工业炸药生产线上硝酸铵溶液应用系统设计.pdf

第2 8 卷第3 期 爆破 V o l 2 8N o 3 2 0 1 1 年9 月B L A S T I N GS e p ．2 0 1 1 D O I 1 0 ．3 9 6 3 ／j ．i s s n ．1 0 0 1 - 4 8 7 X ．2 0 11 ．0 3 ．0 2 9 工业炸药生产线上硝酸铵溶液应用系统设计 苏明阳 福建海峡科化股份有限公司，永安3 6 6 0 0 0 摘要硝酸铵溶液直接作为原材料用于工业炸药的生产具有良好的经济效益和社会效益，应用系统的设 计是实现这一生产模式的先决条件。根据槽罐车、贮罐、溶解罐的不同位置，将硝酸铵溶液应用系统分为高 进低出型、低进高出型、高进高出型、低进低出型、无聍罐型。分析了各自的优缺点及适应的生产条件，重点探 讨核心设备一筘罐的结构、搅拌工艺等设计内容，推荐采用射流混合的搅拌工艺，对卸车工艺、投料流程以 及控制系统等方面设计内容也进行论述，探索并完善了硝酸铵溶液应用系统的设计方案。 关键词工业炸药；硝酸铵溶液；贮罐；槽车 中图分类号T Q 4 4 1 ．5 ；T Q 5 6 4 ．4文献标识码A文章编号1 0 0 l - 4 8 7 X 2 0 1 1 0 3 0 1 0 1 0 5 D e s i g no fA m m o n i u mN i t r a t eS o l u t i o nA p p l i c a t i o nS y s t e m i nI n d u s t r i a lE x p l o s i v e sP r o d u c t i o nL i n e s S U 删n g 一归n g F u j i a nH a i x i aT e c h n o l o g yC oL t d ，Y o n g ’a l l3 6 6 0 0 0 ，C h i n a A b s t r a c t U s i n ga m m o n i u mn i t r a t es o l u t i o nf o ri n d u s t r i a lr a wm a t e r i a l sd i r e c t l yt op r o d u c ei n d u s t r i a le x p l o s i v e h a sg o o de c o n o m i ca n ds o c i a lb e n e f i t s ，b u tt h ea p p l i c a t i o ns y s t e md e s i g ni sap r e r e q u i s i t et Oa c h i e v et h i sp r o d u c t i o n m o d e l oA c c o r d i n gt od i f f e r e n tl o c a t i o no f 乎㈣v e h i c l e ，t a n k ，a n dd i s s o l v i n gt a n k ，t h ea m m o n i u mn i t r a t es o l u t i o na p - p l i c a t i o ns y s t e mW a sd i v i d e di n t od i f f e r e n tt y p e s ，i n c l u d i n gt y p e so fe n t e rf r o ma b o v ea n do u tf r o mt h el o w e r ，e n t e r f r o mt h el o w e ra n do u tf r o ma b o v e ，e n t e rf r o mt h ea b o v ea n df r o mt h ea b o v eo u t ，e n t e rf r o mt h el o w e ri n t oa n df r o m t h el o w e ro u t ，a n dn ot a n k ，a n a l y z e dt h e i ra d v a n t a g e sa n dd i s a d v a n t