乳化炸药钢带凉药工艺的改进.pdf

第4 6 卷第3 期 2 0 1 7 年6 月 爆破器材 E x p l o s i v eM a t e r i a l s V 0 1 ．4 6N o ．3 J u n ．2 0 1 7 d o i 1 0 ．3 9 6 9 ／j ．i s s n ．1 0 0 1 - 8 3 5 2 ．2 0 1 7 ．0 3 ．0 0 8 乳化炸药钢带凉药工艺的改进来 许道利 浙江永联民爆器材有限公司遂昌永新分公司 浙江遂昌，3 2 3 3 1 3 [ 摘要]分析T - ％化炸药钢带凉药机的工作原理，针对钢带凉药机冷却能力低、与装药机能力不匹配的问题，提 出了解决方案将自然对流改为强制对流，提高对流换热系数；安装风冷循环系统，提高基质与冷风的温差等。经 试验证明，该方案能实现钢带凉药机与装药机的产能匹配。 [ 关键词] 乳化炸药；钢带凉药机；工业冷风机 [ 分类号] T Q 5 6 0 ．5 ；T D 2 3 5 ．2 1 I m p r o v e m e n t o fS t r i pC h a r g eP r o c e s so fE m u l s i o nE x p l o s i v e s X UD a o l i S u i c h a n g Y o n g x i nB r a n c h ，Z h e j i a n gY o n g l i a nE x p l o s i v eM a t e r i a l sC o ．，L t d ． Z h e i i a n gS u i e h a n g ，3 2 3 3 1 3 [ A B S T R A C T ]W o r k i n gp r i n c i p l eo fs t r i pm a c h i n ef o rc h a r g et op r o d u c ee m u l s i o ne x p l o s i v ew a sa n a l y z e d ．I no r d e rt o s o l v et h ep r o b l e m so fl o wc o o l i n ga b i l i t ya n dm i s m a t c h i n gw i t hc h a r g i n gm a c h i n e ，n a t u r a lc o n v e c t i o nw a sr e p l a c e db yf o r c e d c o n v e c t i o n ．c o n v e c t i v eh e a tt r a n s f e rt o e f f i c i e n ta n dt e m p e r a t u r ed i f f e r e n c e sb e t w e e ns u b s t r a t ea n dc o l da i rw e r ei n c r e a s e d ， a n da i rc o o l i n gc i r c u l a t i o ns y s t e mw a si n s t a l l e d ．E x p e r i m e n t a lr e s u l t ss h o wt h a tt h e s ea p p r o a c h e sc o u l da c h i e v et h em a t c h i n g o fs t r i pm a c h i n ea n dp r o d u c t i o nc a p a c i t yo fc h a r g i n gm a c h i n e ． [ K E Y W O R D S ] e m u l s i o ne x p l o s i v e ；s t r i pm a c h i n e ；i n d u s t r i a lc o o l i n gf a n 引言 在乳化炸药连续化生产过程中，基质冷却工序 是一个重要环节。钢带凉药机因具有安全性能好、 在线药量少、基质不与冷却介质接触、无废弃物排放 等优点，成为乳化炸药生产线冷却设备的首选[ 1 ’3 ] 。 