CC BY
24УДК 665.637.8
ПОЛУЧЕНИЕ НЕФТЯНЫХ ДОРОЖНЫХ БИТУМОВ С ПОВЫШЕННОЙ СТОЙКОСТЬЮ ПРОТИВ СТАРЕНИЯ
А.С. Ширкунов, В.Г. Рябов, А.В. Кудинов, А.Н. Нечаев, А.С. Дегтянников
(Пермский государственный технический университет, ООО «ЛУКОЙЛ-Пермнефтеоргсинтез»)
Битумы дорожные нефтяные, компаундирование, асфальтобетон Road Bitumen, aging stability, compound-filling, bituminous concrete
Producion of petroleum paving bitumen with enhanced resistance to ageing. Shirkunov A.S., Ryabov V.G., KudinovA.V., NechaevA.N., DegtyannikovA.S.
A resistance to hardening (RTFOT, EN 12607-1) of petroleum blown paving bitumen (BND 60/90 and BND 90/130 grades) produced by OOO «LUKOIL-Permnefteorgsintez» was investigated. The correlation bond between the bitumen resistance to ageing and temperature in the oxidation process and the air flow rate was found. The compliance of the analyzed bitumen properties with specifications for paving grade bitumen EN 12591 was confirmed. It is shown that production of paving bitumen by compounding method also makes possible to get a product with a high resistance to hardening. Tabl. 4, ref. 3.
Свойства асфальтобетона - основного материала для строительства верхних слоев дорожного полотна - во многом определяются параметрами качества битумного связующего. В то же время характеристики вяжущего не постоянны, подвержены изменениям в ходе приготовления асфальтобетона (при нагреве до высоких температур тонкой пленки битумного вяжущего на поверхности зерен минерального наполнителя в присутствии кислорода воздуха) и в ходе его эксплуатации (при длительном контакте с кислородом воздуха и водой при сравнительно низких температурах). Подобное изменение свойств битума называют старением, причем воздействие нагрева в тонком слое на качество битума соизмеримо, а зачастую превышает влияние продолжительного старения в ходе эксплуатации дорожного полотна [1].
В свою очередь, старение вяжущего вызывает старение асфальтобетона - снижается его трещиностойкость, усиливаются процессы коррозионного разрушения [1]. В связи с этим, задача обеспечения максимальной устойчивости битумного вяжущего к старению представляется весьма актуальной. В ходе выполненных нами исследований изучено влияние ряда технологических параметров процесса на стойкость против старения при нагреве в тонком слое производимых в ООО «ЛУКОЙЛ-Пермнефтеоргсинтез» дорожных окисленных битумов.
В качестве основного объекта исследования выступали 27 образцов дорожного нефтяного окисленного битума марок БНД 90/130 и БНД 60/90, полученных методом окисления на основе смеси гудрона, асфальта деасфальтизации и затемненного вакуумного погона -слопа, на установке 19-10 ООО «ЛУКОИЛ-Пермнефтеоргсинтез». Соотношение указанных выше сырьевых компонентов было достаточно постоянным, в среднем составляло 65 мас. % гудрона, 20 мас. % асфальта и 15 мас. % слопа.
У образцов окисленных битумов определяли температуру размягчения и пенетрацию при 25° С до и после прогрева в тонком слое в стандартных условиях, а также измеряли изменение массы образца. Старение образцов вяжущих проводили по методу RTFOT (метод вращения тонкой пленки в печи, EN 12607-1). Кроме того, для сравнения различных методов анализа, для образцов № 1-12 дополнительно проведено определение стойкости против старения по методу RTF (метод вращающейся колбы, EN 12607-3).
Указанные методы входят в европейские нормы оценки свойств дорожных битумов EN 12591 в качестве стандартных при определении стойкости против старения. Причем метод RTFOT принят данным стандартом за основной.
Результаты определения стойкости против старения окисленных битумов названных марок по методу RTFOT представлены в таблице 1, по методу RTF - в таблице 2.
