超导热管技术在沥青加热中的应用

随着科学技术的不断进步，沥青加热经历了柴〈煤〉炉灶明 火、重燃油、燃气、太阳能、远红外辐射、中压水载体、导热油 载体等不同形式的不同阶段，但对其能源消耗、沥青质量、劳动 强度、环保要求及设备的一次性投入与维修费用等问题，始终未 能达成完美的统一。尤其是县〈市、区〉公路管理局下属的公路 站的沥青加热，基本上还是砖砌油池、铁锅明火直接外部加热， 开口铁桶接油上路施工，油温低了再用明火升温。这种极为原始 的加热方式，几十年几乎没有任何改变。作为公路技术工作者，对此问题应引起深思。

1 正视沥青加热的技术经济问题

沥青加热是沥青路面施工、养护的一个重要环节，它既制约 着公路施工、养护的质量，也影响着公路施工、养护的成本，还 与养路工人的劳动强度、施工环境及周边生态环境密切相关。几 十年来，广大公路科技工作者与相关专家、学者，围绕这一问题 作出了不懈的努力。益阳市公路管理局依托省局的大力支持，分 阶段地对所属邓石桥沥青油场进行了多次技术改造，每次均不同程度地收到了可观的社会、经济 效益。邓石桥油场技术改造所经历的几个主要阶段及尚需解决的 主要技术经济问题，可归纳为如下几个方面：

1)20世纪60年代，随着沥青路面的兴建，益阳市于1964年建 立邓石桥沥青油场。下属各公路管养单位也相继建成规模不一的 沥青油场。这些油场全部采用砖砌油池、土灶铁锅外部加热，沥 青从砖池到铁锅，基本上由人工用半节开口铁桶转送。这种方式 加热沥青能耗大、损耗大、工人劳动强度大、工作条件差、生产成本高、环境污染严重，但加热设施的一次性投入不大。每年公 路大中修、新改建等均需要大量沥青，高温季节里沥青油场浓烟 滚滚，臭气难闻，伤害人畜庄稼，附近居民怨声载道 ，并常常因此发生纠纷。这种明火外部加热沥青的方法，一直延续到上世纪80 年代;而公路小修用沥青的加热，由于受公路基础设施投入不足等 诸多因素的影响，至今尚无大的改变。

2)1983年6月，成立“邓石桥沥青油场改造课题组”，着手对 其进行研究和改进，至1984年8月建成利用太阳能、远红外综合 加热沥青的炼油场。该油场设太阳能石砌油池4座，采光面积428. 5平方米，沥青储量1100多吨；沥青熬炼车间一个，内设容量5吨 的远红外加热油锅5口，装机总功率240千瓦。同时，配套建成了 乳化沥青生产线和沥青试验室，做到了沥青储存、加热、化验、出 油等设备基本配套成龙。从太阳能油池到加热油锅、成品油出锅，
形成了一条全新工艺的生产线。改变了以往价格高、油质差、肮 脏、笨重的老工艺，实现了低耗、物美、清洁、文明的改造目标。存 在的主要问题是：①远红外电热管工作时表面温度在350℃以上， 高温金属管表面在向沥青传热的过程中，对“沥青质”的损失较 为严重，沥青加热(特别是重复加温)后其针入度增加3%左右。② 高温金属管与沥青接触，导致沥青在熬炼过程中自燃起火，安全 生产存在严重隐患。③电能消耗大，热效率低，电热管质量难过 关，维修拆换困难。同时，维修费等费用一度增至12元/吨，加 热能耗成本增至120元/吨(1997年)。

3)1998年，益阳市公路管理局投入90多万元,采用中压水载 体加热技术，取代了邓石桥油场的远红外电热管加热系统。一方 面使沥青的熬炼质量得以保证，另一方面将熬炼成本降低，较改 造前每吨节约近70元,6年共节约近100万元，通过节约收回了技
术改造的全部投资。但是，由于燃煤价格的上涨，熬炼沥青的煤 电消耗由1998年的50元/吨涨至2003年的66元/吨、2004年达80 元/吨左右。同时，中压水锅炉及管系的检测、维修频率高，稍有 不慎，将有引发锅炉爆裂的危险，安全生产仍然存在隐患。目前已 有中压水锅炉爆裂的先例，也有油场在对中压水载体加热试用一 年后，被迫改为导热油载体加热。另外，邓石桥油场的石砌太阳能 油池已使用多年，漏油渗水严重，增加了沥青熬炼的能耗与损耗。 而且，该油场只能生产热沥青，乳化沥青设备也已陈旧，沥青化验 室破旧不堪，改性沥青等的生产更是空白。再一次对邓石桥油场 进行技术改造，或另行择址新建一个具有多种沥青产品加工、化 验、经营等功能的现代化沥青供应站，已迫在眉睫。

