高温敏化乳化炸药蒸汽管道设计路线.pdf

第3 2 卷第l 期 2 0 1 1 年0 2 月 矿冶工程 M I N I N GA N DM E T A L L U R G I C A LE N G I N E E R I N G V 0 1 ．3 2 №1 F e b r u a f f2 0 1 2 高温敏化乳化炸药蒸汽管道设计路线① 孙雄，邱朝阳，陈岗 湖南金能科技股份有限公司，湖南长沙4 1 0 0 1 2 摘要针对大产能乳化炸药蒸汽加热和保温装置进行了热量衡算和管路设计，在实际工业化生产中实现了降低能源消耗并最大 程度有效使用蒸汽。 关键词乳化炸药；蒸汽；减压阀；疏水阀；热量衡算；管路设计 中图分类号T D 2 3 5文献标识码A文章编号0 2 5 3 6 0 9 9 2 0 1 2 0 1 0 0 2 2 0 3 O p t i m i z a t i o nD e s i g no fS t e a mP i p ef o rH i g h t e m p e r a t u r e S e n s i t i z e dE m u l s i o nE x p l o s i v e s S U NX i o n g ，Q I UZ h a o y a n g ，C H E NG a n g H u n a nK E N O NS c i e n c e T e c h n o l o g yC oL t d ，C h a n g s h a4 1 0 0 1 2 ，H u n a n ，C h i n a A b s t r a c t T h eh e a tb a l a n c ew a sc a l c u l a t e da n dp i p e l i n ew a sd e s i g n e df o rt h es t e a mh e a t i n ga n di n s u l a t i o nd e v i c e so f l a r g e c a p a c i t yp r o d u c t i o nl i n eo fe m u l s i o ne x p l o s i v e s ．T h u sm a x i m a l l ye f f i c i e n tu s eo fs t e a mw i t hl o w e re n e r g y c o n s u m p t i o nh a sb e e nr e a l i z e di np r a c t i c a lc o m m e r c i a lp r o d u c t i o n ． K e yw o r d s e m u l s i o ne x p l o s i v e ；s t e a m ；p r e s s u r er e d u c i n gv a l v e ；d r a i nv a l v e ；h e a tb a l a n c e ；p i p e l i n ed e s i g n 蒸汽加热在化工、食品等工业中应用非常广泛，工 业使用的蒸汽是指气压在0 ．1 ～5M P a 、温度在1 0 0 2 5 0 ℃的蒸汽。在多数情况下使用的蒸汽是处于饱和 状态的，也就是饱和蒸汽，其压强和温度的对应关系固 定不变，因此用蒸汽的潜热能够迅速加热。 乳化炸药主要由水相和油相组成，在生产过程中 使用蒸汽作为加热源，控制温度在8 5 ～1 0 0 ℃之间。 一定量的水溶解了大量的硝酸铵和适量的硝酸钠就组 成了水相，由于硝酸铵的溶解度与水温相关，且温度下 降很容易析晶堵塞管道，因此在整个乳化炸药生产中一 定要控制好温度，也就是要控制好蒸汽加热和保温。 在实际工业化生产中，要求合理使用减压阀和疏 水阀，提高蒸汽利用效率，节约能源。因此，本文对大 产能高温敏化炸药加热和保温装置进行了热量衡算和 管路设计。 ． 1 减压阀和疏水阀 1 ．