Результаты испытания образцов окисленных дорожных битумов марок БНД 60/90 и БНД 90/130, производимых в ООО «ЛУКОЙЛ-Пермнефтеоргсинтез» на стойкость против старения по методу RTFOT (EN 12607-1)
Номер образца Окислительная колонна Температура окисления, °С Удельный расход воздуха, подаваемого на окисление, м3/м3 Свойства исходных окисленных битумов Свойства окисленных битумов после испытания на стойкость против старения
Температура размягчения, °С Пенетрация при 25°С, 0,1 мм Изменение температуры размягчения, °С Остаточная пенетрация при 25°С, % Изменение массы, %
1 К-5 232 100 47,5 88 4,5 73 -0,05
2 223 121 44,5 114 4,5 71 -0,02
3 260 134 45,0 105 4,5 70 -0,03
4 224 97 45,5 112 4,5 71 -0,04
5 266 133 48,0 82 6,0 58 -0,02
6 270 128 47,0 101 5,5 68 -0,03
7 254 118 50,0 78 4,0 75 0,00
8 248 110 45,5 99 6,0 64 -0,05
9 237 83 45,5 109 6,0 61 -0,01
10 249 113 45,5 94 4,5 76 -0,00
11 220 114 46,5 97 4,5 70 -0,07
12 222 139 48,0 104 3,5 73 -0,06
13 244 118 44,5 103 5,0 71 -0,03
14 227 81 44,0 114 3,5 72 -0,08
15 274 140 43,0 116 5,5 66 -0,06
16 270 192 46,0 95 5,5 68 0,00
17 250 140 47,5 84 6,0 76 -0,02
18 227 84 48,0 86 4,5 72 -0,07
19 277 124 46,0 98 6,5 66 -0,03
20 270 180 46,5 89 7,5 69 0,00
21 277 144 44,5 107 6,0 64 -0,06
22 233 89 45,0 109 5,0 72 -0,07
23 236 96 46,5 103 5,0 70 -0,06
24 277 208 46,5 95 7,0 65 0,00
25 221 114 50,0 87 5,0 75 -0,07
26 278 152 46,0 111 7,0 63 -0,05
27 ^2 264 233 46,5 101 6,5 64 0,02
Требования европейских норм на дорожные битумы EN 12591:2000
Марка 70/100 43-51 70-100 < 9 > 46 < 0,8
Марка 100/150 39-47 100-150 < 10 > 43 < 0,8
Анализ полученных результатов позволил сделать выводы. В частности, производимые в ООО «ЛУКОИЛ-Пермнефтеоргсинтез» окисленные битумы со значительным запасом удовлетворяют требованиям европейских норм БЫ 12591 на дорожные битумы по показателям увеличения температуры размягчения, остаточной пенетрацией при 25°С и изменение массы после испытания с нагревом в тонком слое по методу ЯТЕОТ. Данные показатели для исследованных образцов находятся в интервале 3,5-7,5° С, 61-89 % и от минус 0,077 до плюс 0,020 мас. % соответственно.
Результаты испытания образцов окисленных дорожных битумов марок БНД 60/90 и БНД 90/130, производимых в ООО «ЛУКОЙЛ-Пермнефтеоргсинтез» на стойкость против старения по методу RTF (EN 12607-3)
Номер образца Окислительная колонна Температура окисления, °С Удельный расход воздуха, подаваемого на окисление, м3/м3 Свойства исходных окисленных битумов Свойства окисленных битумов после испытания на стойкость против старения
Температура размягчения, °С Пенетрация при 25°С, 0,1 мм Изменение температуры размягчения, °С Остаточная пенетрация при 25°С, % Изменение массы, %
1 К-5 232 100 47,5 88 4,0 71 0,20
2 C-2 223 121 44,5 114 4,5 77 -0,05
3 K-6 260 134 45,0 105 4,5 66 0,04
4 K-5 224 97 45,5 112 3,5 76 0,07
5 K-6 266 133 48,0 82 5,0 71 0,34
6 K-6 270 128 47,0 101 4,5 66 0,06
7 K-6 254 118 50,0 78 5,0 80 0,09
8 K-6 248 110 45,5 99 4,0 74 0,08
9 K-2 237 83 45,5 109 4,5 74 -0,01
10 K-6 249 113 45,5 94 4,0 67 0,07
11 K-5 220 114 46,5 97 4,0 74 0,00
12 K-2 222 139 48,0 104 4,0 83 0,02
Требования европейских норм на дорожные битумы EN 12591:2000
Марка 70/100 43-51 70-100 < 9 > 46 < 0,8
Марка 100/150 39-47 100-150 < 10 > 43 < 0,8
Сравнение результатов анализа одних и тех же образцов битума (№ 1-12) на стойкость против старения по методам RTFOT (EN 12607-1) и RTF (EN 12607-3) показало, что при испытаниях по методу RTFOT изменение температуры размягчения и пенетрации сильнее, чем по методу RTF. В среднем при методе RTFOT повышение температуры размягчения по КиШ на 0,5°С выше, а остаточная пенетрация на 5 % меньше, чем при методе RTF. Изменение массы при использовании метода RTFOT определяется точнее, что связано с отсутствием контакта испытательных емкостей с жидкими теплоносителями, предусмотренными в методе EN 12607-3 (изменение массы битумов после старения по методу RTFOT незначительно, и не превышает 0,08 мас. % по модулю, тогда как по методу RTF фиксируемое изменение массы, как правило, положительно, и может достигать 0,34 мас. %).