4)带着上述问题，我们于2004年8月到相关市局沥青油场 进行了学习、考察，各沥青油场近期技术改造的基本情况如下:

上述沥青油场的主要特点是：①新技术、新材料、新工艺在沥青加热中的应用速度快、投 资大；②沥青加热智能化，文明生产程度高；③沥青接卸、熬炼 及乳化沥青、改性沥青的生产综合考虑，形成了一体化模式；④ 铁路接线通向油场或附近，规划长远，后劲十足；⑤沥青场建设 资金筹措渠道多元化，经营公司化，技术改造与公司股份制改造 同步实施；⑥沥青场的生产向集约型转变，科技含量增加，劳动 强度减小，生产工人已由原来的几十人减少至不足十人。如油场 甲，新择站址于207国道旁的高科工业园，征地30多亩，沥青专 列直达油场，临街门面近百米，能进行多种沥青产品的系列加工 和多元综合经营，前景十分可观。

5)目前，国内外沥青加热运用最为广泛是采用导热油载体和 超导热管载体两种方式。两者均能达到沥青熬炼的质量要求，其 智能化及文明生产程度都较高。他们的主要区别在于：导热油载 体的热油需要电动泵将其向沥青循环泵送传热，超导热管则无需 外加动力而可以高速无热阻传送热量；导热油需按期更换且价格 较高，超导热管则使用寿命在10至15年左右，且价格便宜；导热 油锅炉、管系庞大复杂，而超导热管加热技术结构组成简单、紧凑。

2 超导热管加热沥青前景十分广阔

2.1 超导热管简介

超导热管又称介质导热管，是近几年发展起来的一种新型热传导元件。其加热原理是在密闭的金属管内填入一种特殊的介 质，该介质载热量大，受热后立即产生高能物理变化，并迅速传 递热量。超导热管技术的运用，打破了传统的以水、油为介质的 传热方式，可将大量热量通过极小的截面积，实现远距离快速传 输而无需外加动力，从而实现了高效、节能、低耗、环保的目的。 经有关专家测试，其传热速度可达80—100厘米/秒，是银、铜、 铝等良导体的数千倍；传输过程几乎是等温传热，热损耗可以忽 略不计，使用寿命高达数万小时;超导热管采用普通金属管材， 管内介质价格非常低廉，制作十分简单。近几年来，超导热管技 术已在许多领域广泛应用，发展十分迅速，如智能型超导热管沥 青加热罐等。

2.2 智能型超导热管沥青加热罐的主要特点

超导热管沥青加热罐集沥青储存、加热、脱水、保温、输送 于一体，可设计制造成卧式或立式金属罐。卧式罐容量可为1.5 —100m³不等，又可做成自行式、拖式或便移式；立式罐每个可做 成50至数千m³。热源可为燃油、燃气、燃煤等，加热方式为超导 热管载体传热。该罐既可用于固定的沥青供应站，又可用于沥青 运输；既可进行批量生产，又可用于零星供应热沥青，使用、维 修非常方便。其主要特点是:

1)结构紧凑。集沥青储存、燃烧加热、脱水升温、输送、管 系预热于一体，占地面积小;

2)节约能源。加热一吨沥青只需耗柴油10L或煤15kg左右;

3)加热成本低。加热一吨沥青约需燃料费30多元，批量生产及使用燃气、燃煤成本更低，且一次性投入也不是太大。经市场 调查，建一个50—100m³的便移式卧罐，只需投入16－22万元; 建一个1000m³立罐，也只需投入55万元左右，仅为导热油载体加 热设备的60%左右，比中压水载体加热设备减少20%左右，3－ 5年内均可收回投资;

4)沥青质量有保证。罐中设罐，局部加热，可按需加热并输 出高温沥青，不需整体反复加热；同时，采用螺旋泵双向循环 扰动，避免了沥青的局部老化;

5)管路简单且可完全内置罐内，传热面抗污垢能力强，使用 寿命长;

6)省时省工。常温下使用该罐加热到150--170℃的热沥青， 仅需两小时左右，连续批量生产时每次所需的时间更短，并且沥 青加热过程只需要一人观察仪表与简单操作;

7)智能化控制。该罐可对沥青温度进行动态调控、自动数 显、自动报警，并设有液位计;

