粘度計(jì)在瀝青行業(yè)中的典型應(yīng)用

 一、實(shí)驗(yàn)室儀器的應(yīng)用
      瀝青品種繁多，有自然形成的，但主要是由煤和油的煉制過(guò)程形成的殘?jiān)M成，常被用作建筑材料，如鋪設(shè)公路。未經(jīng)改性的瀝青是一種復(fù)雜的高分子碳?xì)浠衔?，在一定溫度與荷載作用下表現(xiàn)為典型的彈-粘-塑性，并且在高溫與紫外線照射下會(huì)產(chǎn)生老化現(xiàn)象，因此現(xiàn)在常用的是改性瀝青。改性是指通過(guò)往瀝青中摻加橡膠、樹脂、高分子聚合物、磨細(xì)的橡膠粉或其它填料等外摻劑（改性劑）或采取對(duì)瀝青輕度氧化加工等措施，使瀝青或?yàn)r青混合料的性能得到改善而制成的瀝青結(jié)合料。
      瀝青的性能直接影響到它鋪在路面上的耐用性，如果太軟，鋪路時(shí)會(huì)留下壓路機(jī)的輪印，如果太硬，路面又很容易爆裂，所以要求瀝青必須具有合適的粘度范圍。另外瀝青的流變性能也決定了混合和施工時(shí)的難易程度。瀝青的粘度在很大程度上受到溫度的影響，因此瀝青的性能受到當(dāng)?shù)貧夂虻挠绊?，所以在不同溫度下瀝青的流變特性成為研究人員的主要課題，而施工人員也需要用粘度計(jì)檢測(cè)瀝青的粘度，
      以確保瀝青的質(zhì)量和施工工藝的順利進(jìn)行。
      但瀝青是一種很難測(cè)量其流變特性的物質(zhì)，因?yàn)闇囟葘?duì)瀝青的粘度的影響非常大，每當(dāng)溫度改變1℃，其粘度可能變化20%，另外在常溫下，瀝青是一種固體，粘度非常大，具有很差的熱傳導(dǎo)性，很多改性瀝青還具有觸變性。這些問(wèn)題得到美國(guó)SHRP的重視，他們建議必須在一個(gè)溫度控制精確的系統(tǒng)里進(jìn)行瀝青的粘度測(cè)量，通過(guò)這種方法可以確定瀝青的級(jí)別。
      一般的，瀝青的混合溫度越高，它的流動(dòng)性越好，因此也更容易在施工中被壓緊密。然而對(duì)于不同品種的瀝青來(lái)講，溫度的上限也是不同的，不然溫度太高會(huì)破壞瀝青的結(jié)構(gòu)和性能。以前測(cè)量最佳混合溫度是基于用毛細(xì)管粘度計(jì)來(lái)測(cè)量瀝青的動(dòng)態(tài)粘度（cSt）得到的，現(xiàn)在這種測(cè)量方法因?yàn)楦挠昧薆rookfield的旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)而得到了改進(jìn)，Brookfield的旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)得到的粘度單位為厘泊（cP），這兩個(gè)單位之間利用公式可以進(jìn)行換算。
      Brookfield粘度計(jì)，是通過(guò)一個(gè)彈簧或軸承帶動(dòng)一個(gè)轉(zhuǎn)子在流體中持續(xù)旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)扭矩傳感器測(cè)得彈簧的扭變程度即扭矩，它與浸入樣品中的轉(zhuǎn)子被粘性拖拉形成的阻力成比例，扭矩因而與液體的粘度也成正比。美國(guó)的ASTM標(biāo)準(zhǔn)D4402-87和2000
      年制定的瀝青粘度測(cè)量行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)都詳細(xì)地描述了如何使用Brookfield的粘度計(jì)和加熱系統(tǒng)來(lái)檢測(cè)
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      鋪路瀝青在進(jìn)行混合時(shí)的粘度以及測(cè)量壓實(shí)溫度的方法。瀝青的流變特性研究主要有兩個(gè)問(wèn)題，一個(gè)是需要在不同溫度測(cè)量，另一個(gè)是在不同剪切率下測(cè)量，使用Brookfield的實(shí)驗(yàn)室儀器可以得到很好的解決?，F(xiàn)在大多數(shù)的國(guó)內(nèi)外瀝青研究所和企業(yè)使用的是Brookfield的RV/HA/HB型DV-II+粘度計(jì)或DV-III+流變儀配合ThermoseTM加熱器進(jìn)行測(cè)量，可以連續(xù)地感應(yīng)粘度變化值，實(shí)時(shí)顯示溫度、粘度、剪切率、