a g e s ，s u i t a b l ep r o d u c t i o nc o n d i t i o n s ，t h ed e s i g no f t a n ks t r u c t u r ea n dm i x i n gt e c h n o l o g yw e 坤d i s c u s s e ds p e c i a l l y ，a n dr e c o m m e n d e dt h em i x i n gp r o c e s so fj e tm i x i n g ， t h et i n l o a d i n go fp r o c e s s ，m a t e r i a lf l o wa n dc o n t r o ls y s t e m sW a sa l s od i s c u s s e d ，e x p l o r e da n di m p r o v e dt h ed e s i g no f t h ea p p l i c a t i o ns y s t e m ． K e yw o r d s i n d u s t r i a lw x p l o s i v e s ；a m m o n i u mn i t r a t es o l u t i o n ；t a n k ；g r o o v ev e h i c l e 将硝酸铵溶液直接应用于工业炸药的生产是国 外炸药生产厂家的通行生产方式⋯，无论是散装炸 药产品还是包装产品，通常都直接使用硝酸铵溶液 作为原料，这样既使硝酸铵生产厂家节省结晶能耗、 包装材料成本及包装的人工成本，又使炸药生产厂 家节约破碎人工成本和溶解的能耗，是一种节能降 收稿日期2 0 1 1 0 3 2 2 作者简介苏明阳 1 9 7 2 一 。男．高级工程师、工程硕士，主要研究 方向为工业炸药、工业雷管等爆破器材的生产制造， E m 日i l m b j ∞n s i n s ．o D m 。 耗的生产模式BJ 。 。 目前国内使用硝酸铵溶液作为原料进行工业炸 药生产的模式刚刚开始，其使用过程的安全性、工 艺、设备等方面的研究工作正在开展中。在硝酸铵 溶液的应用过程中，除运输槽罐车外，工业炸药生产 厂家的应用系统的建设是最主要的内容。 1 应用系统的功能及组成 工业炸药生产过程，需要使用硝酸铵溶液的品 万方数据 爆破2 0 1 1 年9 月 种主要有 胶状、粉状 乳化炸药、膨化硝铵炸药、 水胶炸药。目前各生产线上使用的溶解罐大部分是 2m 3 以下，而运输硝酸铵溶液的槽罐车的容积往往 在1 0m 3 以上。这样，通过槽罐车运来的硝酸铵溶 液难以直接排人溶解罐中，必须先卸料、贮存在较大 容积的专用贮罐中，然后根据生产需要定量使用。 以大容积贮罐为核心的卸料、贮存、保温、排料 等设施我们称之为硝酸铵溶液应用系统。应用系统 最主要的功能是贮存、保温硝酸铵溶液，并根据生产 需要将溶液输送至生产工房内的硝酸铵溶解罐中。 主要包括贮罐、卸料泵、进料泵、蒸汽接口、水罐、淋 浴冲洗喷头等装置，由于具体操作过程不同，配套设 施有所不同。 2 应用系统的类型 从减少能耗角度出发，在硝酸铵溶液槽罐车、贮 罐、生产工房内溶解罐3 者中，最好能利用地理位置 的高差，实现硝酸铵溶液的自然进、排料。但由于实 际地势条件的限制，往往只能选择一个过程采用动力 输送，另一过程自流落料。按槽罐车、贮罐、溶解罐3 者位置的高低，可以将应用系统设计为高进低出型、 低进高出型、高进高出型、低进低出型、无贮罐型。 2 ．1 高进低出型 高进低出型是指槽罐车比贮罐位置更高，硝酸 铵溶液可以不使用动力，直接利用高度差的压力自 然流入贮罐；而贮罐的最高液面比工房内的溶解罐 位置低，需要借助动力将硝酸铵溶液输送至溶解罐 中。如图l 。 图1 高进低出型 F i g ．1 E n t e rf r o ma b o v ea n df r o mt h el o w e ro u t 高进低出型的优点①不需要安装卸料泵，节省 投资及日后的维护费用；②卸料后，槽罐车卸料阀至 贮罐的管道不留余料，因此管道可以只保温而不伴 热；由于溶解罐处于高位，加料后管道内的余料可以 倒流至贮罐，减少余料结晶的可能；③运输车的槽罐 可以卸料干净，不留余料。