1 合理使用减压阀 在蒸汽管路系统中，减压阀是不可缺少的元件，它 是将较高的介质压力降低到确定数值压力的自动阀 门，并且使降低后的压力始终保持在稳定的范围内，满 足乳化炸药安全生产工艺要求，其工作参数的稳定性 在蒸汽管路系统中起着重要作用⋯。 蒸汽的高压输送和低压使用的特点是①锅炉在 高压下运行效率更高，蒸汽品质更好；②低压使用，增 加安全可靠性，并减少冷凝水所含热量，减少二次蒸 汽，对不同压力需要时，应尽可能降压满足使用压力 值；③蒸汽在高压下体积小，高压下输送，不仅可减小 安装管道口径，同时也可以减少因管道散热引起的热 量损失，提高蒸汽品质，安装费用也相应降低；④低压 使用蒸汽的最大优点是提供更大比例的潜热能，单位 蒸汽的热能含量更高，是好的传热介质，可以获得更高 的干燥度，降低设备使用费用。使用低压蒸汽，还可以 减少因直接加热产生气泡而让蒸汽白白跑掉的机会。 因此，低压使用蒸汽是最经济可行的。蒸汽在不同压 力下的潜在能量见表1 【2J 。 针对乳化炸药安全生产要求，加热蒸汽压力不高 于0 ．4M P a ，保温蒸汽压力不高于O ．2 5M P a ，必须选择 两组减压阀进行加热保温，一组用于加热，一组用于保 温；根据乳化炸药要求及蒸汽潜能，用于加热的蒸汽压 力以O ．2 5 ～0 ．3M P a 为佳，用于保温的蒸汽压力以 O ．1 8 0 ．2 5M P a 为佳。 ①收稿日期2 0 1 1 - 0 9 - 0 9 作者简介孙雄 1 9 8 4 一 ，男，湖北黄冈人，硕士，主要从事乳化炸药生产线及配方研究。 万方数据 第1 期 孙雄等高温敏化乳化炸药蒸汽管道设计路线 表1 蒸汽潜能对比 1 ．2 有效选用疏水阀 蒸汽疏水阀又称蒸汽疏水器或阻汽通水阀，其作用 是阻汽排水和排空气。蒸汽系统所产生的冷凝水都需要 通过蒸汽疏水阀排除，而不允许蒸汽泄漏。蒸汽疏水阀 性能的优劣对于蒸汽系统的正常运行、用汽设备热效率 的提高及能源的合理利用等具有重要作用。疏水阀按工 作原理一般可分为机械性、热静力型和热动力型口1 。 蒸汽疏水器的选用遵循以下原则①疏水器的工 作特性是否适合设备的工作特性；②疏水器能否在最 大压力和温度下工作；③疏水器的排水量是否适应工 作状态；④疏水器的材质是否适应工作状态；⑤疏水 器有无抗水击、冷冻、腐蚀等承受能力。选择疏水器时 除排水量外，疏水器前后压力及压力差也是重要参 数‘4 5 I 。 高温乳化炸药生产线中，一共有3 个加热罐、2 个 保温罐和1 套保温管路。本文根据实际乳化炸药生产 中的相关要求合理设计蒸汽管路，正确安装疏水阀。 2 热量衡算 乳化炸药油水相配置过程，一般有两个水相融化 罐和一个油相溶解罐；其罐体均为盘管和保温层加热 系统。乳化炸药生产中蒸汽主要就是对这3 个罐体中 的物料加热，每个水相溶解罐体积V I 3n 1 3 ，油相溶 解罐体积屹 1I l l 3 。生产能力为7 ．2t ／h ，假设乳化炸 药配比为水1 0 ％，硝酸铵7 0 ％，硝酸钠1 0 ％，复合油 相1 0 ％。现以一个水相溶化罐 包含复合油相 进行 热量衡算。 硝酸铵在溶解过程中吸收大量的热量，在进行热 量衡算中必须计算出硝酸铵的溶解吸热量。在实验室 中，在1 0 0m L 烧杯中，加入8 3 ．2g 水，计量出水的温 度t ，为1 1 ．5 ℃，然后加入2 0 ．0g 硝酸铵，用玻璃棒搅 拌，等完全溶解后，计量出水温t 为一1 ．5 ℃，其中烧 杯质量m I 6 4 ．7g ，玻璃比热c l _ 0 ．7 5J ／ g ℃ ，水 的平均比热c 4 ．2J ／ g t 2 ，硝酸铵的平均比热 c ， 1 ．8 0J ／ g ℃ ，初步计算出硝酸铵的溶解吸热 量Q 柚l 4 5 8 ．7J ／g 。 实际工业生产中，通过蒸汽加热后温度必须达到 水相9 5 5 ℃，油相8 5 5 ℃。现以水相和油相温度 加热前为t ， 0 ℃、加热后为t 2 9 0 ℃进行热量衡算。 根据化工生产中热量衡算式中有相变的热交换的 热量Q 。 Q 。，热流体为饱和蒸汽，冷流体为硝酸铵水 溶液。 在水相溶解罐中，采用蒸汽盘管和夹层加热 仉 g m 。[ r c ，． 