粘度計在瀝青行業(yè)中的典型應(yīng)用

 一、實驗室儀器的應(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程形成的殘渣組成，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)雜的高分子碳氫化合物，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。改性是指通過往瀝青中摻加橡膠、樹脂、高分子聚合物、磨細的橡膠粉或其它填料等外摻劑（改性劑）或采取對瀝青輕度氧化加工等措施，使瀝青或瀝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，鋪路時會留下壓路機的輪印，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檢測瀝青的粘度，
      以確保瀝青的質(zhì)量和施工工藝的順利進行。
      但瀝青是一種很難測量其流變特性的物質(zhì)，因為溫度對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。這些問題得到美國SHRP的重視，他們建議必須在一個溫度控制精確的系統(tǒng)里進行瀝青的粘度測量，通過這種方法可以確定瀝青的級別。
      一般的，瀝青的混合溫度越高，它的流動性越好，因此也更容易在施工中被壓緊密。然而對于不同品種的瀝青來講，溫度的上限也是不同的，不然溫度太高會破壞瀝青的結(jié)構(gòu)和性能。以前測量最佳混合溫度是基于用毛細管粘度計來測量瀝青的動態(tài)粘度（cSt）得到的，現(xiàn)在這種測量方法因為改用了Brookfield的旋轉(zhuǎn)粘度計而得到了改進，Brookfield的旋轉(zhuǎn)粘度計得到的粘度單位為厘泊（cP），這兩個單位之間利用公式可以進行換算。
      Brookfield粘度計，是通過一個彈簧或軸承帶動一個轉(zhuǎn)子在流體中持續(xù)旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)扭矩傳感器測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。美國的ASTM標(biāo)準(zhǔn)D4402-87和2000
      年制定的瀝青粘度測量行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)都詳細地描述了如何使用Brookfield的粘度計和加熱系統(tǒng)來檢測
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      鋪路瀝青在進行混合時的粘度以及測量壓實溫度的方法。瀝青的流變特性研究主要有兩個問題，一個是需要在不同溫度測量，另一個是在不同剪切率下測量，使用Brookfield的實驗室儀器可以得到很好的解決?，F(xiàn)在大多數(shù)的國內(nèi)外瀝青研究所和企業(yè)使用的是Brookfield的RV/HA/HB型DV-II+粘度計或DV-III+流變儀配合ThermoseTM加熱器進行測量，可以連續(xù)地感應(yīng)粘度變化值，實時顯示溫度、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化控制和采集分析數(shù)據(jù)結(jié)果的強大能力。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入恒溫狀態(tài)，并且由于控溫器可以編程，所以可以實現(xiàn)程序升溫。另外多種轉(zhuǎn)子的選擇，以及轉(zhuǎn)速檔次高達兩千多種，粘度測量范圍十分寬廣，同時加熱器配的圓柱體形轉(zhuǎn)子可以計算精確的剪切率值，所以特別適合于研究單位和生產(chǎn)單位對瀝青進行流變學(xué)研究和質(zhì)量檢測。為了解決瀝青在測量后難于清潔的問題，Brookfield還專門設(shè)計了很特別的一次性轉(zhuǎn)子和樣品杯，給測量帶來很大方便。
      二、在線粘度計的應(yīng)用
      大多數(shù)瀝青的形成主要是通過在煤和油的煉制過程形成柏油，在油和氣的一次精煉過程中，經(jīng)過加熱，天然氣、汽油、柴油等餾出，而留在塔底的是瀝青和柏油殘渣。瀝青殘渣在真空下加熱經(jīng)過二次精餾，這樣經(jīng)進一步蒸餾形成不同等級的瀝青，可與沙、石子或其它產(chǎn)品混合進行鋪路、澆頂?shù)忍厥鈶?yīng)用。在油氣加工行業(yè)上，Brookfield公司的TT100在線粘度計是監(jiān)測和控制瀝青生產(chǎn)過程的理想解決方
      案，耐用、可靠，TT100在線粘度計用于精餾塔的實時粘度監(jiān)控。當(dāng)今的現(xiàn)代瀝青生產(chǎn)需要進行按粘性進行產(chǎn)品分類，采用粘度測量和控制技術(shù)可以節(jié)約生產(chǎn)時間和控制生產(chǎn)成本，精練可以形成不同的產(chǎn)品等級：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程變得復(fù)雜，也使連續(xù)蒸餾過程的控制十分關(guān)鍵。Brookfield公司TT100在線粘度計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在線粘度計在現(xiàn)代煉油企業(yè)生產(chǎn)過程中的品質(zhì)等級切換點控制上是十分必需的，它可確保瀝青品質(zhì)等級的切換粘度沒有波動，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
      2. 輸出粘度計在線測試的粘度變化的信號
      3. 系統(tǒng)設(shè)計能調(diào)節(jié)精煉塔的壓力和溫度運行調(diào)節(jié)
      4.推薦在線粘度計采用旁路安裝方式需要考慮瀝青在線粘度檢測的人員包括企業(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在線粘度計用于測量瀝青的國外用戶有Mobil（Illinois）、Ergon,
      Inc. （Mississippi）、CoastalRefinery（Texas）、CitgoAsphalt
      Refinery（Georgia）如果您想用在線粘度計測量瀝青的實時粘度，請您思考以下幾個
      問題：
      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驗室儀器進行采樣分析，進行產(chǎn)品的
      批次質(zhì)量控制？
      3） 您或您的客戶是否從不同市場采購原油？
      4） 如果是，那么不同原油加工的費用是否有提高？
      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 小時連續(xù)生產(chǎn)？

      使用 Brookfield 在線粘度計測量瀝青有以下幾個益處：
      1） 克服不同原油組分變化的限制
      2） 提高精餾塔的效率
      3） 明顯降低實驗室的 QC/QA 費用
      4） 在生產(chǎn)過程中建立瀝青不同等級的切換時間
      5） 幫助控制瀝青在線粘度符合品質(zhì)要求
      6） 使用者會意識到通過更有效的蒸餾控制產(chǎn)品的品質(zhì)以及減少實驗室采樣分析的費用可使產(chǎn)量提高
      7） 消除由于重新工作和劣質(zhì)產(chǎn)品的相關(guān)費用
      Brookfield 的TT-100 在線粘度計的典型技術(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公司的實驗室和在線粘度計可滿足公路瀝青測試的要求，但由于美國AASHTO建議標(biāo)準(zhǔn)TP48中對測定條件作了嚴格的規(guī)定，例如在135℃測定時，對RV、HA、HB型可采用20RPM，對LV型可采用12RPM，在60℃測定可選用0.5RPM等，在整個測量粘度過程中，不能改變設(shè)定的轉(zhuǎn)速，改變剪切率。這對于制訂統(tǒng)一的測試方法當(dāng)然是十分必要的，但這也在一定程度上束縛了實驗人員的思路。因為對于非牛頓流體的瀝青而言，在某一規(guī)定條件下測得的測量值，并不能預(yù)測不同條件下的使用性能，因此可以通過改變溫度、剪切率（可通過改變轉(zhuǎn)速實現(xiàn)）等條件，獲得更詳細的流變信息，以全面評價和研究瀝青的性能和施工條件。