随着工业和信息化部关于民用爆炸物品行业技术 进步指导意见 工信部安[ 2 0 1 0 ] 2 2 7 号 M ] 和工 业和信息化部关于提升工业炸药生产线本质安全水 平的指导意见 工信部安[ 2 0 1 2 ] 3 0 1 号 b 1 的颁 布．各企业加快了生产工艺、装备的升级换代，自动 化、连续化、信息化水平不断提高[ 6 ] 。特别是随着 塑膜包装的推广以及美国T i p p e rT i e 转盘机、德国 P o l y - c l i p 打卡机的引进[ 7 ’9 ] ，解决了长期制约乳化炸 药大产能生产的瓶颈，单位产能得到大幅提高。这 对基质的冷却设备提出更高的要求，但由于受到工 房结构的限制，很难更换更大规格的钢带凉药机。 笔者通过分析钢带凉药机的结构及工作原理，提出 钢带凉药机的改进方案，并通过试验验证其效果。 1 钢带凉药机结构及工作原理 钢带凉药机主要由4 部分组成布料系统、钢带 输送系统、冷却系统和刮料系统。从乳化器内出来 的基质经过布料系统，使基质均匀地分布在输送钢 带上钢带下的冷却系统喷出冷却水冷却钢带上的 基质，基质上表面采用自然风冷却；刮料系统把冷却 后的基质刮入敏化器内进行敏化。 从乳化器内出来的基质经过钢带凉药机的布料 系统后变成层状，如图1 。 待冷却的基质可以分为3 层，最底层为钢带冷 却层，属于问壁式换热。热量传递采用对流和热传 导两种方式，即基质通过热传导换热方式将热量传 递给钢带，钢带通过对流方式传递给冷却水。热量 传递公式为[ i o ] 米收稿日期2 0 1 6 ．t O ．1 1 作者简介许道利 1 9 7 5 一 ，男，学士，工程师，主要从事民用爆炸物品生产的技术和管理工作。E - m a i l 5 4 4 9 6 2 5 2 q q ．t o m 万方数据 2 0 1 7 年6 月 乳化炸药钢带凉药工艺的改进许道利 自然风 ／／／／／／／／／ ff f f l ff f f f 冷却水 热速率取决于风冷对流换热系数日风和空气温度 r 风。空气温度越高，与基质的温差就越小，热交换 越少。在夏季高温天气，由于没有循环系统，完全靠 自然风冷却，凉药机周围空气温度不断升高，与基质 温差越来越小，热交换效果不好。 综合以上分析，可以确定水冷是钢带冷却的主 要方式，风冷温差小、风速小、基质热扩散率不高是 导致基质不能快速降温的主要原因。 图1 钢带凉药机基质层 F i g 1 M a t r i xl a y e ri ns t r i pc h a r g em a c h i n e 2 钢带凉药工艺的改进 Q 水 日水。A △L 。水 口水。A ‘ T 基一r 水 。 1 式中Q 水为水冷传热速率，k J ／h ；皿K 为水冷传热系 数，k J ／ m 2 h ℃ ；4 为钢带冷却面积，m 2 ；强为 基质温度，℃；丁水为冷却水温度，℃。 可见，Q 水与日水、A 和△L 水成正比。 根据传热公式可知，在工艺、设备确定的情况 下，水冷传热系数日，。、钢带冷却面积A 、基质温度 强是不变的，水冷速率取决于水温r 7 k 。由于循环 水系统安装有冷却塔，加上水的比容比较大。水温相 对稳定，基质的冷却效果较明显．是基质降温的主要 方式。 中间基质层采用热传导冷却方式，将热量传递 给水冷基质层、风冷基质层。其冷却效果与基质的 热扩散率有关，基质的热扩散率为[ 1 o ] “ F _ 二≥弋一0 ．0 0 03 。 2 L P ‘乙。J 式中a 为基质热扩散率；A 为基质热导率P 为基质 密度；C 。为基质的定压比热容。 可见，乳化炸药基质的热扩散率很低，高温的乳 化基质不能将热量迅速地传递给较冷的基质。 基质上层为风冷基质层，热量传递采用对流冷 却方式，属于直接接触式换热。 热量传递公式为 Q 风 日风‘AA T , 。风 H 风。A‘ r 基一T 风 。 3 式中Q 风为风冷传热速率，k J ／h ；日风为风冷对流换 热系数，k J ／ I T l 2 h ℃ ；T 凤为空气温度，℃。 其主要影响因素有流体物理性质 如密度、黏 度、热导率、比热容 、流体对流起因 如自然对流和 强制对流 、流体流动状态 如湍流、层流 、流体的 相态变化、传热面的形状 如尺寸、相对位置 等。 根据传热公式可知，在工艺、设备确定的情况 下，钢带冷却面积4 、基质温度 是不变的，风冷传 2 ．1 现状 公司共有两条乳化炸药生产线，其中一条生产 D 7 0m i l l 及以上规格的产品。