硝酸铵水溶液储存保温给料系统.pdf

爆破器材E x p l o s i v eM a t e r i a l s 第4 l 卷第1 期 硝酸铵水溶液储存保温给料系统’ 李国亮①黄志平∞张国全∞王小花o ①广东振声科技股份有限公司 广东梅州，5 1 4 7 0 0 ②武汉工业学院机械工程学院 湖北武汉，4 3 0 0 2 3 ③广东振声科技股份有限公司研究院 广东梅州，5 1 4 7 0 0 [ 摘要]以硝酸铵水溶液储存保温给料系统为讨论对象，首先阐述了硝酸铵水溶液储存保温给料系统的基本组 成，然后叙述了其系统的工艺流程及功能实现方法，最后总结了本系统的性能特点，以期为本工艺在行业内广泛应 用提供一定的借鉴作用。 [ 关键词]硝酸铵水溶液储存保温给料系统工艺流程性能特点 ’ [ 分类号] T I Y 2 3 5 ．2 l 引言 国外使用硝酸铵水溶液代替固态硝酸铵生产工 业炸药工艺方法研究较早，由硝酸铵生产厂家提供 硝酸铵水溶液直接应用于工业炸药的生产是国外炸 药生产厂家的典型生产方式⋯。而国内于2 0 0 9 年 才有相关文献资料记载，长期以来，都是生产企业购 进固体硝酸铵，经破碎、加热溶解工序后才形成硝酸 铵水溶液幢】。而硝酸铵生产企业在制造固体硝酸 铵时，首先制得的是硝酸铵水溶液，经加热蒸发、降 温结晶后才能生产出固体硝酸铵。显然，推广使用 硝酸铵水溶液制造工业炸药，符合低碳经济发展方 式要求，对于硝酸铵供需双方来说，都达到了节约能 源，减少排放，降低成本的目的。 目前，国内也有几家企业进行过硝酸铵水溶液 替代固态硝酸铵作为工业炸药生产原料的工艺方法 研究，对硝酸铵水溶液析晶沉降现象、杂质的混入等 影响产品质量的因素也进行了探索H 引，并取得了 一些建设性的成果1 。但还有如下未深人研究的 课题1 硝酸铵水溶液罐体保温在环境温度I 0 0 C 时，2 4h 内如何将温度的下降梯度控制在5 。C 以内； 2 低能耗、低成本地消除罐体内硝酸铵固体沉降现 象；3 确保化工泵机械密封运转中无热量积累，保 证系统本质安全；4 罐体外输送管道内无硝酸铵水 溶液结晶堵塞管道现象；5 解决远程液位、液温实 时显示、监测，远程温度自动控制等硝酸铵水溶液在 运输、卸料、储存、保温和供料等全环节的一系列技 术问题。本技术在综合考虑各种因素后，针对工业 炸药使用硝酸铵水溶液作为生产原料的工艺方法． 在安全、技术与经济指标等方面进行了实验和研究 工作。本文将介绍硝酸铵水溶液储存保温给料系统 的工艺流程及各种功能实现方法，以期为本工艺在 行业内广泛应用提供一定的借鉴作用。 1 硝酸铵水溶液储存给料系统组成及工艺流程 1 ．1 系统组成 硝酸铵水溶液储存保温给料系统主要包括1 2 个系统。其组成见图l 所示。 排蒸汽管、{ 卜 止嘲墨器 疏水阀截止阅 球 蓊 1 一给料及吹扫系统；2 一机械密封冷却系统；3 一循环 射流及吹扫系统；4 一料位控制系统；5 一沉淀物排除系 统；6 一自重力给料及吹扫系统；7 一盘管加热与温度控 制系统；8 一雨淋报警系统；9 一保温系统；1 0 一不锈钢 罐体【．3 ；l l 一应急喷洗系统；1 2 一自动控制系统 图1硝酸铰水溶液储存保温给料系统 1 ．2 系统主要工艺过程 在图1 中，各系统在控制系统1 2 的作用下协调 配合、相互衔接，其工艺过程主要有供料、料位控制、 收稿日期2 0 1 1 4 7 - 0 9 作者简介李国亮 1 9 6 5 一 ，男。高级工程师。主要从事炸药生产工艺研究。E - m a i l 一4 0 1 1 S 1 6 3 ．啪 辔形} 口U一口平阀水水一料通球小进避暑动 万方数据 2 0 1 2 年2 月硝酸铵水溶液储存保温给料系统李国亮等 厂 广 L ．厂篓L 匦匮囊嬲亘鳃 { r 一液位低子上部低位或7 ．- 1 2 0 ℃{ I ．，J 、⋯⋯⋯⋯⋯～一 三司廷臻汽壹≥叫二囊要二卜- 磺固亘] ‘甄垂随卜匿受亚冀翌] l L J 叫蜥番丽再j 丽磊研i 再i 诫一 - Y ．