一种高固含量乳化沥青生产设备及自动化生产方法

摘要

本发明公开了一种高固含量乳化沥青生产设备及自动化生产方法，所述设备包括：乳化液、基质（或改性）沥青进给装置和PLC控制系统；所述进给装置将乳化液与基质（或改性）沥青送入乳化沥青胶体磨生成乳化沥青，然后经冷却器冷却，送入储存装置，所述PLC控制系统将测量的温度、流量、压力信号等送入PLC控制器进行控制运算，根据测定温度高低，对乳化液与基质（或改性）沥青进行温度、流量和压力的串级控制调节，实现自动化生产。本发明有效解决了高固含量乳化沥青经常出现的粗颗粒、结皮、结块等现象，保证了流量调节即时性和准确性，实现了乳化沥青生产工艺过程的自动化精确控制，有效提高了乳化沥青的生产效率和产品品质。

说明书

技术领域

 本发明涉及沥青加工领域，特别是一种高固含量乳化沥青生产设备及自动化生产方法。

背景技术

乳化沥青是将基质沥青或改性沥青与乳化液混合反应而成，通常分别称为普通乳化沥青或改性乳化沥青，主要用来降低沥青的粘度，提高沥青的性能，在沙石料表面形成均匀和适宜厚度的沥青薄膜，与乳化前的沥青相比，可以大幅提高沙石料表面沥青薄膜均匀程度，方便施工，大幅提高施工效率和节约沥青的使用量，广泛用于公路和高速公路路面施工以及防水防腐工程施工。

目前，乳化沥青的生产和实验中遇到乳化液与基质沥青或改性沥青在特定的压力和温度下按一定比例进行混合、配比和反应，同时生产和实验的连续性和稳定性要求物料的加料和混合过程也要具有连续性和稳定性，物料混合的量也要做到精确和即时计量。显然手动控制很难满足生产工艺要求的物料加料的连续性、稳定性、即时性和准确性，需要采用自动控制方法来实现和保证物料加料的连续、即时和准确，实现工艺过程的精确控制，降低劳动强度，提高生产效率低。

乳化沥青在将基质沥青或改性沥青与乳化液混合反应而成乳化沥青的生产加工过程中，固含量一般在50-55%，约含有45-50%的水，对沥青的使用造成不利影响，同时增加了沥青的运输成本。目前，高固含量乳化沥青（沥青含量高于55%）往往会出现粗颗粒、结皮、结块，造成喷洒设备堵塞，或与集料拌合不均等；储存不稳定，甚至破乳。

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述问题，提供一种高固含量乳化沥青生产设备及自动化生产方法,它具有自动化程度高，大幅降低劳动强度，提高生产效率低，实现了工艺过程的精确控制优点。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种高固含量乳化沥青生产设备，包括：乳化液进给装置、基质（或改性）沥青进给装置、乳化沥青储存装置和PLC控制系统；所述乳化液进给装置将乳化液送入乳化沥青胶体磨，所述基质（或改性）沥青进给装置将基质（或改性）沥青送入乳化沥青胶体磨，所述乳化液和基质（或改性）沥青在乳化沥青胶体磨的工作下生成乳化沥青，然后乳化沥青经过乳化沥青冷却器冷却，最终送入乳化沥青储存装置，所述PLC控制系统将测量的温度、流量、压力信号等送入PLC控制器进行控制运算，根据乳化沥青的测定温度高低，对乳化液与基质（或改性）沥青进行温度、流量和压力的串级控制调节，实现乳化沥青的自动化生产。

所述乳化液进给装置包括乳化液罐，所述乳化液罐与乳化液泵连接，所述乳化液泵与乳化液三通阀的第一端连接，所述乳化液三通阀的第二端与乳化沥青胶体磨连接，所述乳化液三通阀与乳化沥青胶体磨连接的管道上设有乳化液温度计、乳化液流量计、乳化液压力表，所述乳化液罐与乳化液泵连接的管道上设有乳化液阀，所述乳化液三通阀的第三端与乳化液罐连接。

