基于TRIZ的縮短改性瀝青發(fā)育時間的研究應(yīng)用

彭歡

摘要： 針對改性瀝青發(fā)育時間長、生產(chǎn)成本高、產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定等問題，采用基于TRIZ理論的縮短改性發(fā)育時間創(chuàng)新設(shè)計技術(shù)路線，提出了應(yīng)用“九屏幕法”尋找解決思路，通過成本、維護(hù)和有用功能三個維度對七個方案進(jìn)行價值評價，最終選用了方案七和方案四對原有改性瀝青生產(chǎn)工藝進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，有效縮短了產(chǎn)品發(fā)育時間，節(jié)約了能耗，同時提高了產(chǎn)品延度和膜后延度指標(biāo)。

Abstract： Aiming at the problems such as long development time， high production cost and unstable product quality of modified asphalt， a new design method for shortening the development time based on TRIZ theory is proposed. It puts forward the application of "nine screen method" to find the solution， and carries out value evaluation of the seven schemes through three dimensions of cost， maintenance and useful function. Finally， the scheme seven and scheme four are used to optimize the original modified asphalt production process， which can effectively shorten the product development time， save energy consumption and improve the product extension and the film post ductility index.

關(guān)鍵詞： 改性瀝青；發(fā)育時間；TRIZ理論

Key words： modified asphalt；development time；TRIZ theory

中圖分類號：TQ522.65 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）06-0157-02

1 項目背景

SBS改性瀝青是中國石化長嶺分公司（簡稱長煉）油港作業(yè)部的主要創(chuàng)效產(chǎn)品之一，目前，長煉SBS改性瀝青生產(chǎn)工藝（如圖1）為：將一定溫度的基質(zhì)瀝青經(jīng)換熱器加熱到適當(dāng)?shù)臏囟?，輸送到改性瀝青站，與SBS、穩(wěn)定劑等輔助材料按一定比例同時勻速加入預(yù)混罐，在預(yù)混罐混合攪拌，進(jìn)入DALWORTH膠體磨剪切研磨，再輸送儲存到成品罐，成品罐加熱升溫后控制在一定溫度內(nèi)不斷攪拌發(fā)育，定期跟蹤檢測其性質(zhì)，直至改性瀝青成品合格， 高性能SBS改性瀝青的生產(chǎn)加工是一個較為復(fù)雜的過程，生產(chǎn)過程中涉及到基質(zhì)瀝青、改性劑SBS、相容劑、穩(wěn)定劑、生產(chǎn)設(shè)備及工藝等諸多因素，存在著發(fā)育時間長、生產(chǎn)成本較高、產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定等諸多難題。當(dāng)SBS改性瀝青輸送儲存到成品罐后，一般需要攪拌發(fā)育32-40小時產(chǎn)品才能合格（確保離析指標(biāo)合格），同時較高溫度較長時間的攪拌發(fā)育衰減了改性瀝青延度、膜后延度等主要指標(biāo)，降低了產(chǎn)品質(zhì)量。

本文通過TRIZ理論對改性瀝青生產(chǎn)過程系統(tǒng)進(jìn)行分析，利用TRIZ理論解題工具來尋找縮短產(chǎn)品攪拌發(fā)育時間的方案，從而達(dá)到解決改性瀝青供貨高峰期的大負(fù)荷保供難題，提高生產(chǎn)效率以及產(chǎn)品延度和膜后延度指標(biāo)，節(jié)約能耗的目的。

2 問題描述

根據(jù)SBS改性瀝青機理，對生產(chǎn)設(shè)備與工藝分析研究，發(fā)現(xiàn)問題產(chǎn)生的主要原因是SBS與瀝青的物理共混過程不充分，SBS沒有得到充分的溶脹，就直接與穩(wěn)定劑混合反應(yīng)，導(dǎo)致部分SBS與穩(wěn)定劑反應(yīng)過于劇烈而又有部分SBS未能與穩(wěn)定劑充分反應(yīng)。反映在生產(chǎn)過程為SBS沒有較好的溶脹過程，導(dǎo)致產(chǎn)品攪拌發(fā)育時間長，當(dāng)SBS與瀝青間形成網(wǎng)絡(luò)化整體結(jié)構(gòu)后延度、膜后延度等主要指標(biāo)卻老化衰減了。

初步解決思路：通過優(yōu)化調(diào)整改性瀝青生產(chǎn)工藝，來增加SBS溶脹時間，確保SBS得到較好地溶脹后再與穩(wěn)定劑反應(yīng)，避免SBS與穩(wěn)定劑反應(yīng)不完全或過度反應(yīng)的情況發(fā)生，從而縮短產(chǎn)品攪拌發(fā)育時間，提高產(chǎn)品質(zhì)量。

3 解題過程

3.1 組件模型

通過對改性瀝青生產(chǎn)系統(tǒng)的描述，利用TRIZ理論對系統(tǒng)進(jìn)行了分析，建立了系統(tǒng)的組件模型，如圖2所示。

通過組件模型可以得到影響改性瀝青攪拌發(fā)育效果、發(fā)育時間的因素有：

①DALWORTH膠體磨對SBS研磨剪切作用效果、成品罐里的攪拌器對改性瀝青的攪拌分散作用效果、溫度對物質(zhì)粘度和流動性、化學(xué)反應(yīng)速率的影響作用，這三因素均對改性瀝青發(fā)育時間有著重要的影響；

