基于TRIZ的缩短改性沥青发育时间的研究应用

摘要： 针对改性沥青发育时间长、生产成本高、产品质量不稳定等问题，采用基于TRIZ理论的缩短改性发育时间创新设计技术路线，提出了应用“九屏幕法”寻找解决思路，通过成本、维护和有用功能三个维度对七个方案进行价值评价，最终选用了方案七和方案四对原有改性沥青生产工艺进行优化改进，有效缩短了产品发育时间，节约了能耗，同时提高了产品延度和膜后延度指标。

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.

关键词： 改性沥青；发育时间；TRIZ理论

Key words： modified asphalt；development time；TRIZ theory

中图分类号：TQ522.65 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2017）06-0157-02

1 项目背景

SBS改性沥青是中国石化长岭分公司（简称长炼）油港作业部的主要创效产品之一，目前，长炼SBS改性沥青生产工艺（如图1）为：将一定温度的基质沥青经换热器加热到适当的温度，输送到改性沥青站，与SBS、稳定剂等辅助材料按一定比例同时匀速加入预混罐，在预混罐混合搅拌，进入DALWORTH胶体磨剪切研磨，再输送储存到成品罐，成品罐加热升温后控制在一定温度内不断搅拌发育，定期跟踪检测其性质，直至改性沥青成品合格， 高性能SBS改性r青的生产加工是一个较为复杂的过程，生产过程中涉及到基质沥青、改性剂SBS、相容剂、稳定剂、生产设备及工艺等诸多因素，存在着发育时间长、生产成本较高、产品质量不稳定等诸多难题。当SBS改性沥青输送储存到成品罐后，一般需要搅拌发育32-40小时产品才能合格（确保离析指标合格），同时较高温度较长时间的搅拌发育衰减了改性沥青延度、膜后延度等主要指标，降低了产品质量。

本文通过TRIZ理论对改性沥青生产过程系统进行分析，利用TRIZ理论解题工具来寻找缩短产品搅拌发育时间的方案，从而达到解决改性沥青供货高峰期的大负荷保供难题，提高生产效率以及产品延度和膜后延度指标，节约能耗的目的。

2 问题描述

根据SBS改性沥青机理，对生产设备与工艺分析研究，发现问题产生的主要原因是SBS与沥青的物理共混过程不充分，SBS没有得到充分的溶胀，就直接与稳定剂混合反应，导致部分SBS与稳定剂反应过于剧烈而又有部分SBS未能与稳定剂充分反应。反映在生产过程为SBS没有较好的溶胀过程，导致产品搅拌发育时间长，当SBS与沥青间形成网络化整体结构后延度、膜后延度等主要指标却老化衰减了。

初步解决思路：通过优化调整改性沥青生产工艺，来增加SBS溶胀时间，确保SBS得到较好地溶胀后再与稳定剂反应，避免SBS与稳定剂反应不完全或过度反应的情况发生，从而缩短产品搅拌发育时间，提高产品质量。

3 解题过程

3.1 组件模型

通过对改性沥青生产系统的描述，利用TRIZ理论对系统进行了分析，建立了系统的组件模型，如图2所示。

通过组件模型可以得到影响改性沥青搅拌发育效果、发育时间的因素有：

①DALWORTH胶体磨对SBS研磨剪切作用效果、成品罐里的搅拌器对改性沥青的搅拌分散作用效果、温度对物质粘度和流动性、化学反应速率的影响作用，这三因素均对改性沥青发育时间有着重要的影响；

②由于改性沥青生产装置预混罐体积小（1m3），SBS在预混罐内没有经过溶胀过程就直接进入胶体磨剪切研磨，降低了剪切研磨的效果，同时不利于SBS在沥青中分散，从而对SBS分散过程产生了不足的作用，大大增加了搅拌发育时间；

③SBS、稳定剂均通过预混罐与70A沥青混合，但是SBS、稳定剂加料方式、时间点很重要，决定了沥青、SBS、稳定剂三者间的反应速率，影响着半成品粘度与搅拌发育效果，对产品发育时间有着极为重要的影响；