所述基质（或改性）沥青进给装置包括基质（或改性）沥青罐，所述基质（或改性）沥青罐与基质（或改性）沥青泵连接，所述基质（或改性）沥青罐与基质（或改性）沥青泵连接的管道上设有基质（或改性）沥青阀，所述基质（或改性）沥青泵与基质（或改性）沥青三通调节阀的第一端连接，所述基质（或改性）沥青三通调节阀的第二端与乳化沥青胶体磨连接，所述基质（或改性）沥青三通调节阀的第二端与乳化沥青胶体磨连接的管道上设有基质（或改性）沥青压力表、基质（或改性）沥青温度计和基质（或改性）沥青流量计，所述基质（或改性）沥青三通调节阀的第三端与基质（或改性）沥青罐连接。

所述乳化沥青储存装置为乳化沥青罐，所述乳化沥青罐与乳化沥青泵连接，所述乳化沥青罐与乳化沥青泵连接的管道上设有乳化沥青阀，所述乳化沥青胶体磨与乳化沥青冷却器连接的管道上设有乳化液沥青温度计，所述乳化沥青冷却器与乳化沥青罐的连接管道上设有冷却后乳化沥青温度计。

所述PLC控制系统包括PLC控制器（含控制软件）、测量变送仪表（包括乳化液与基质（或改性）沥青进行测量的温度计、流量计和压力表，乳化沥青测量温度计），执行器（包括对乳化液与基质（或改性）沥青进行调节的三通调节阀、泵与阀门）。

一种高固含量乳化沥青生产设备的生产方法，包括如下步骤：

步骤（1）：开启乳化液阀、乳化液三通调节阀、基质（或改性）沥青阀和基质（或改性）沥青三通调节阀；

步骤（2）：检查盘动变频乳化液泵与基质（或改性）沥青泵，启动乳化液泵和基质（或改性）沥青泵；

步骤（3）：通过乳化液温度计测定乳化液进料温度T₁，通过基质（或改性）沥青温度计测定基质（或改性）沥青进料温度T₂，通过乳化沥青温度计测定乳化沥青温度T₃；

步骤（4）：调节乳化液三通调节阀使乳化液压力表的数值P₁达到设定数值，调节基质（或改性）沥青三通调节阀使基质（或改性）沥青压力表的数值P₂达到设定数值；

步骤（5）：调节乳化液泵的转速，并调节乳化液三通调节阀，在乳化液压力表的数值P₁不变的情况下使混合前乳化液流量计的瞬时流量值F_M1达到设定值；

步骤（6）：将测量的温度、流量、压力信号等送入PLC控制器进行混合比例运算：

依据乳化液、基质（或改性）沥青与乳化沥青间的质量守恒与能量守恒定律：

K= M₂/（M₁+M₂）×100%                                                 （1）

C₁M₁（T₁-T₃）= C₂M₂（T₃-T₂）                                             （2）

C₁M₁（T₁-T_K3）= C₂M₂（T_K3-T₂）                                            （3）

其中：K为乳化沥青固含量比；

M₁ 、M₂为乳化液与基质（或改性）沥青的质量，乳化液的质量M₁=p₁×F_M1，基质（或改性）沥青的质量 M₂= p₂×F_M2，其中p₁、p₂为乳化液与基质（或改性）沥青密度，对于特定的生产过程，测定的p₁、p₂可认为是常量；F_M1 、F_M2为乳化液与基质（或改性）沥青的流量，通过各自相应流量计测量；

T₁、T₂ 为乳化液进料温度、基质（或改性）沥青进料温度，通过相应的乳化液与基质（或改性）沥青温度计测量；  

T₃、T_K3为乳化沥青测定温度与乳化沥青温度理论值，T₃通过乳化沥青温度计测量，T_K3由系统通过公式（1）与公式（3）运算得到；

C₁、C₂为乳化液与基质（或改性）沥青的比热，可通过常规物理实验提前测定，对于特定的生产过程，测定的C₁、C₂可认为是常量；

  PLC控制器根据工程需要预先设定的固含量比值K，见公式（1），具体控制中可将M₁ 或M₂其中一个固定，即将对应的流量计F_M1 、F_M2其中一个固定即可；M₁ 或M₂中另外一个可由公式（1）得到，为系统实施控制的理论值M₁ 或M₂，再通过公式（3）可以得到乳化沥青温度理论值T_K3，PLC控制系统通过T_K3与乳化沥青测定温度T₃的高低比对来进行流量调节；