m 一一恒量控倒过程 l 广2 2 j 瓣蕞丽再嘶派矿历网⋯～一一 已 姐i 鬣] 一叫煎E 蔓I p 叫嚣壅煎卜匿整壅嘲； L 』世蕊j 评丽丽矾开乏可西司 q 唾翌焉磊篆鬻篙一幽鲫 型翌厮了褫酉z 谳 ～隔丽面于谲丽酉雨百泛币而习 t 八j 叼泶‘P 图2 硝酸铵水溶液储存保温给料系统主要工艺流程 超温搅拌、恒温控制、给料和雨淋报警等，具体过程 如图2 所示。 2 功能实现方式 2 ．1 供料功能 当给料及吹扫系统I 中的供料三通手动球阀打 到位置l 时，固定在储存保温供料系统中的卸料管 与槽罐车中卸料口手工相连后，化工泵开启，并将槽 罐车中的硝酸铵水溶液通过三通手动球阀、压人到 垂直布置的进料管后，再从储存保温罐的顶部流入 到罐体内；当卸料完成后，手工开启槽罐车尾部三通 阀，并将与之相联的气扫阀开启3 0s 后关闭，将残 留在管路内的硝酸铵水溶液吹扫入罐体内。 2 ．2 恒定温度控制功能 在罐体上、中、下和底部各安装了一套盘管，在 相应位置各加装了一个温度传感器。当罐体内的水 溶液温度低于l I O 。C 时，传感器将此温度信号，分别 传给盘管加热与温度控制系统7 和循环射流搅拌及 吹扫系统3 ，控制系统自动开启气动蒸汽阀，将热蒸 汽送人盘管中，冷却后的蒸汽冷凝水通过疏水阀排 出管外。此时，循环射流搅拌及吹扫系统3 也同时 开始工作，该系统出料管上的球阀自动打开，将罐体 内的水溶液由化工泵通过垂直布置的进料管于罐体 顶部射流扰动搅拌，使罐内的水溶液充分混合，并保 证水溶液温度恒定心】。待罐体内的水溶液温度达 到1 2 0 ℃时，升温加热过程完成，蒸汽阀关闭，系统 随即自动关闭循环射流搅拌装置 化工泵 ，并相继 万方数据 爆破器材E x p l o s i v e M a t e r i a l s 第4 l 卷第1 期 开启吹扫阀3 0s 后关闭，将残留在管路内硝酸铵水 溶液吹扫人罐体内。 2 ．3 冷却功能 为防止化工泵内的机械密封装置因相互摩擦产 生热积累，消除安全隐患，在化工泵启动时，机械密 封冷却系统2 同时开始工作，控制系统自动控制水 泵开启，将冷却水不断打人到化工泵的冷却腔后流 出，使泵体内时刻保持低温状态。 2 ．4 自重力给料功能 利用储存保温罐底部与配料罐顶部4 ．5 m 高 差，当配料时，中心控制室设定配料量并远程操控打 开固定在罐体底部的球阀，硝酸铵水溶液通过自重 力给料及吹扫系统6 ，在重力作用下通过输送管道 自动流入到配料罐中，当流入量达到设定值时，控制 系统自动关闭自重力给料控制球阀，并随后开启吹 扫阀，将热蒸汽送入到输送料液管道中，使残留在管 道中的水溶液自动吹扫人配料罐中。 2 ．5 料位控制功能 固定在罐体底部的压力传感器自动检测罐体内 部的硝酸铵水溶液压力，通过料位控制系统4 ，控制 系统自动将压力信号换算成罐体内的料位高度信 息，以此实时监测、确认罐体内硝酸铵水溶液量；并 根据此信息，控制系统自动开启或关闭在料位内部 或上部的盘管加热与温度控制系统7 的球阀动作。 2 ．6 雨淋报警功能 在罐体顶部内的中央处安装了一支温度传感 器，其离罐体顶部约0 ．3 m ，温度设定值为1 9 0 0 C 。 当传感器检测到罐体内温度达到1 9 0 ℃时，通过雨 淋报警系统8 控制系统自动打开报警器，并同时开 启水泵，将冷却水喷淋到罐体内，使罐体内水溶液瞬 间降温，保证系统安全。 2 ．7 保温与排杂质功能 为保证罐体内的水溶液温度在环境温度／_ - 0 ℃ 时，2 4h 内温差不超过5 。C ，且保证保温材料不因罐 体高温、渗漏而性能下降或出现安全隐患，必须设计 合理的保温方式，采用适宜的保温材料和罐体结构。 本装置中设置厚度为8 0 一1 0 0m ／n 耐高温腐蚀石棉 内保温层及厚度为8 0 1 0 0m i l l 聚氨酯发泡材料高 性能外保温层，经测试环境温度为O ℃，2 4h 内 9 3 ％硝酸铵水溶液降温l ℃，保温效果良好；罐体采 用立式圆柱形结构，内外胆均选用不锈钢材料；在储 料体积一定的条件下，本结构耗材小，占地面积小， 罐底设计略呈锥形体，构成最低点排放口，使沉淀物 很容易排出，不易聚集在罐体底部[ 3J 。 2 ．