高进低出型的缺点①由 于使用过程需要定量泵送至溶解罐，输送泵的启停 次数多；②由于是自然卸料，卸车时间较长，为缩短 卸车时间，槽罐车的卸料阀及输送管道要设计为大 口径。 2 ．2 低进高出型 低进高出型是指槽罐车比贮罐位置更低，需要 借助动力将硝酸铵溶液从槽罐车中泵送至贮罐；而 贮罐的出料口比工房内的溶解罐位置高，硝酸铵溶 液可以自流进工房内的溶解罐中。如图2 。 图2 低进高出型 F i g 2 F r o mt h el o w e ri n t oa n do u tf r o ma b o v e ． 低进高出型的优缺点正好与高进低出型相反。 2 ．3 高进高出型与低进低出型 高进高出型指硝酸铵从槽罐车至贮罐、贮罐至 溶解罐均自流。这种模式较为安全与简单，但要求 有足够的高差，至少应大于槽罐车的高度与贮罐的 高度之和，所以一般企业无法具备此条件。 低进低出型指硝酸铵从槽罐车至贮罐、贮罐至 溶解罐均需要借助动力输送。这种模式设施较为复 杂，但由于有动力输送，卸车、进料速度都很快。如 图3 。 图3 低进低出型 F i g ．3 F r o mt h el o w e ri n t oa n df r o mt h el o w e r 万方数据 第2 8 卷第3 期 苏明阳工业炸药生产线上硝酸铵溶液应用系统设计 1 0 3 2 ．4 无贮罐型 无贮罐型是利用工房内原来设计的大容积溶解 罐，将硝酸铵溶液自流或泵送至工序中使用。目前 有些厂家工房内使用的就是大容积的溶解罐，可以 不另建贮罐，直接采用这种模式。如图4 。 图4 无储罐型 F i g ．4N ot a n k 无贮罐型是最为经济与安全，可以节省贮罐及 配套设施的投资，以及使用过程二次排料的安全问 题。但工房内的溶解罐要足够大，确保充装一次能 生产使用2h 以上，这样可以减少卸车的次数及卸 车过程可能带来的安全问题。 由于槽罐车设计的容积较大 大予1 5r n 3 ，因 此槽罐车中的溶液难以一次全部排入溶解罐中，这 样增加了卸车的等待时间及卸车的次数，这是无贮 罐型的缺点。 3 贮罐的设计 3 ．1 贮罐的基本要求 贮罐是应用系统最主要的设备，一般多为露天 放置。 考虑到硝酸铵溶液的高温与腐蚀性，贮罐应选 用耐酸不锈钢材料制成，其它附件的材料也同样要 选择不锈钢材料；贮罐应严密性好，不发生渗漏；贮 罐的结构及附件简单，坚固耐用；便于施工和管理； 具有保温和加热设施；具有搅拌装置。 3 ．2 贮罐的结构形式 贮罐的结构形式可以选择平底锥顶贮罐或者卧 式椭圆形封头储罐，具体设计要求参照标准H G ／T 3 1 4 8 平底锥顶贮罐系列、H G ／T3 1 5 4 { 卧式椭圆形 封头储罐。平底锥顶贮罐存料量与液位高度成线 性关系，便于判断存料量，但高度尺寸大；卧式储罐 不便于判断存料量，高度尺寸小。设计过程可以根 据应用系统类型及地理条件综合考虑。 3 ．3 贮罐的保温和加热 为防止硝酸铵溶液降温结晶，必须对贮罐进行 保温，不仅罐壁要保温，罐顶也要保温，保温是节约 能源降低能耗的有效措施。确定适宜的保温层厚 度、选择导热系数小的保温材料、采取切实可行的防 水结构，这些都是确保有效保温要考虑的问题。根 据硝酸铵溶液的保温要求，可以采用岩棉材料，推荐 厚度大于6 0m m 以上。 贮罐虽然做了保温处理，但不可避免热量会损 失，所以必须采取加热措施，蒸汽加热是简便易行的 方式。可以直接通入蒸汽直接加热，这种方法加热 效率高，但会影响硝酸铵浓度；也可以在罐内安装蒸 汽盘管加热，这种方式安全可靠，推荐采用。 3 ．4 贮罐的搅拌 溶液静置一段时问后，上下温度会发生变化，需 要搅拌均匀[ 3 ] 。另外从安全角度出发，硝酸铵溶液 不宜长时间静止贮存，也应进行间歇搅动。 硝酸铵溶液的搅拌有压缩空气搅拌、机械搅拌 和射流混合等形式。 压缩空气搅拌是通过控制气阀，将压缩空气从 罐顶或罐壁通入罐内，利用压缩空气的压力，间歇对 罐内溶液上下翻动。罐内可设环形或十字形压缩空 气分布管，管上开孔，以利于压缩空气的均匀分布； 也可将压缩空气直接通入，不设分布管。压缩空气 搅拌方式操作简单，但用于硝酸铵溶液的安全性有 待于进一步论证。 