④70A沥青中物质组分与SBS间配伍性对改性沥青发育时间有着重要的影响，当70A沥青组分结构合理、性能好时易溶胀溶解SBS、有利于SBS分散，将会缩短产品发育时间。

3.2 How To模型

①如何消除SBS没有溶胀过程的不足作用？

②如何优化SBS、稳定剂加料方式？

3.2.1 如何消除SBS没有溶胀过程的不足作用

为了解决SBS没有溶胀过程的不足问题，应用“九屏幕法”寻找解决思路，如图3 所示。

通过“九屏幕法”得到方案有：①筛选环烷基等优质原油加工生产出的70A沥青；②通过调和法提高70A沥青性能，增加沥青与SBS配伍性；③增建一个200m3的搅拌溶胀罐；④研磨剪切后利用现有改性沥青成品罐来溶胀SBS；⑤提高成品罐搅拌器的搅拌效果；⑥优化发育温度。

3.2.2 如何优化SBS、稳定剂加料方式

加料方式主要有两种：一是SBS、稳定剂同时匀速加入、研磨剪切、搅拌发育，二是SBS先加入、研磨剪切，待溶胀充分后再加入稳定剂、搅拌发育。采用试验胶体磨对比考察了两种加料方式，效果见表1。

由表1可知，SBS、稳定剂同时匀速加入，存在SBS、沥青、稳定剂局部过度反应情况，导致半成品布氏粘度偏大，降低搅拌效果，产品发育时间较长。而SBS先加，待充分溶胀后再加入稳定剂反应，效果更好，产品发育时间短，能有效提高产品性能，减缓性能指标老化。

4 方案评价

通过采用TRIZ理论对缩短改性沥青发育时间的问题进行分析和求解，得到了各种解决方案，将方案进行汇总，见表2。

从成本、维护和有用功能三个维度对方案进行价值评价，为最终方案提供依据（见表3）。评价方式：成本权重：30%；维护权重：10%；有用功能：60%。方案价值计算公式为：价值=

5 最终方案

采用TRIZ理论对缩短改性沥青发育时间的问题得到的解决方案，通过评价后采用了方案七和方案四对原有改性沥青生产工艺进行了调整，同时优化控制发育温度，有效缩短了产品发育时间。

6 实施效果

在工业生产应用过程中，将一定温度的基质沥青经换热器加热到适当的温度，输送到改性沥青站，与添加剂同时加入预混罐，在预混罐混合搅拌后，进入DALWORTH胶体磨剪切，再输送储存到成品罐，控制成品罐温度不断搅拌发育，直至成品合格。但是，添加剂要分两阶段加入：先加入SBS，加料l率调至最大，待SBS加完后才开始加入稳定剂，以确保经过胶体磨剪切的SBS能在产品罐内溶胀搅拌一定时间，待SBS溶胀发育较好后再与稳定剂反应。通过改进，有效缩短了产品发育时间，节约了能耗，同时提高了产品延度和膜后延度指标。根据生产统计，每罐改性沥青搅拌发育时间缩短了9-12小时。

7 创新之处

①运用分割原理，将SBS与稳定剂分阶段加入70A沥青中，在确保SBS充分溶胀后加入稳定剂反应，避免了部分SBS与稳定剂反应过于剧烈和部分SBS未能与稳定剂充分反应的情况。②进口胶体磨装置的预混罐小，无法使SBS达到较好的溶胀效果，通过技术矛盾分析，在没有新建溶胀罐的条件下，利用现有产品罐来溶胀SBS，弥补了进口胶体磨装置没有溶胀罐的缺陷。

参考文献：

[1]徐起贺.基于TRIZ理论的机械产品创新设计应用研究[J].河南机电高等专科学校学报，2010，01（18）.

[2]陈凯.SBS改性沥青关键工艺参数及耐老化性研究[D].长安大学，2012.

[3]单红佳.改性沥青在公路工程中应用与发展的探讨[J].黑龙江交通科技，2012（03）.