Для сопоставления результатов анализов на стойкость против старения битумов по методу RTFOT (EN 12607-1) и по методу ГОСТ 18180, для образцов битума №10, 17 и 20 проведено определение повышения температуры размягчения и изменения массы после прогрева в тонком слое по методу ГОСТ 18180. Результаты анализов (табл.3) свидетельствуют о том, что метод RTFOT приводит к значительно большему изменению свойств битума по сравнению методикой ГОСТ. В частности, повышение температуры размягчения битума по методу ГОСТ 18180 примерно на 25 % ниже, чем при окислении по методу RTFOT.
Сопоставление стойкости против старения образцов окисленных битумов №10,17 и 20, определенной по методам RTFOT (EN 12607-1) и ГОСТ 18180
Свойства исходных окисленных битумов Свойства окисленных битумов после испытания на стойкость против старения по методу
RTFOT (EN 12607-1) ГОСТ 18180
Номер образца Температура размягчения, °С Пенетрация при 25°С, 0,1 мм Изменение температуры размягчения, °С Остаточная пенетрация при 25°С, % Изменение массы, % Изменение температуры размягчения, °С Изменение массы, %
10 45,5 94 4,5 76 0,00 4,0 -0,02
17 47,5 84 6,0 76 -0,02 5,0 -0,04
20 46,5 89 7,5 69 0,00 5,0 -0,02
Требования европейских норм на дорожные битумы EN 12591:2000
Марка 70/100 43-51 70-100 < 9 > 46 < 0,8 - -
Марка 100/150 39-47 100-150 < 10 > 43 < 0,8 - -
Требования ГОСТ 22245-90 на дорожные битумы
БНД 60/90 > 47 61-90 - - - < 5 -
БНД 90/130 > 43 91-130 - - - < 5 -
При анализе взаимосвязи технологических параметров работы окислительных колонн и стойкости против старения получаемых дорожных окисленных битумов, выявлено, что повышение температуры размягчения после прогрева существенно зависит от температуры окисления (при близком составе сырьевой смеси) - чем выше последняя, тем больше изменение температуры размягчения (коэффициент корреляции Пирсона равен 0,73 в случае линейной аппроксимации). Остаточная пенетрация при 25 °С также достаточно тесно взаимосвязана с температурой окисления - при повышении температуры процесса остаточная пенетрация снижается (коэффициент корреляции также для линейной аппроксимации составляет минус 0,54). Изменение массы после прогрева принимает более положительные значения при большей температуре окисления, однако, корреляционная связь достаточно слаба (коэффициент корреляции всего 0,40).
Влияние величины удельного расхода воздуха, подаваемого на окисление, на стойкость против старения, аналогично воздействию температуры процесса. При большем удельном расходе воздуха изменение температуры размягчения продукта выше, остаточная пенетра-ция ниже, изменение массы принимает более положительные значения (коэффициенты корреляции составляют 0,60, минус 0,38 и 0,59 соответственно).
