Технология внутреннего нагрева с системами нагрева типа Купол — будущее битумной отрасли планеты
В истории создания и развития больших стран, а также поддержания и роста их экономик важную роль играет логистика, т.е. вопросы эффективной доставки и распределения товаров и продукции. При этом значимость вопросов доставки и транспортировки одинаково велика для любой отрасли хозяйства и промышленности, в том числе для дорожно-транспортного комплекса.
Сезонность дорожного строительства вызывает колебания спроса на основные дорожно-строительные материалы, в частности на главный компонент асфальтобетонных смесей – битум.
Растущий уровень жизни и индустриализации привели к созданию обширных сетей транспортирования битумов в таких странах-гигантах как Российская Федерация, Соединенные Штаты Америки, Китай, Канада, Австралия и объединенная Европа. Помимо этого, битум стал продуктом глобального рынка и товаром международной торговли. Узловыми элементами логистических сетей доставки битумных вяжущих как в пределах страны, так и на международном уровне являются битумные терминалы – комплексы по перевалке с одного вида транспорта на другой, складские мощности для межсезонного хранения.
Объединяя различных участников рынка битума (нефтеперерабатывающие заводы и их дилеров, производителей асфальтобетонных смесей и битумосодержащей продукции), обеспечивая связь различных путей доставки (водный и речной, железнодорожный и автомобильный транспорт), неотъемлемой частью инфраструктуры поставок дорожного битума являются терминалы, которые снижают сезонные колебания стоимости и исключают дефицит продукта, а часто выступают как производственные комплексы по модификации вяжущих, удовлетворяя специфический спрос отдельных дорожных предприятий.
В любой схеме транспортировки ключевой задачей выживания, процветания и роста является сокращение издержек: на транспортирование, хранение или перевалку. Особенно важным является снижение себестоимости логистики сложных продуктов (имеющих ограниченный срок обращения (срок годности), особые условия транспортирования и хранения). Битум – такой продукт, требующий специального транспорта и особых (высокотемпературных) режимов транспортирования, хранения и применения. Так для транспортирования наливом используют автомобильные цистерны, железнодорожные вагоны, речные и морские танкеры — транспорт, оборудованный нагревательными элементами и тепловой изоляцией. Хранение и подготовка (нагрев) битума на терминалах осуществляется в резервуарах особой конструкции, также имеющих тепловую изоляцию и нагревательные элементы. Помимо технологических аспектов, сложность обращения с битумом связана с нестабильностью его качества при длительном воздействии высоких температур и кислорода воздуха. Эти процессы деградации свойств называют старением.
Таким образом, цель логистики битума – доставлять и хранить не просто быстро и дешево, но еще и с обеспечением стабильности свойств и безопасно. В последние годы, особенно в развитых странах, хранение и транспортировка должны быть экологичными!
Пути решения перечисленных задач лежат в сокращении тепловых потерь (путем улучшения тепловой изоляции оборудования, снижения площадей теплоотдающих поверхностей, оптимизации технологического процесса и маршрута транспортирования) и повышения эффективности нагрева, уменьшении выбросов загрязняющих веществ в результате больших и малых дыханий резервуаров (сокращение числа перекачек, количества циклов нагрева-охлаждения, использование герметичной дыхательной аппаратуры, утилизация газов), минимизации доступа кислорода и сокращении высокотемпературного режима.
При традиционном подходе на битумном терминале выделяют два основных технологических участка: участок длительного хранения из резервуаров объемом от 1000 м³ и более, и участок оперативного (кратковременного) хранения, состоящий из резервуаров малого объема (до 500-1000 м³). Причина такого разделения по объему – стремление сократить издержки (затраты на нагрев) и сохранение качества битума. В резервуарах длительного хранения обеспечивают «щадящий режим» с температурами нагрева не более 110-120 ℃, а на участке оперативного хранения нагрев битума осуществляют до температур отгрузки 150-160 ℃. Поскольку продолжительность такого высокотемпературного воздействия относительно невелика (до нескольких суток), обеспечивается минимизация влияния факторов старения на битум. Чтобы снизить контакт с кислородом, используют преимущественно вертикальные резервуары (со сравнительно небольшим зеркалом продукта). Однако само наличие двух участков (длительного и оперативного хранения) создает основные проблемы для терминалов с технологией дневного резервуара, обуславливающие рост энергозатрат, снижение экологичности и безопасности. Так, например, многочисленные перекачки между резервуарами различного назначения становятся причиной больших дыханий резервуара и связанных с ними выбросами паровоздушных смесей, насыщенных легкими углеводородами в атмосферный воздух, а также могут стать причиной переливов из резервуаров меньшего объема. Организационные проблемы отгрузок, связанные с внешними факторами (отсутствие достаточного количества потребителей и т.п.) приводят к удлинению срока высокотемпературного хранения битума, к его термоокислительному старению и росту затрат на поддержание в режиме готовности к отгрузке. К росту затрат также приводят развитые сети технологических трубопроводов, которые должны обслуживать два технологических участка.