8 喷洗功能 当操作者在卸料时，若硝酸铵水溶液不小心飞 溅到身体某个部位时，固定在给料端的应急喷洗系 统l l 可以即时帮助操作者冲掉身体某个部位硝酸 铵水溶液，本功能充分体现了此工艺以人为本的设 计思想。 3 技术特点 1 简化乳化炸药原料上料流程，减少了在线操 作人员数量。转运与上料人员由原来的1 2 人减少 至1 人。 2 在线检测槽罐车内的硝酸铵水溶液的p H 值 必须在4 ．5 5 ．5 之间、C l 一含量 3 1 0 一；罐体中 的温度自动控制在1 1 0 1 2 0 。C 之间。采用射流扰 动技术，优化了搅拌系统，促使硝酸铵水溶液一直处 于流动状态、防止结晶或沉淀，确保了产品质量。 3 硝酸铵水溶液的使用是在相对密封的槽罐 和管道环境中进行的，且在卸料完成后与槽罐车卸 料1 2 1 连接的进料管直接扣在固定在封管口的封盖 上，从而有效地减少了外界环境对原料污染；在给 料、卸料和射流过程后，分别增加了吹扫功能，可消 除管道内余料残留，提高系统安全性。 4 采用固态硝酸铵配置水相5t 液料需耗时6 0 m i n ，而今采用硝酸铵水溶液配置同样质量的水相液 料仅需1 0m i n ，配料效率大大提高。 5 由于直接使用硝酸铵水溶液无未溶解的固 体硝酸铵颗粒，乳化基质的质量稳定性大大提高，易 于保证炸药质量。 6 各系统在控制系统的作用下协调配合、相互 衔接，出现异常情况系统具有白诊断、自处理功能， 提高了系统本质安全。 7 由于直接使用硝酸铵水溶液，使硝酸铵零库 存，消除了硝酸铵库存时的重大安全隐患。 8 采用硝酸铵水溶液代替固体硝酸铵生产工 艺，生产1 吨乳化炸药节约l O ．0 5k W h 电，节约 原煤O ．0 2 8t ，节约人工成本费为6 3 ．6 5 元，折算成资 金每吨炸药可节约8 0 多元。按年产1 2 0 0 0t 炸药计 算，可节约成本9 6 万元。 4 结论 由硝酸铵生产厂家提供硝酸铵水溶液直接应用 于工业炸药的生产，对于硝酸铵生产厂家，可以节省 溶液结晶过程的能耗、结晶硝酸铵的包装成本及包 装过程的人工成本；对炸药生产厂家，可以节约结晶 硝酸铵重新破碎人工成本和熔解过程的能耗。 下转第2 3 页 万方数据 2 0 1 2 年2 月珍珠岩在粉状炸药生产过程中的应用董纯高 2 3 药性能，几年来未出现产品在有效期内结块硬化的 现象，效果明显。 3 结论 在粉状炸药生产过程掺人珍珠岩的成功应用， 对提高粉状炸药特别是煤矿型炸药防结块抗硬化有 着明显效果；珍珠岩多孔性结构的“热点”敏化，对 改性铵油炸药调节密度和提高炸药爆炸性能作用明 显；外加少量的珍珠岩对炸药生产过程是比较安全 可靠的；珍珠岩既是乳化炸药的主要敏化方式之一， 也可作为粉状炸药辅助敏化方式。 致谢参与试验的人员有黄正华、高新福、李 艺、廖涛，在此表示感谢 参考文献 [ 1 ] 汪旭光．乳化炸药[ M ] ．北京冶金工业出版社，1 9 8 6 1 4 1 - 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s i v e ． [ K E YW O R D S ] p o w d e re x p l o s i v e 。p e r l i t e ，h i g ht e m p e r a t u r ea n dh u m i d i t y ，e x p l o s i o np r o p e r t i e s 白o } o ￡H x 白．c ；o 亡．o } o 亡吣，o e H ，自。芒K 皤} o e - o } o e 目，o ‘H H 鲁o } o 电．o } O 电吣} O } 0 e ．o 争o e 吣K } o 咤．o o e ．o o } D } e ．。毛H H 争o } 0 喀H H 拿o } O } O e H 上接第2 0 页 参考文献 [ 1 ] 苏明阳．硝酸铵溶液运输和储存过程的安全性研究 [ J ] ．爆破器材，2 0 0 9 ，3 8 4 3 6 - 3 8 ． [ 2 ] 韩学军，刘延义，陈静，等．