步骤（7）：设定固含量比值K时的流量调节：调节时可将乳化液流量F_M1或基质（或改性）沥青流量F_M2其中一个固定，来调节另一个。以乳化液流量F_M1固定为例，固定乳化液泵频率和乳化液三通调节阀开度，实现流量F_M1稳定，当T₃ ＞T_K3时，PLC控制系统发出信号，并自动调小基质（或改性）沥青三通调节阀使基质（或改性）沥青流量计的瞬时流量值F_M2减小，逐渐使T₃ ≈T_K3，调小基质（或改性）沥青三通调节阀的同时，需要调低变频沥青泵频率，使基质（或改性）沥青沥青压力表的数值P₂与乳化液压力表的数值P₁一致，避免压力不同影响流量F_M1 、F_M2；当T₃ ＜T_K3时，PLC控制系统发出信号，并自动调大基质（或改性）沥青三通调节阀开度使基质（或改性）沥青流量计的瞬时流量值F_M2逐渐增大，逐渐使T₃ ≈T_K3，调大基质（或改性）沥青三通调节阀的同时，需要调高变频沥青泵频率，使基质（或改性）沥青沥青压力表的数值P₂与乳化液压力表的数值P₁一致；实现F_M1 、F_M2稳定，并达到设定的K值，实现物料进料混合比例的自动调节和控制，实现高固含量乳化沥青的自动化生产。

一种高固含量乳化沥青生产设备的生产方法，包括如下生产自动控制过程：

（1）乳化沥青温度自动控制过程：根据T₃ 、T_K3的高低，通过自动调节乳化液与基质（或改性）沥青流量F_M1 、F_M2来实现；

（2）乳化液与基质（或改性）沥青流量F_M1 、F_M2自动控制过程：通过自动调节乳化液与基质（或改性）沥青泵转速和三通调节阀开度来实现；

（3）乳化液与基质（或改性）沥青压力P₁ 、P₂自动控制过程：通过自动调节乳化液与基质（或改性）沥青泵转速和三通调节阀开度来实现；

（4）乳化沥青温度自动控制过程与乳化液与基质（或改性）沥青的流量F_M1 、F_M2自动控制过程及P₁ 、P₂自动控制过程实现串级控制。

本发明的有益效果

(1) 自动化生产能满足高固含量乳化沥青加工工艺要求的加料的连续性与稳定性，保证了流量调节即时性和准确性，实现了工艺过程的精确控制，提高了乳化沥青的生产和实验的自动化水平，实现了高固含量乳化沥青的自动化生产。

(2) 和手动控制相比，自动化生产降低生产和实验的劳动强度，提高了工艺过程的控制水平，提高生产效率。

（3）本发明为解决上述手动控制的不足与高固含量乳化沥青经常出现结皮、结块现象，提供了一种物料混合由温度与流量控制混料比的自动控制方法，该方法自动化程度高，大幅降低劳动强度，提高生产效率低，实现了工艺过程的精确控制。