Таким образом, у битумов, полученных при более низких удельном расходе воздуха и температуре процесса окисления, стойкость против старения - наилучшая. Для обеспечения данных условий, наиболее подходящими показали себя окислительные колонны полного заполнения с выносным сепаратором (К-2 и К-5), по сравнению с традиционными колоннами частичного заполнения (К-6 и С-2).
Помимо проведения процесса окисления при более низких температуре и расходе воздуха существует и другая возможность получения дорожных нефтяных битумов с повышенной стойкостью против старения, а именно: производство вяжущих компаундированием окисленного битума и неокисленных высококипящих нефтепродуктов (гудрона, асфальта деасфальтизации и др.). Наличие в конечном продукте неокисленных компонентов, содержащих природные асфальтены и соединения основного характера, способствует не только меньшей склонности к старению битумного вяжущего, но и улучшает адгезию битума к минеральным наполнителям, особенно кислого характера [2,3].
Для оценки стойкости против старения компаундированных битумов приготовлен ряд смесей строительного битума марки БН70/30, а также дорожного битума марки БНД 60/90 с гудроном и асфальтом деасфальтизации с таким расчетом, чтобы пенетрация и температура размягчения полученных компаундов соответствовала требованиям ГОСТ 22245-90 на дорожный битум марки БНД 90/130. Далее, у приготовленных образцов были измерены повышение температуры размягчения, остаточная пенетрация при 25°С и изменение массы после старения по методу ЯТЕОТ. Результаты анализов представлены (табл. 4).
Таблица 4
Результаты анализа на стойкость против старения по методу №/о1 (еп 12607-1)
образцов компаундированных дорожных битумов марки БНД 90/130 на основе строительного битума БН 70/30 и дорожного битума марки БНД 60/90, неокисленных высококипящих нефтепродуктов (гудрона и асфальта деасфальтизации)
Температура размягчения, °С S я мм и 1, Свойства битумов после испытания на стойкость против старения по методу RTFOT ^12607-1)
Состав образца £ ° арт С, и о н5 И (N Р к & п Изменение температуры размягчения, °С Остаточная пенетрация при 25°С, % Изменение массы, %
БН 70/30 - 100 мас. % 80,0 25 12,0 84 -0,19
БН 70/30 - 45 мас. % Гудрон - 55 мас. % 44,0 113 5,5 60 0,00
БН 70/30 - 50 мас. % Асфальт деасфальтизации - 50 мас. % 44,5 97 5,0 68 -0,04
БНД 60/90 - 100 мас. % 53,0 61 5,5 78 -0,04
БНД 60/90 - 70 мас. % Гудрон - 30 мас. % 44,0 102 4,5 64 -0,05
Полученные данные свидетельствуют о том, что при добавлении неокисленных компонентов, даже к строительному битуму БН 70/30 с высокой склонностью к окислению, стойкость против старения полученной смеси по методу RTFOT значительно возрастает и нормируемые показатели (повышение температуры размягчения, остаточная пенетрация при 25°С и изменение массы) принимают значения, не уступающие свойствам окисленных битумов (см. табл. 1) и со значительным запасом удовлетворяющие требованиям EN 12607-1.
Таким образом, по результатам исследований можно заключить, что битумы, производимые на установке 19-10, предприятия ООО «ЛУКОЙЛ-Пермнефтеоргсинтез» удовлетворяют требованиям, предъявляемыми европейскими нормами на дорожные битумы, по таким показателям как увеличение температуры размягчения, остаточная пенетрация при 25°С и изменение массы после испытания с нагревом в тонком слое по методу RTFOT. При этом наилучшую стойкость против старения имеют битумы, полученные при более низких температуре процесса и удельном расходе воздуха на окисление. Для обеспечения данного условия, наиболее подходящими являются окислительные колонны полного заполнения с выносным сепаратором.
Кроме того, при получении дорожных битумных вяжущих компаундированием на основе окисленного битума и неокисленных высококипящих нефтепродуктов удается достичь высокой стойкости продукта против старения, со значительным запасом удовлетворяющей требованиям европейских норм EN 12591 на дорожные битумные вяжующие.
Список литературы
1. Гезенцвей Л.Б. Горелышев Н.В., Богуславский А.М., Королев И.В. Дорожный асфальтобетон. Под ред. Гезенцвея Л.Б. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.:Транспорт, 1985. - 350 с.