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 ． [ 3 ]陈网桦、陈利平、吴燕等．硝酸及氯离子对高温硝酸铵 水溶液热危险性的影响研究[ J ] ．中国安全科学学报， 2 0 0 7 。1 7 5 1 0 1 - 1 0 5 ． [ 4 ]白燕．杂质对硝酸铵热稳定性的影响[ J ] ．火工品， 2 0 0 9 2 2 4 - 2 7 ． [ 5 】王春丽，曹雄，程松，等．杂质对硝酸铵水溶液临界爆 炸温度的影响[ J ] ．工业安全与环保，2 0 1 l ，3 7 2 4 2 - 4 3 ．4 6 ． [ 6 ] 张为鹏，赵省向，张亦安，等．硝酸铵溶液的氯催化分 解[ J ] ．火炸药学报，2 0 0 4 ，2 7 1 3 3 - 3 5 ． [ 7 ] 陈静国内首条直接以硝酸铵溶液为原料的乳化炸药 生产线落户凯龙集团[ J ] ．爆破器材，2 0 0 9 ，3 8 1 7 ． [ 8 ] 王炳英，闰相祯，苗丽君．压力容器钢材在硝酸铵溶液 中的应力腐蚀试验研究[ J ] ．石油大学学报自然科学 版，2 0 0 2 ，2 6 6 7 0 刀1 ，7 7 ． S t o r i n gH e a t - i n s u l a t i n ga n dF e e d i n gS y s t e mo fL i q u i dA m m o n i u m N i t r a t e uG u o l i 锄尹，H U A N GZ h i p i n g ∞，Z H A N GG u o q u a n ∞，W A N GX i a o h u a o ①G u 仰咖I l gZ h e n s h e r t gS c i e n c e ＆T e c h n o l o g yC o ．，L t d 。 G u a n g d o n gb t e i z h o u ，5 1 4 7 0 0 ②D e p a r t m e n to fl V l e e h a n i e a lE n g i n e e f i n g ．V C u h a nP o l y t e c h n i cU n i v e 墙i t y H u b e iW u h a n ，4 3 0 0 2 3 妻 I n s t i t u t eo fG u a n g d o n gZ h e m h e n gs c i e n c e ＆t e c h n o l o g yC o ．，L t d ． G u a n g d o n gM e i z h o u ，5 1 4 7 0 0 [ A B S T R A C T ]S t o f i l 唱h e a t i m u l a f i n ga n df e e d i n gs y s t e mo fl i q u i da m m o n i u mn i t r a t ew 鹊d i s c u s s e di nt h i sp a p e r ．B a s l e e o r m f i t u t e so ft h es y s t e mw 鹪f i r s t l ys t a t e d ．t h et e c h n o l o g yp r o c e s sa n df u n c t i o nr e a l i z e dm e t h o dw e r et h e np r o p o s e d ，a n dt h e t e c h n o l o g ye h a r a e t e f i s f iz so ft h i ss y s t e mW e l t 屯f i n a l l ys u m m a r i z e d ．T h i sp a p e ri st Op r o v i d er e f e r e n c e sf o rt h ew i d e l y 印p l i c a - 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