采用中低温敏化技 术，工艺要求为乳化出口温度1 0 5 ～1 1 0 ℃，敏化温 度4 9 ～5 1 ℃。基质冷却选用D L 一1 b 型钢带凉药机， 长1 6m 、宽1m ，循环水最大流量为3 0t ／h 。装药机 采用纸筒手工装药，产能为3 ．6t ／h 。 2 0 1 4 年11 月，公司将原来的纸筒手工装药机 改为塑膜自动装药机，生产线人员由原来的9 人下 降至4 人，装药机产能由原来的3 ．6t ／h 提高至4 ．5 t ／h 。由于制药工房结构限制。没有更换钢带凉药 机。技改时气温不高，钢带凉药机的冷却能力能够 达到4 ．5t ／h ，与装药机产能匹配。 2 0 1 5 年6 月，随着夏季气温的不断升高，钢带 凉药机的冷却能力不断下降。在室温达到当地夏季 常年最高气温4 0 ℃时，将冷却水流量调至最大，测 得制药产能与敏化温度的变化如表1 。表1 可以看 出，制药产能达到4 ．5t ／h 时．敏化温度为6 l ℃，无 法满足工艺要求。 2 ．2 第1 次改进 1 将自然对流改为强制对流，提高对流换热系 数日风。 从式 3 可以看出，风冷传热速率Q 丽与对流换 热系数日网成正比。而提高日闵的最明显措施就是 改变流体对流起因，将自然对流改为强制对流。经 查资料，对流换热系数的大致量级空气自然对流为 5 ～2 5 ，气体强制对流为2 0 ～1 0 0 。在钢带凉药机支 架上安装风罩，将基质与周围空气隔离；在风罩上端 面加装防爆轴流风机，风罩下端面加装可调节百叶 式风口。风机的风量越大，风冷传热速率越高，故可 通过试验确定风机型号。 2 在钢带凉药机风罩间安装梳理板，使中问基 质层与冷却风直接接触。基质由原来的热传导冷却 方式改为对流冷却方式，提高冷却效果。 万方数据 爆破器材第4 6 卷第3 期 表1改进前制药产能与敏化温度变化 T a b ．1 C h a n g e so fp r o d u c t i o nc a p a c i t ya n ds e n s i t i z a t i o nt e m p e r a t u r eb e f o r ei m p r o v e m e n t 2 ．3 实施步骤 为解决钢带凉药机的冷却能力，2 0 1 5 年7 月， 公司在钢带凉药机支架上安装了3 个长4 ．5m 、宽 1 ．2m 、高0 ．3i n 的风罩。风罩之间间距为0 ．5m ， 每个风罩底面加装2 片2m 1m 的可调节百叶式 风口 图2 。每个风罩上端面中心位置各安装1 台 C B F - 6 0 0 型防爆轴流风机，共计3 台风机。其参数 为直径6 0 0m m 、功率0 ．7 5k W 、转速14 5 0r ／m i n 、 风量1 02 0 0m 3 ／h 。 誊一 图2 石] 调节百叶式风口 F i g ．2A d j u s t a b l es h u t t e rt y p ea i ro u t l e t 同时，制作两个齿形梳理板，齿宽为1 0m m 、齿 距为5 0m m 。分别错齿安装在钢带凉药机风罩之 间，梳理板至钢带距离为基质厚度的1 ／3 ，如图3 所 示。将平铺在钢带上的基质均匀地分成若干份，使 基质的中间层与冷风接触，将原来的基质内部的热 传导冷却改为冷风对流冷却，提高冷却效果。 经过调试、测量，钢带的冷却效果得到明显改 善。在冷却水流量调整至最大状态时，测得制药产 能与敏化温度的变化如表2 。在室温4 0 ℃、制药产 能达到4 ．5t ／h 时，敏化温度为5 0 ℃，能够满足工艺 要求。 但由于防爆轴流风机安装在钢带凉药机上，存 在工房噪声大的缺点，3 台风机同时工作，能耗也比 较大。遂进行进一步改进。 2 ．4 第2 次改进 为降低工房噪声、减少能耗，取消风罩上的3 台 1 一原基质；2 一调节螺母；3 一梳理板；4 一槽钢 支承架；5 一钢带；6 一凉药机支架；7 一梳理后基质。 图3 梳理板装置 F i g ．3C a r d i n gp l a t ed e v i c e 防爆轴流风机．改为安装工业冷风机，降低冷却风温 度，改善风冷效果。从式 3 可以看出，风冷传热速 率Q 风与空气温度‰有关。‰越低，Q 风越大。 工业冷风机是无压缩机、无冷媒、无污染的环保 型产品，具有耗电量小、送风量大、降温明显、运行成 本低、便于维护等特点。