气量与喷嘴前气压的对应关系，实现了空燃比的精确控制。
3 混合料试验及天然气消耗统计
依托高速公路中面层SBS改性沥青AC-20混合料的铺筑，对天然气燃料生产混合料进行了验证。在高速公路右幅K34+120-K36+210单幅4车道2090米的铺筑中，采用天然气作为燃料，混合料生产中试验室进行了常规混合料马歇尔试验及沥青含量测定。生产结束后，对当日混合料总数量及天然气消耗量进行了统计汇总如表1、表2。
通过试验，沥青混合料马歇尔指标与重油燃料混合料指标差异不大，性能满足施工要求。
4 效益分析
4.1 经济效益
（1）燃料费。
上面层混合料共计38万t，天然气比重油节省成本：11.44×38=434.72万元。
（2）耗材费用。
①除尘布袋。烧重油的除尘布袋每10万t须清洗一次，清洗3次后须换新，每次清洗费用2.4万元，新购需21万元，生产40万t混合料在除尘布袋上需：21+2.4×3=28.2万元，即每10万t花费7.05万元。而使用天然气对除尘布袋影响很小，生产100万t才需花费28万元，即每10万t花费2.8万元。
②油泵。
使用柴油和重油每10万t需要更换2个油泵，价格约2.5万元/个，喷油嘴2套，价格1.8万元/套。
节约总成本为：434.72+（（7.05-2.8）+（2.5+1.8））×38÷10=467.21万元。
4.2 社会效益
1t重油燃烧排放烟尘2.7kg，二氧化硫4kg，1m3 天然气排放烟尘0.0lkg，二氧化硫4mg。天然气作为一种清洁能源，与重油燃料相比，真正达到了无污染排放，减少了二氧化硫、氧化铅的排放，达到工业要求的节能减排，减少对空气PM2.5指标的压力。
5 结束语
经过燃气拌合站的实际对比分析，本站天然气的应用实现了燃烧器点火迅速，燃烧充分稳定，火焰颜色发蓝，形状调整便捷，火焰燃烧区长度适中，增强了辐射换热效果，风气调节比好，温控精度高，自动控制灵活，设备运行经济高效并且天然气对拌和站布袋危害较小，延长了布袋的清理及更换时间，降低了消耗材料的成本，给高速公路的项目施工带来了良好的经济效益。
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