机械搅拌可以顶装也可以侧装，由于贮罐的容 积大，顶装难度大，一般安装罐壁叶轮搅拌器。罐壁 叶轮搅拌器通常安装在贮罐侧壁，叶轮为三叶螺旋 桨。罐壁叶轮安装时，在罐壁上开口，螺旋桨形叶轮 伸进罐内，叶轮轴穿过罐壁，电机设在罐外。叶轮轴 的密封大多采用机械密封。也可采用填料密封，但 填料密封效果不如机械密封。罐壁叶轮搅拌器基本 可以满足溶液搅拌需要，但其采用的机械密封和填 料密封不能保证零泄漏，所以滴漏现象时有发生，带 来一定的安全隐患。 射流混合是选用合适的混合器，将溶液排出并 重新泵送到贮罐中，通过混合器的作用，达到混合罐 内溶液的目的，其工作原理如图5 。也可以直接在 罐壁上、罐中心安装固定喷嘴，或罐中心安装旋转喷 嘴，利用罐外的泵将溶液加压后再经喷嘴喷出高压 万方数据 爆破2 0 1 1 年9 月 的射流，使罐内溶液产生搅动而达到搅拌均匀目的。 由于喷嘴安装于罐内，其动力来自于罐外，安全可 靠，且施工简单易行；没有轴密封部分，不会漏液；射 流液就是硝酸铵溶液本身，不会带入外来杂质。因 此射流混合简便、安全、有效，可以优先考虑。 3 ．5 其它附件 出于安全生产需要，为实时监测硝酸铵溶液的 温度变化，在贮罐内的不同位置应安装温度传感器， 并与蒸汽阀门的开关连锁。当溶液温度低于工艺下 限时能自动启动蒸汽阀加热，溶液温度达到工艺上 限时能自动关闭蒸汽阀停止加热。溶液温度超过安 全上限时，应进行报警，并自动采取一些安全措施， 如在贮罐内注入大量冷却水，紧急排出贮罐内的料 液等。 图5 射流混合原理示意图 F i g ．5J e tm i x i n gd i a g r a m 由于贮罐是密闭的，因此要安装液位仪，能实时 显示罐内硝酸铵溶液的液位高度，为卸车及生产提 供依据。由于液位仪多安装在罐壁底部的“死角”， 此处硝酸铵溶液容易结晶，影响液位的真实性，因此 每个贮罐最好安装2 个液位仪。 考虑到硝酸铵溶液若带人杂质，引起温度急剧 升高，带来安全事故。贮罐要设计降温排险的安全 措施，最有效的措施是通人大量冷却水。所以贮罐 内部应设计雨淋管，与控制系统温度信号连锁，超过 温度上限时，可以通过控制系统打开水阀自动注入 冷却水。 此外贮罐顶部应设计有通气孔，底部设计有大 口径排污口，罐外应有安全爬梯。 4 卸车、投料工艺设计 4 ．1 卸车工艺设计 在应用系统各个操作环节中，卸车是操作者近 距离接触硝酸铵溶液或者最可能被溶液溅到的一个 环节，包括现场与运输车槽罐的连接、打开槽罐阀 门、关阀门、卸开连接管道等动作，都是人工操作。 因此，卸车的设备及操作方法的设计上要格外注意 安全问题。 硝酸铵溶液槽罐车的卸料口宜设置在槽罐底 部，其卸料方式均属于下卸式，又分为自流下卸式、 压缩空气压卸式M J 、泵抽下卸式。 自流下卸式就是利用地形高差让硝酸铵溶液自 流进贮罐，文章前述“高进高出型、高进低出型”就 是自然下卸式。 压缩空气压卸式即是利用压缩空气为动力源， 将硝酸铵溶液从槽罐中挤压出来，可以送至高位的 贮罐，也可以送至低位的贮罐。需要注意的是用压 缩空气压卸时，顶压的压力不准超过槽罐车允许的 压力；常压设计的槽罐车，禁止用压缩空气压卸。 泵抽下卸式是用泵产生压能，将硝酸铵溶液泵 送至低位或高位贮罐。卸料泵一般要求流量大，扬 程低，可以选择化工离心泵或螺杆泵。特别注意的 是，如果采用化工泵卸料，输送泵停车后管道内存有 余料，而且会倒流至低处的输送泵体内或槽罐车的 卸料阀处，此时若卸开贮罐与卸料阀之间的连接管 路，高温的硝酸铵溶液可能流出伤人。因此操作时 应将余料用清水置换出来，或者将余料排至更低处 的容器内。 4 ．2 投料流程设计 保温、贮存在贮罐内的硝酸铵溶液需要定量地 通过管道输送到工序上的溶解罐，投入生产使用。 硝酸铵投料流程打开溶解罐上的阀门- 打开贮罐 出口处的阀门_ 启动输送泵_ 加料并计量一 关闭贮 罐出口处的阀门关闭输送泵_ 关闭溶解罐上的阀 门。如图6 。 硝酸铵溶液的输送一般都是采用自流式或泵抽 式。泵的选择同上。 现在不论是乳化炸药或者膨化硝铵炸药，溶解 罐上一般都安装有称重模块，所以硝酸铵溶液的进 料量可以方便地得到计量与控制。如果确实没有安 装稳重模块，就要另外安装流量计。 管道上安装有保温阀门，一般在贮罐出口处及 不同溶解罐上方都要安装。