附图说明

图1为本发明的生产设备结构图；虚线框内为自动控制流程图

图2为本发明的生产自动控制流程方框图；

图中：1乳化液罐，2.乳化液阀，3. 乳化液泵，4. 乳化液三通调节阀，5.乳化液温度计，6.乳化液流量计，7.乳化液压力表，8.基质（或改性）沥青压力表，9.乳化沥青温度计，10. 基质（或改性）沥青流量计，11. 基质（或改性）沥青温度计，12.基质（或改性）沥青三通调节阀，13. 基质（或改性）沥青泵，14. 基质（或改性）沥青阀，15. 基质（或改性）沥青罐，16. 乳化沥青胶体磨，17. 乳化沥青冷却器，18. 冷却后乳化沥青温度计，19. 乳化沥青罐，20. 乳化沥青泵，21.PLC控制系统。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示，一种高固含量乳化沥青生产设备，包括：乳化液进给装置、基质（或改性）沥青进给装置和乳化沥青储存装置；所述乳化液进给装置将乳化液送入乳化沥青胶体磨16，所述基质（或改性）沥青进给装置将基质（或改性）沥青送入乳化沥青胶体磨16，所述乳化液和基质（或改性）沥青在乳化沥青胶体磨16的工作下生成乳化沥青，然后乳化沥青经过乳化沥青冷却器17冷却，最终送入乳化沥青储存装置。

所述乳化液进给装置包括乳化液罐1，所述乳化液罐1与乳化液泵3连接，所述乳化液泵3与乳化液三通阀4的第一端连接，所述乳化液三通阀的第二端与乳化沥青胶体磨16连接，所述乳化液三通阀4与乳化沥青胶体磨16连接的管道上设有乳化液温度计5、乳化液流量计6、乳化液压力表7，所述乳化液罐1与乳化液泵3连接的管道上设有乳化液阀2，所述乳化液三通阀的第三端与乳化液罐1连接。

所述基质（或改性）沥青进给装置包括基质（或改性）沥青罐15，所述基质（或改性）沥青罐15与基质（或改性）沥青泵13连接，所述基质（或改性）沥青罐15与基质（或改性）沥青泵15连接的管道上设有基质（或改性）沥青阀14，所述基质（或改性）沥青泵15与基质（或改性）沥青三通调节阀12的第一端连接，所述基质（或改性）沥青三通调节阀12的第二端与乳化沥青胶体磨16连接，所述基质（或改性）沥青三通调节阀12的第二端与乳化沥青胶体磨16连接的管道上设有基质（或改性）沥青压力表8、基质（或改性）沥青流量计10和基质（或改性）沥青温度计11，所述基质（或改性）沥青三通调节阀12的第三端与基质（或改性）沥青罐15连接。

所述乳化沥青储存装置为乳化沥青罐19，所述乳化沥青罐19与乳化沥青泵20连接，所述乳化沥青罐19与乳化沥青泵20连接的管道上设有乳化沥青阀，所述乳化沥青胶体磨16与乳化沥青冷却器14连接的管道上设有乳化液沥青温度计9，所述乳化沥青冷却器14与乳化沥青罐19的连接管道上设有冷却后乳化沥青温度计18。

所述PLC控制系统21， PLC控制器（含控制软件）与测量变送仪表（包括乳化液温度计5、流量计6和压力表7与基质（或改性）沥青进行测量的温度计11、流量计10和压力表8，乳化沥青测量温度计9、18）、执行器（包括乳化液三通调节阀4、泵3与阀门2与基质（或改性）沥青三通调节阀12、泵13与阀门14）相连接，并进行双向通讯。

如图2所示，一种高固含量乳化沥青生产设备的生产方法，包括如下步骤：

步骤（1）：开启乳化液阀2、乳化液三通调节阀4、基质（或改性）沥青阀14和基质（或改性）沥青三通调节阀12；

步骤（2）：检查盘动变频乳化液泵3与基质（或改性）沥青泵13，启动乳化液泵3和基质（或改性）沥青泵13；

步骤（3）：通过乳化液温度计5测定乳化液进料温度T1，通过基质（或改性）沥青温度计11测定基质（或改性）沥青进料温度T2，通过乳化沥青温度计9测定乳化沥青温度T3；

步骤（4）：调节乳化液三通调节阀4使乳化液压力表7的数值P₁达到设定数值，调节基质（或改性）沥青三通调节阀12使基质（或改性）沥青压力表8的数值P2达到设定数值；