瓦一疋 ] q m c v ， t l t 2 Q d Q 。 式中q 。。、q ．n 分别为热流体的质量流量、被加热体的质 量流量，k g ／h ；c v 。、c ，，分别为热流体的平均定压比热容、 冷流体的平均定压比热容，J ／ g o C ；t 、咒分别为 热流体进口温度、出口温度，℃；t 。、t 分别为被加热体 加热前、加热后的温度，℃；Q “为硝酸铵溶解吸热量。 Q Q , 2 0 Q N H 4 N 0 3 Q N 。N 吨 Q o i l m H ，o c 2 ￡2 - t 1 m m l 4 s 0 3 [ C 3 ￡2 - t 1 q 。] m N m C №N o , t 2 - t 1 ‰I 氏 ￡2 - t 1 在物理化学中，通过晶体摩尔热熔№1 计算出硝酸 钠定压比热容为C M 仉 O ．3J ／ g ℃ 。 复合油相平均定压比热容c 甜 2 ．0J ／ g ℃ 。 计算出冷流体的Q 。为Q 。 3 ．3 4 1 0 6k J 。 根据乳化炸药生产安全要求，用于加热的蒸汽压力 不能高于O ．4M P a ，以最大加热安全压力0 ．4M P a 下对 应的潜热r 21 3 8k J ／k g 来计算，则热流体Q 。为 Q q 。，[ r c ，， 瓦一疋 ] 计算出个溶化罐蒸汽有效用量为q 。． 1 ．5 0t ／h ， 乳化炸药产能为7 ．2t ／h 时蒸汽有效用量g 。 2 q 。． 3t ／h ，在实际工业应用中蒸汽使用效率【『为刀 0 ．6 ， 则实际蒸汽用量g 刊 兰 5t ／h 。 l l 根据实际能耗损失，大产能乳化炸药蒸汽用量为 5t ／h ，即锅炉每小时蒸汽生成量不能少于5t 。 3 蒸汽管路设计 根据以上热量衡算和实际应用需要，结合某厂实 际炸药生产线蒸汽管路设计，改进如下蒸汽加热和保 温管路，见图1 。 万方数据 矿冶工程 第3 2 卷 ‘1 7 1 IF 司l r 】一一 工lJ _ 引k习 l 一 1 亡引H ’’1 亡 一|} 1 ．厂1广T l “ T “ L ] 一] 氏 一l l - ’ 厂] _ l一【 ； l - | 王 l { lb 1 ⋯’I _ 硭_引 l r L l _ 一 一 { ] 七圳 l l ⋯ 。可 呵 I 黼入旷曲 目 譬[ 1 ．{ ‘一 丰辜辜丰 j 回薪冰出口 图1大产能高温敏化蒸汽加热和保温管路工艺简图 在蒸汽加热保温管路中，使用两组减压阀，一组用 于加热，一组用于保温，蒸汽经减压后，分别控制加热 和保温，且每组加热罐均使用电磁阀和截止阀共同控 制，直接在控制室就可实现蒸汽的加热和保温。管路 一共选用6 组疏水阀，5 个罐体，每个罐体使用1 组疏 水阀，保温蒸汽管路选用1 组疏水阀，不管从经济上还 是实际生产中都非常安全、方便和有效。 4 结论 在大产能乳化炸药工业化生产中，正确使用蒸汽 减压阀和疏水阀，高压输送、低压使用蒸汽，合理设计 蒸汽加热管路，能够有效利用蒸汽，降低能源消耗，节 约资源。 参考文献 。- p 截止阀 _ 安全阀 k过滤器和减压阀 一 压力表 j L 电磁阀 疏水阀 工球阀 ．‘电动球阀 [ 1 ] 毛尚涛，仵骁莲．蒸汽减压阀[ J ] ．济南纺织化纤科技，2 0 0 5 4 3 9 4 0 ． [ 2 ] 杨祖荣．化工原理[ M ] ．北京化学工业出版社，2 0 0 6 ． [ 3 ] 赵亮。王东林，韦华，等．国内蒸汽疏水阀使用现状及其管理 探讨[ J ] ．石油化工设备，2 0 1 0 3 4 9 5 0 ． [ 4 ] 张宏举．蒸汽疏水器的合理使用[ J ] ．科技创新导报，2 0 0 8 2 0 7 7 7 8 ． [ 5 ] 王国新．疏水器的正确选择及安装使用[ J ] ．石油化工设计， 2 0 0 0 ，1 7 1 1 4 一1 7 ． [ 6 ] 傅献彩．物理化学[ M ] ．北京高等教育出版社，2 0 0 8 ． [ 7 ] 邰欣萌．蒸汽锅炉智能控制系统开发及控制策略研究[ D ] ．天 津天津科技大学电子信息与自动化学院，2 0 0 9 ． 万方数据