贮罐出口处的阀门是确 保关闭后可以排空管道内的硝酸铵余料，溶解罐上 方安装是为了选择溶解罐投料，另外使用过程2 个 阀门一起开、关可以防范阀门失灵造成的安全事故。 阀门可以根据条件选择手动、气动或电动工，均应选 择防腐、保温型。 万方数据 第2 8 卷第3 期 苏明阳工业炸药生产线上硝酸铵溶液应用系统设计 产线和1 条膨化硝铵炸药线上分别建设不同类型的 应用系统，有高进低出型、低进高出型、低进低出型 和无贮罐型，贮罐的容积根据生产线产能也有所不 同，实现了工业炸药生产对硝酸铵溶液原料的要求， 并取得良好的经济效益和社会效益。 图6 硝酸铵溶液投料流程示意图 F i g 6A p p l i c a t i o np r o c e s sd i a g r a m [ 2 ] 5 控制系统设计 卸车过程是个相对独立的操作过程，只要知道 贮罐的液位情况后就可以操作，所以可以进行现场 控制；贮罐的液位与温度信号宜传送至生产线的监 控室，并且温度与蒸汽阀门、罐内雨淋设施应能连锁 控制，确保安全；硝酸铵溶液从贮罐至溶解罐的使用 流程应能自动控制，其系统应并人生产线控制系统 中，这样溶解罐的选取、阀门的开停、泵的开停及溶 液的计量均能实现无人化操作，实现自动化生产，减 少生产线操作定员。 6 结语 根据以上设计思路，我公司在3 条乳化炸药生 参考文献 R e f e r e n c e s 汪旭光．关于低碳经济与民爆行业发展的思考[ J ] ．工 程爆破。2 0 0 9 ，1 5 3 I - 4 ，1 3 ． W A N GXG ．T h i n k i n go nt h ed e v e l o p m e n to fl o wc a r b o n e c o n o m ya n dc i v i lN t i n gi n d u s t r y [ J ] ．E n g i n e e r i n gB i a s - r i n g ，2 0 0 9 ，1 5 3 l - 4 ，1 3 ． i nC h i n e s e 苏明阳硝酸铵溶液运输、贮存过程的安全性研究 [ J ] ．爆破器材，2 0 0 9 ，2 8 4 3 6 ．3 8 ． S UMY ．S t u d y0 1 1t h es a f e t yo fa m m o n i u mn i t r a t es o l u t i o n i nt r a n s p o r t a t i o na n ds t o r a g e [ J ] ．E x p l o s i v eM a t e r i a l s ， 2 0 0 9 ，2 8 4 3 6 - 3 8 ． i nC h i n e s e 于兆滨．石油化工企业储罐搅拌方式的比较[ J ] ．石油 商技，2 0 0 6 ，2 4 4 8 0 - 8 3 ． Y UZB ．C o m p a r i s o no ft a n km i x i n gm e t h o dI nt h ep e t r o - c h e m i c a le n t e r p r i s e [ J ] ．P e t r o l e u mP r o d u c t sA p p l i c a t i o n R e s e a r c h ，2 0 0 6 ，2 4 4 舯- 8 3 ． i nC h i n e ∞ 韩学军，刘延义，陈静．直接使用硝酸铵溶液生产膨 化硝酸铵炸药研究[ J ] ．爆破器材，2 0 0 9 ，3 8 3 1 5 1 7 ． H A NXJ 。U UYY ，C H E NJ ．AS t u d yo na m m o n i u mn i t r a t es o l u t i o n ∞r a wm a t e r i a lu s e df o rp r o d u c i n ge x p a n d e d A Ne x p l o s i v ed i r e c t l y [ J ] ．E x p l o s i v eM a t e r i a l s ，2 0 0 9 ， 3 8 3 1 5 1 7 ． i nC h i n e s e 2 3 3 4 4 万方数据