Новым этапом технологического развития битумных терминалов стала разработанная группой талантливых российских инженеров под руководством кандидата технических наук доцента Сергея Саенко инновационная технология внутреннего нагрева (с системами нагрева типа Купол™). Сергей Саенко – яркий представитель нового поколения инженерных менеджеров, которые блестяще сочетают научные исследования с менеджментом высокотехнологичного бизнеса. Руководимая им компания «Эффективные Битумные Технологии» является одним из флагманов не только отечественной, но и европейской битумной отрасли. При этом Сергей ведет активные научные исследования, передает свои знания и опыт будущими инженерам в качестве преподавателя кафедры Автомобильных дорог Донского государственного технического университета, а также является автором и соавтором большого количества научных статей и запатентованных изобретений.
Сергей Саенко
Для решения указанных проблем Сергеем Саенко была создана рабочая научно-инженерная группа, результатом напряженной работы которой и стала ныне запатентованная технология внутреннего нагрева устройствами типа системы Купол™, обеспечивающая возможность работы каждого резервуара, объемом от 1000 м³ как самостоятельного технологического аппарата, т.е. используемого не только как оборудование для длительного хранения, но и как догревочную емкость (дневной резервуар) для подготовки дневной нормы выдачи.
Данная технология обеспечивает разделение внутреннего пространства резервуара большого объема (более 1000 м³) на две зоны: длительного и оперативного хранения. В зоне длительного хранения обеспечивается щадящий режим хранения и нагрева с температурным диапазоном от аморфного состояния до температур текучести обычно не превышающих 100 ℃. В зоне кратковременного хранения (в устройстве локального нагрева) битум разогревается до температур отгрузки на внешний транспорт в объеме суточной потребности терминала. При этом перекачивание битума из зоны длительного хранения в зону оперативного хранения осуществляется самотеком за счет разности уровней, появляющейся при выдаче битума из резервуара, что не приводит к дополнительным выбросам загрязняющих веществ и обеспечивает экономию на операциях транспортирования. Контакт с кислородом воздуха в устройстве внутреннего нагрева осуществляется на площади менее 2 м², что в десятки раз сокращает старение битума по сравнению с традиционным подходом.
Но ключевым преимуществом технологии Сергея Саенко считается ее энергоэффективность, достигаемая за счет превращения тепловых потерь от участка оперативного хранения в полезные, используемые для нагрева битума на участке длительного хранения (основного объема резервуара). Исключение потерь от трубопроводов, которые теперь не требуются для связи технологических участков, уже само по себе повышает эффективность, но самым важным фактором является возможность работы в импульсном режиме, что особенно критично для предприятий с невысокой производительностью. В случае отсутствия спроса на битум оборудование полностью отключается от энергопотребления, остывание битума на участке оперативного хранения идет очень медленно и при возобновлении спроса требуемая температура набирается за считанные часы.
Существенным преимуществом предложенного группой Саенко инновационного подхода можно назвать возможность внедрения системы внутреннего нагрева в любые резервуары. Системой Купол™ могут оборудоваться как новые резервуары, так и бывшие в употреблении, даже использовавшиеся для других продуктов. Имеется опыт технического перевооружения резервуаров объемом 2000 м³ (г. Русе, Болгария, резервуар использовался под дизельное топливо) и 5000 м³ (г. Орск, Россия, резервуары использовались для мазута).
Сравнительная оценка энергозатрат технологии дневного резервуара и технологии внутреннего нагрева показывает для притрассовых терминалов буферного типа (прием и выдача по автомобильной дороге, длительное межсезонное хранение) сокращение энергозатрат при применении рассмотренной инновационной технологии более чем в 2,5 раза. А если еще раз напомнить, что битум – материал столь же небезопасный для окружающей среды, сколь и нужный для экономики любой развитой страны, становится ясно, что перед нами – изобретение глобального значения.
Отрадно, что пионером в разработке и внедрении энергосберегающих технологий, имеющих огромное значение для экологии планеты, стал именно российский ученый, инженер и предприниматель Сергей Саенко. И, что не менее важно, он является пионером нового движения в отечественной битумной отрасли, когда глубокая инженерная подготовка, изобретательская жилка и инновационный подход, наложенные на значительный менеджерский опыт, рождают руководителя нового типа.