      剪切應(yīng)力、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)子等信息，儀器的RS232串行接口具有電腦自動(dòng)化控制和采集分析數(shù)據(jù)結(jié)果的強(qiáng)大能力。由于恒溫加熱器可控制樣品
      的溫度從室溫到最高+300℃，而且它使用的轉(zhuǎn)子和樣品杯只需要8-13mL的樣品量，所以能夠快速地升溫并進(jìn)入恒溫狀態(tài)，并且由于控溫器可以編程，所以可以實(shí)現(xiàn)程序升溫。另外多種轉(zhuǎn)子的選擇，以及轉(zhuǎn)速檔次高達(dá)兩千多種，粘度測(cè)量范圍十分寬廣，同時(shí)加熱器配的圓柱體形轉(zhuǎn)子可以計(jì)算精確的剪切率值，所以特別適合于研究單位和生產(chǎn)單位對(duì)瀝青進(jìn)行流變學(xué)研究和質(zhì)量檢測(cè)。為了解決瀝青在測(cè)量后難于清潔的問(wèn)題，Brookfield還專門設(shè)計(jì)了很特別的一次性轉(zhuǎn)子和樣品杯，給測(cè)量帶來(lái)很大方便。
      二、在線粘度計(jì)的應(yīng)用
      大多數(shù)瀝青的形成主要是通過(guò)在煤和油的煉制過(guò)程形成柏油，在油和氣的一次精煉過(guò)程中，經(jīng)過(guò)加熱，天然氣、汽油、柴油等餾出，而留在塔底的是瀝青和柏油殘?jiān)?。瀝青殘?jiān)谡婵障录訜峤?jīng)過(guò)二次精餾，這樣經(jīng)進(jìn)一步蒸餾形成不同等級(jí)的瀝青，可與沙、石子或其它產(chǎn)品混合進(jìn)行鋪路、澆頂?shù)忍厥鈶?yīng)用。在油氣加工行業(yè)上，Brookfield公司的TT100在線粘度計(jì)是監(jiān)測(cè)和控制瀝青生產(chǎn)過(guò)程的理想解決方
      案，耐用、可靠，TT100在線粘度計(jì)用于精餾塔的實(shí)時(shí)粘度監(jiān)控。當(dāng)今的現(xiàn)代瀝青生產(chǎn)需要進(jìn)行按粘性進(jìn)行產(chǎn)品分類，采用粘度測(cè)量和控制技術(shù)可以節(jié)約生產(chǎn)時(shí)間和控制生產(chǎn)成本，精練可以形成不同的產(chǎn)品等級(jí)：AC-5瀝青的粘度是500cP，AC-20
      瀝青粘度是2000
      cP，AC-30瀝青粘度是3000cP。煉油廠一般在全球采購(gòu)不同油田和不同品質(zhì)的原油，原料的不同使瀝青的煉制過(guò)程變得復(fù)雜，也使連續(xù)蒸餾過(guò)程的控制十分關(guān)鍵。Brookfield公司TT100在線粘度計(jì)可確保精煉廠管理人員可以用不同的原油生產(chǎn)出具有穩(wěn)定品質(zhì)的產(chǎn)品。Brookfield公司的TT100在線粘度計(jì)在現(xiàn)代煉油企業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的品質(zhì)等級(jí)切換點(diǎn)控制上是十分必需的，它可確保瀝青品質(zhì)等級(jí)的切換粘度沒(méi)有波動(dòng)，Brookfield公司的TT100解決方案包括以下考慮：
      1. 控制精餾塔的連續(xù)粘度反饋信號(hào)
      2. 輸出粘度計(jì)在線測(cè)試的粘度變化的信號(hào)
      3. 系統(tǒng)設(shè)計(jì)能調(diào)節(jié)精煉塔的壓力和溫度運(yùn)行調(diào)節(jié)