步骤（5）：调节乳化液泵3的转速，并调节乳化液三通调节阀4，在乳化液压力表7的数值P1不变的情况下使混合前乳化液流量计6的瞬时流量值F_M1达到设定值；

步骤（6）：将测量的温度、流量、压力信号等送入PLC控制器进行混合比例逻辑运算，设定固含量比值K，PLC控制系统根据公式（1）～（3）计算乳化沥青温度理论值T_K3，并将T_K3与测定的乳化沥青温度T₃ 比对，来调节乳化液流量F_M1或基质（或改性）沥青流量F_M2：

步骤（7）：设定固含量比值K时的流量调节，调节时可将乳化液流量F_M1或基质（或改性）沥青流量F_M2其中一个固定，来调节另一个；

以乳化液流量F_M1固定为例，固定乳化液泵3频率和乳化液三通调节阀4开度，实现流量F_M1稳定，当T₃ ＞T_K3时，PLC控制系统21发出信号，并自动调小基质（或改性）沥青三通调节阀12使基质（或改性）沥青流量计10的瞬时流量值F_M2减小，逐渐使T₃ ≈T_K3，调小基质（或改性）沥青三通调节阀12的同时，需要调低变频沥青泵13频率，使基质（或改性）沥青沥青压力表的数值P₂与乳化液压力表的数值P₁一致，避免压力不同影响流量F_M1 、F_M2；当T₃ ＜T_K3时，PLC控制系统21发出信号，并自动调大基质（或改性）沥青三通调节阀12开度使基质（或改性）沥青流量计10的瞬时流量值F_M2逐渐增大，逐渐使T₃ ≈T_K3，调大基质（或改性）沥青三通调节阀12的同时，需要调高变频沥青泵13频率，使基质（或改性）沥青沥青压力表8的数值P₂与乳化液压力表7的数值P₁一致；实现F_M1 、F_M2稳定，并达到设定的K值，实现物料进料混合比例的自动调节和控制，实现高固含量乳化沥青的自动化生产；

以基质（或改性）沥青流量F_M2固定为例，固定基质（或改性）沥青泵13频率和基质（或改性）沥青三通调节阀12开度，实现流量F_M2稳定，当T₃ ＞T_K3时，PLC控制系统21发出信号，并自动调大乳化液三通调节阀4开度使乳化液沥青流量计6的瞬时流量值F_M1逐渐增大，使T₃ ≈T_K3，调大乳化液三通调节阀4开度的同时，需要调高变频乳化液泵3频率，使基质（或改性）沥青沥青压力表8的数值P₂与乳化液压力表7的数值P₁一致，避免压力不同影响流量F_M1 、F_M2；当T₃ ＜T_K3时，PLC控制系统21发出信号，并自动调小乳化液三通调节阀4开度使乳化液流量计6的瞬时流量值F_M1减小，逐渐使T₃ ≈T_K3，调小乳化液三通调节阀4开度的同时，需要调低变频乳化液泵3频率，使基质（或改性）沥青沥青压力表8的数值P₂与乳化液压力表7的数值P₁一致，避免压力不同影响流量F_M1 、F_M2；，并达到设定的K值，实现物料进料混合比例的自动调节和控制，实现高固含量乳化沥青的自动化生产。

如图2所示，一种高固含量乳化沥青生产设备的自动化生产方法，包括如下生产自动控制过程：

（1）乳化沥青温度自动控制过程：根据T₃ 、T_K3的高低，通过自动调节乳化液与基质（或改性）沥青流量F_M1 、F_M2来实现；

（2）乳化液与基质（或改性）沥青流量F_M1 、F_M2自动控制过程：通过自动调节乳化液与基质（或改性）沥青泵3、13的转速和三通调节阀4、12的开度来实现；

（3）乳化液与基质（或改性）沥青压力P₁ 、P₂自动控制过程：通过自动调节乳化液与基质（或改性）沥青泵3、13的转速和三通调节阀4、12的开度来实现；

（4）乳化沥青温度自动控制过程与乳化液与基质（或改性）沥青的流量F_M1 、F_M2自动控制过程及P₁ 、P₂自动控制过程实现串级控制。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。