②由于改性瀝青生產(chǎn)裝置預(yù)混罐體積?。?m3），SBS在預(yù)混罐內(nèi)沒有經(jīng)過溶脹過程就直接進(jìn)入膠體磨剪切研磨，降低了剪切研磨的效果，同時不利于SBS在瀝青中分散，從而對SBS分散過程產(chǎn)生了不足的作用，大大增加了攪拌發(fā)育時間；

③SBS、穩(wěn)定劑均通過預(yù)混罐與70A瀝青混合，但是SBS、穩(wěn)定劑加料方式、時間點很重要，決定了瀝青、SBS、穩(wěn)定劑三者間的反應(yīng)速率，影響著半成品粘度與攪拌發(fā)育效果，對產(chǎn)品發(fā)育時間有著極為重要的影響；

④70A瀝青中物質(zhì)組分與SBS間配伍性對改性瀝青發(fā)育時間有著重要的影響，當(dāng)70A瀝青組分結(jié)構(gòu)合理、性能好時易溶脹溶解SBS、有利于SBS分散，將會縮短產(chǎn)品發(fā)育時間。

3.2 How To模型

①如何消除SBS沒有溶脹過程的不足作用？

②如何優(yōu)化SBS、穩(wěn)定劑加料方式？

3.2.1 如何消除SBS沒有溶脹過程的不足作用

為了解決SBS沒有溶脹過程的不足問題，應(yīng)用“九屏幕法”尋找解決思路，如圖3 所示。

通過“九屏幕法”得到方案有：①篩選環(huán)烷基等優(yōu)質(zhì)原油加工生產(chǎn)出的70A瀝青；②通過調(diào)和法提高70A瀝青性能，增加瀝青與SBS配伍性；③增建一個200m3的攪拌溶脹罐；④研磨剪切后利用現(xiàn)有改性瀝青成品罐來溶脹SBS；⑤提高成品罐攪拌器的攪拌效果；⑥優(yōu)化發(fā)育溫度。

3.2.2 如何優(yōu)化SBS、穩(wěn)定劑加料方式

加料方式主要有兩種：一是SBS、穩(wěn)定劑同時勻速加入、研磨剪切、攪拌發(fā)育，二是SBS先加入、研磨剪切，待溶脹充分后再加入穩(wěn)定劑、攪拌發(fā)育。采用試驗?zāi)z體磨對比考察了兩種加料方式，效果見表1。

由表1可知，SBS、穩(wěn)定劑同時勻速加入，存在SBS、瀝青、穩(wěn)定劑局部過度反應(yīng)情況，導(dǎo)致半成品布氏粘度偏大，降低攪拌效果，產(chǎn)品發(fā)育時間較長。而SBS先加，待充分溶脹后再加入穩(wěn)定劑反應(yīng)，效果更好，產(chǎn)品發(fā)育時間短，能有效提高產(chǎn)品性能，減緩性能指標(biāo)老化。

4 方案評價

通過采用TRIZ理論對縮短改性瀝青發(fā)育時間的問題進(jìn)行分析和求解，得到了各種解決方案，將方案進(jìn)行匯總，見表2。

從成本、維護(hù)和有用功能三個維度對方案進(jìn)行價值評價，為最終方案提供依據(jù)（見表3）。評價方式：成本權(quán)重：30%；維護(hù)權(quán)重：10%；有用功能：60%。方案價值計算公式為：價值=

5 最終方案

采用TRIZ理論對縮短改性瀝青發(fā)育時間的問題得到的解決方案，通過評價后采用了方案七和方案四對原有改性瀝青生產(chǎn)工藝進(jìn)行了調(diào)整，同時優(yōu)化控制發(fā)育溫度，有效縮短了產(chǎn)品發(fā)育時間。

6 實施效果

在工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用過程中，將一定溫度的基質(zhì)瀝青經(jīng)換熱器加熱到適當(dāng)?shù)臏囟龋斔偷礁男詾r青站，與添加劑同時加入預(yù)混罐，在預(yù)混罐混合攪拌后，進(jìn)入DALWORTH膠體磨剪切，再輸送儲存到成品罐，控制成品罐溫度不斷攪拌發(fā)育，直至成品合格。但是，添加劑要分兩階段加入：先加入SBS，加料頻率調(diào)至最大，待SBS加完后才開始加入穩(wěn)定劑，以確保經(jīng)過膠體磨剪切的SBS能在產(chǎn)品罐內(nèi)溶脹攪拌一定時間，待SBS溶脹發(fā)育較好后再與穩(wěn)定劑反應(yīng)。通過改進(jìn)，有效縮短了產(chǎn)品發(fā)育時間，節(jié)約了能耗，同時提高了產(chǎn)品延度和膜后延度指標(biāo)。根據(jù)生產(chǎn)統(tǒng)計，每罐改性瀝青攪拌發(fā)育時間縮短了9-12小時。

7 創(chuàng)新之處

①運用分割原理，將SBS與穩(wěn)定劑分階段加入70A瀝青中，在確保SBS充分溶脹后加入穩(wěn)定劑反應(yīng)，避免了部分SBS與穩(wěn)定劑反應(yīng)過于劇烈和部分SBS未能與穩(wěn)定劑充分反應(yīng)的情況。②進(jìn)口膠體磨裝置的預(yù)混罐小，無法使SBS達(dá)到較好的溶脹效果，通過技術(shù)矛盾分析，在沒有新建溶脹罐的條件下，利用現(xiàn)有產(chǎn)品罐來溶脹SBS，彌補了進(jìn)口膠體磨裝置沒有溶脹罐的缺陷。

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