2. Евдокимова Н.Г., Кортянович К.В., Жирнов Б.С., Ханнанов Н.Р. Получение дорожных битумов компаундированием переокисленных битумов с гудроном // Электронный научный журнал "Нефтегазовое дело", 2004. http://www.ogbus.ru/authors/Evdokimova/Evdokimova_1.pdf .-6 с.
3. Грудников И.Б. Влияние технологии на адгезионные свойства дорожных битумов // Химия и технология топлив и масел. 1990, №8.- С. 12-14.
Сведения об авторах
Ширкунов А. С.,аспирант кафедры «Технология топлива и углеродных материалов», Пермский государственный технический университет, г.Пермъ,тел.:8(342)239П65;е-тай:а$Ыткипол>@гатЫег.ги Рябое В. Г., д. т. н., профессор, декан химико-технологического факультета, заведующий кафедрой Технологии топлива и углеродных материалов, Пермский государственный технический университет, г. Пермь, тел.: раб. 8(342)2391647e-mail: Tvg@cpl.pstu.ac.Tu
Кудиное А. В., доцент кафедры «Технология топлива и углеродных материалов», Пермский государственный технический университет, г. Пермь, тел.: 8(342)2391765; e-mail: kav@cpl.pstu.ac.ru
Нечаев А.Н., к.т.н., начальник технологического отдела ООО «ЛУКОЙЛ-Пермнефтеоргсинтез», г.Пермъ, тел.: 8(342)2202054, e-mail: Andrey.Nechaev@pnos.lukoil.com
Дегтянникое А. С., главный специалист по организации Производства компонентов масел ООО «ЛУКОЙЛ-Пермнефтеоргсинтез», тел.: 8(342)2202199, e-mail: Andrej.Degtjannikov@pnos.lukoil.com
Shirkunov A.S., post-graduate student at Department «Technology of fuel and carbon materials», Perm State Engineering University, Perm, phone: 8(342)2391765; e-mail: ashiтkunov@тambleт.тu
Ryabov V. G., PhD, professor, dean of Chemical-Technology Faculty, head ofDepartment «Fuel and carbon materials technology», phone: 8(342)2391647, e-mail: rvg@cpl.pstu.ac.ru
Kudinov A.V., associate professor of Department «Fuel and carbon materials technology», phone: (342)2391765; e-mail: kav@cpl.pstu.ac.ru
Nechaev A.N., head of technology department at OJSC «LUKOIL-Peтmnefteoтgsynthez», Perm, phone: 8(342)2202054, e-mail: Andrey.Nechaev@pnos.lukoil.com
Degtyannikov A.S., chief specialist in organization of production of oils components, OJSC «LUKOIL-Permnefteorgsynthez», Perm, phone: 8(342)2202199, e-mail: Andrej.Degtjannikov@pnos.lukoil.com
Машины, оборудование и обустройство промыслов
УДК 621.6.:539.2 /.6:519.2
ДИАГНОСТИКА УСТАЛОСТНОЙ ПРОЧНОСТИ ЭЛЕМЕНТОВ КОНСТРУКЦИИ СТАНКА-КАЧАЛКИ ДАТЧИКАМИ ДЕФОРМЦИЙ ИНТЕГРАЛЬНОГО ТИПА
В.Н. Сызранцев, Ю.С. Иванова, С.Л. Голофаст
(Тюменский государственный нефтегазовый университет)
Диагностика, датчики деформаций переменной чувствительности, станок-качалка, усталостная прочность, остаточный ресурс Diagnostics, strain gages of variable sensitivity, pumping-unit, fatigue strength, residual life
Diagnostics of fatigue strength of pumping-unit construction elements using the integral type strain gages. Syzrantsev V.N., Ivanova J.S., Golofast S.L.
The paper describes the algorithm of pumping-unit elements loading and residual life based on processing of strain gages response registered after the pumping-unit operation during one or two months. Fig. 5, ref 3.
В настоящее время = 55% фонда скважин на промыслах России оборудованы штанговыми скважинными насосными установками (УСШН), с помощью которых извлекается = 25% нефти. Одним из ответственных видов наземного оборудования, входящего в комплекс УСШН, является её механизированный привод, в качестве которого широко применяются