8)符合环保要求。由于采用了先进的导热材料和工艺设计，热效率高，废气排量少，无其它污染。安化公路管理局沥青路面 机械养护专业队使用的XTG/CTG-1.5型超导沥青加热罐，启 动后，90min即可用热沥青，加热1.5t沥青，耗柴油10L，成本 32元，每吨节约加工费70元左右。

3 应用超导热管沥青加热技术应综合考虑和解决的几个问题

3.1 沥青供应站的技术改造应与公路站沥青加热设施的改造统筹安排

对公路站的沥青加热设施进行技术改造的时期也已经完全成 熟，这既是实现公路跨越式发展的技术、经济要求，也是改善工 人劳动条件、减轻劳动强度的现实要求。

1)进行养护运行机制改革，推行公路养护专业化、机械化， 为公路小修用沥青加热设施的技术改造提供了契机。按每100km 沥青路面〈基本上是一个县级管养单位〉设一个机械养护专业队 的格局，则可将其管养范围内的所有沥青土池、土灶全部拆除。 选择适当位置，建一个50-100m³的超导热管沥青加热罐，负责管 养范围内的沥青熬炼。特别边远的生产作业点，则可与小型超导 加热沥青罐〈拖式〉配合使用。部分市局早已着手并初见成效。

2)沥青路面机械养护专业队便移式沥青罐的大小，依据其与 沥青供应站的距离而定。距供应站50km以内的可只考虑其公路 小修用沥青，其储量可在50m³以内;距供应站超过50km的，则应 考虑本队范围内的部分公路大中修、新改建所需沥青的加热，沥 青罐储量应为100m³左右。

3)罐中罐的大小，依沥青的用途和日用量而定。仅用于公路 小修、日用量较少的沥青罐中的小罐，不应大于1m³ :需供应大中修用沥青者，可制成6m³左右。控 制小罐的大小，主要是为了避免沥青的长期保温和反复加热、防 止沥青的老化。

3.2 沥青罐设立位置的选择，应充分考虑相关的自然因素。

无论是沥青供应站的固定立罐，还是养护专业队的便移式卧 罐，均应考虑如下因素：

1)尽可能选择靠山边、有高差，可满足从原油转运车到加热 罐及成品热沥青出罐自流化的要求(如图所示)。

这种设置既可省去电动泵油装置，使结构简单、维修方便，也 减去了油泵、电能和热能的消耗。若受地理条件限制而不能满 足其高差要求时，应从长远的技术、经济效益着想，宁可加大一 次性投入，人造天桥、引道，也要将其形成沥青进、出自流的高 差。这一点在新建沥青供应站的规划设计时，应予以充分的考 虑。

2)新建沥青供应站应尽可能考虑铁路接线、靠近或直接可作 砂石料场的位置，以便于沥青的接卸和沥青混合料的生产，减少二次转运费用。二者不能兼顾时应权衡利弊，至少应满足其中的 一项要求。

3.3 加热沥青应多种热源综合利用

有条件时应尽可能使用天然气，因其比燃油更经济，污染更 小。使用燃煤时要充分考虑对环境污染的治理，使其达到环保的 要求。立式罐的沥青预热，仍可利用罐顶设置太阳能加热装置， 与超导热管配合使用，但应充分做好顶部的防水处治。

3.4 沥青供应应与多种沥青产品加工、经营综合考虑

沥青供应站不应只限于沥青加热的单一生产，而应成为加热沥青、乳 化沥青、改性沥青、改性乳化沥青、沥青冷拌料、热拌混合料、填缝料等的 生产、加工、化验、经营的综合基地，并应考虑发展其相关产业。其规模大 小、经营项目的选择，则应依据市场的需求和自身的条件而定。

3.5 沥青加热设施的技术改造应与经营方式的更新同步实施

1)资金的筹措应以自筹为主，可以申请上级支持一点，各 单位节约挖潜挤一点，发动职工集资、入股筹一点；也可以吸纳 社会闲散资金，有必要时既可以向银行贷款、邀请合作伙伴以资 金、场地、设施入股。

2)沥青供应站的经营应在技术改造的同时，进行股份制改 造，按公司法的要求实施法人治理制度。养护专业队的沥青熬制 也应该进行单项的经济核算，实施经营核算制和成本考核奖罚制 或个人承包制。

3)沥青加热设施技术改造一次性投入的资金回收，均应通过 收取设施折旧费。在其经营毛利中逐年归还，以增强其发展后 劲。