在较潮湿地区，一般能达到 5 ～9 ℃左右的明显降温效果在特别炎热干燥地 区，降温幅度能达到1 0 ～1 5 ℃左右。 根据工艺要求，乳化器出口基质温度为11 0 ℃、 敏化温度为5 0q C ，产能由3 ．6t ／h 增至4 ．5t ／h ，增 产0 ．9t ／h 。考虑全部采用风冷，需导出热量 Q l C 1 M l T 基一％ 1 1 88 0 0k J ／h 。 4 式中Q ，为单位时间内基质散发的热量，k J ／h ；C ，为 乳胶基质的比热，2 ．2k J ／ k g K ；M ，为单位时间 里风冷乳胶基质的质量，0 ．9t ／h ； 为乳化器出1 3 基质温度，1 1 0 ℃；％为乳胶基质敏化温度，5 0 ℃。 根据能量守恒定律，基质散发的热量等于冷却 风吸收的热量。即 Q ， Q 。 5 式中Q ．为单位时间内基质散发的热量，k J ／h ；Q ，为 单位时间内冷却风吸收的热量，k J ／h 。 如保持工房内室温不变．工房内冷风的温度变 万方数据 2 0 1 7 年6 月 乳化炸药钢带凉药工艺的改进许道利 表2改进后制药产能与敏化温度变化 T a b ．2 C h a n g e so fp r o d u c t i o nc a p a c i t ya n ds e n s i t i z a t i o nt e m p e r a t u r ea f t e ri m p r o v e m e n t 表32 次改进后制药产能与敏化温度变化 T a b ．3 C h a n g e so fp r o d u c t i o nc a p a c i t ya n ds e n s i t i z a t i o nt e m p e r a t u r ea f t e rt w oi m p r o v e m e n t s 化即为室外冷风机的冷却温度。 Q 2 C 2 P 2 K A T m 。 6 式中Q ，为单位时问内冷却风吸收的热量，1 1 88 0 0 k J ／h ；C 为空气的比热，1 ．0 1k J ／ k g K ；p 2 为空 气密度，3 5 ℃时为1 ．1 5k g ／m 3 ；K 为单位时问内通 过的冷风体积，m 3 ／h ；△T m 为风机冷却温度，6o C 。 根据式 6 ，可计算出单位时间内冷风机的排 风量K 应不小于1 70 4 7i n 3 ／h 。 2 ．52 次改进效果 2 0 1 5 年8 月，公司取消风罩上的3 台防爆轴流 风机，在室外安装一台R D F 2 0 A 型工业冷风机，该设 备功率为1 ．1k W 、最大排风量为2 00 0 0m 3 ／h 、外形 尺寸为1 ．1m 1 ．1m 1 ．3m 。冷风机与钢带凉药 机风罩采用风管相连。通过降低冷风温度，提高风 冷传热效率。 经过多日调试、测量，钢带的冷却效果得到明显 改善。在冷却水调整至最大状态时，测得制药产能 与敏化温度的变化如表3 。在室温4 0 ℃、制药产能 达g l J 4 ．5t ／h 时，敏化温度为4 9 ℃，满足工艺要求。 由于冷风机安装在室外，工房内无噪声，同时只 需1 台冷风机，功耗也比较小。室温偏低时，可通过 调整冷却水的大小、百叶式风口的开口等方式调整 冷却效果，控制敏化温度在工艺范围之内。经过两 年的试运行。效果良好。 3结论 通过改进钢带凉药机的风冷系统，钢带凉药机 的冷却能力由原来的3 ．6t ／h 提高至4 ．5t ／h ，有效 解决了钢带冷却能力与装药机产能不匹配的问题。 该方案具有降温效果明显、设备简单、便于维修、能 耗小、无噪声等优点。 参考文献 [ 1 ] 谢皆见．钢带凉药机的应用[ J ] ．现代矿业，2 0 0 5 ，2 1 5 4 4 _ 4 5 ． X I EJ J ．A p p l i c a t i o no fs t e e l b e l tr e a g e n tc o o l e r [ J ] ． E x p r e s sI n f o r m a t i o no fM i n i n gI n d u s t r y ，2 0 0 5 ，2 1 5 4 4 - 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