      4.推薦在線粘度計(jì)采用旁路安裝方式需要考慮瀝青在線粘度檢測(cè)的人員包括企業(yè)經(jīng)理、企業(yè)工程師、產(chǎn)品經(jīng)理、生產(chǎn)經(jīng)理、工藝工程師。目前在使用Brookfield在線粘度計(jì)用于測(cè)量瀝青的國(guó)外用戶有Mobil（Illinois）、Ergon,
      Inc. （Mississippi）、CoastalRefinery（Texas）、CitgoAsphalt
      Refinery（Georgia）如果您想用在線粘度計(jì)測(cè)量瀝青的實(shí)時(shí)粘度，請(qǐng)您思考以下幾個(gè)
      問(wèn)題：
      1） 您或者您的客戶是否在煉油行業(yè)生產(chǎn)瀝青或焦油產(chǎn)品？
      2） 您或者您的客戶是否仍使用實(shí)驗(yàn)室儀器進(jìn)行采樣分析，進(jìn)行產(chǎn)品的
      批次質(zhì)量控制？
      3） 您或您的客戶是否從不同市場(chǎng)采購(gòu)原油？
      4） 如果是，那么不同原油加工的費(fèi)用是否有提高？
      5） 您或您的客戶是否需要比以前更加頻繁地調(diào)整塔的操作條件？
      6） 您或您的客戶是否 24 小時(shí)連續(xù)生產(chǎn)？

      使用 Brookfield 在線粘度計(jì)測(cè)量瀝青有以下幾個(gè)益處：
      1） 克服不同原油組分變化的限制
      2） 提高精餾塔的效率
      3） 明顯降低實(shí)驗(yàn)室的 QC/QA 費(fèi)用
      4） 在生產(chǎn)過(guò)程中建立瀝青不同等級(jí)的切換時(shí)間
      5） 幫助控制瀝青在線粘度符合品質(zhì)要求
      6） 使用者會(huì)意識(shí)到通過(guò)更有效的蒸餾控制產(chǎn)品的品質(zhì)以及減少實(shí)驗(yàn)室采樣分析的費(fèi)用可使產(chǎn)量提高
      7） 消除由于重新工作和劣質(zhì)產(chǎn)品的相關(guān)費(fèi)用
      Brookfield 的TT-100 在線粘度計(jì)的典型技術(shù)規(guī)格：
      1） 粘度范圍： 0-30 cP to 0-10,000 cP
      2） 溫度范圍： 140℉ to 500℉
      3） 壓力范圍： 0-300 psi
      4） 材質(zhì)： 316 s/s wetted parts
      5） 流量： 0-20 gpm
      6） 正確度： 1% 全量程
      7） 重復(fù)性： 0.5% 全量程
      8） 電源： 115VVAC, 60 Hz, 200 watts230VAC, 50 Hz, 300 watts
      9） 電子單元： NEMA 7 （explosion-proof
      construction防爆結(jié)構(gòu)）作為Superpave技術(shù)中推薦的儀器，Brookfield公司的實(shí)驗(yàn)室和在線粘度計(jì)可滿足公路瀝青測(cè)試的要求，但由于美國(guó)AASHTO建議標(biāo)準(zhǔn)TP48中對(duì)測(cè)定條件作了嚴(yán)格的規(guī)定，例如在135℃測(cè)定時(shí)，對(duì)RV、HA、HB型可采用20RPM，對(duì)LV型可采用12RPM，在60℃測(cè)定可選用0.5RPM等，在整個(gè)測(cè)量粘度過(guò)程中，不能改變?cè)O(shè)定的轉(zhuǎn)速，改變剪切率。這對(duì)于制訂統(tǒng)一的測(cè)試方法當(dāng)然是十分必要的，但這也在一定程度上束縛了實(shí)驗(yàn)人員的思路。因?yàn)閷?duì)于非牛頓流體的瀝青而言，在某一規(guī)定條件下測(cè)得的測(cè)量值，并不能預(yù)測(cè)不同條件下的使用性能，因此可以通過(guò)改變溫度、剪切率（可通過(guò)改變轉(zhuǎn)速實(shí)現(xiàn)）等條件，獲得更詳細(xì)的流變信息，以全面評(píng)價(jià)和研究瀝青的性能和施工條件。