ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЛИНИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЭМУЛЬСИОННОГО ВЗРЫВЧАТОГО ВЕЩЕСТВА ТИПА "ВОДА В МАСЛЕ"

Полезная модель относится к оборудованию для изготовления эмульсионных взрывчатых веществ, а именно, к технологическим линиям изготовления эмульсионных взрывчатых веществ типа «вода в масле».
Известна технологическая линия изготовления эмульсионного взрывчатого вещества в виде модульной установки (Генералов М.Б. Основные процессы и аппараты технологии промышленных взрывчатых веществ, М., ИКЦ «Академкнига», 2004, стр.88-90), состоящей из шести модулей: 1 - подготовка и подача окислителей, включающий технологические блоки приготовления водных растворов аммиачной или натриевой селитры, накопления и дозирования растворов, 2 - подготовка нефтепродукта, эмульгатора, приготовление и дозирование смеси, 3 - вспомогательный - включает блоки приема промышленных промывочных стоков и их очистку, а также блоки гидро-, электро- и пневмооборудования, 4 - подготовка нитрита натрия и приготовление раствора газогенерирующей добавки (ГГД), 5 - эмульгирование, 6 - смесительно-зарядная машина. Аппараты для растворения окислителя представляют собой вертикальные цилиндрические емкости, снабженные змеевиком для обогрева паром и оборудованные мешалкой с электроприводом. Аппарат эмульгирования представляет собой емкость с мешалкой (миксер), где при температуре 80-85°С производится диспергирование и образование эмульсии. Полученная эмульсия из миксера насосом перекачивается в смесительно-зарядную машину (СЗМ). После этого СЗМ заправляется раствором газогенерирующей добавки. При низких температурах окружающей среды (менее -10°С) перед загрузкой СЗМ ее емкости подогревают острым паром. Взрывчатая смесь в виде ЭВВ образуется при смешении эмульсии с ГТД только в скважине во время зарядки ее СЗМ. Недостатком данной технологии является отсутствие возможности изготовления ЭВВ различных по рецептуре и свойствам, и вытекающая из этого необходимость использования СЗМ.
Известна технологическая линия производства патронированных эмульсионных взрывчатых веществ (по патенту на полезную модель RU 57277 U1, 10.10.2006, С06В 31/28, 45/08), содержащая участок смешения, участок дозревания ЭВВ и участок патронирования, связанные между собой транспортной системой. Каждый из участков расположен в отдельном здании или участок смешения и участок дозревания ЭВВ совмещены в одном помещении, при этом все участки объединены в одно сооружение. Камера участка дозревания ЭВВ размещена между камерами участка смешения и участка патронирования и отделена от каждой из этих камер промежуточной изоляционной камерой, имеющей облегченные наружные стены, являющиеся продолжением стен каждого из зданий участков и общего сооружения. В камере участка смешения размещено смесительное устройство, содержащее расходную емкость эмульсии, расходный бункер аммиачной селитры, расходные емкости нефтепродукта и газогенерирующей добавки и систему смесителей с дозирующими приспособлениями. В камере патронирования размещены устройство дозирования и патронирования, а доставка эмульсионной матрицы от смесительного устройства в камеру патронирования осуществляется транспортным средством в транспортных контейнерах с предварительной выдержкой последних в камере дозревания. В качестве недостатка данной технологической линии следует отметить сложность обеспечения требуемого уровня сенсибилизации из-за проведения ее после патронирования, а также сложность исполнения технологической схемы и соответствующих ей сооружений, предназначенных для обеспечения повышенных мер безопасности при сенсибилизации.
Известна технологическая линия получения эмульсионных взрывчатых веществ типа «вода в масле» (по авторскому свидетельству SU 1790152 А1, 15.10.1994 (прототип)) в виде установки, содержащей узел приготовления дисперсной фазы, узел приготовления дисперсионной среды и узел эмульгирования. Узел эмульгирования выполнен в виде предварительного смесителя и по крайней мере одного устройства эмульгирования в виде емкости с камерой и перемешивающим устройством, оснащенного питателем металлизированной добавки. Каждый из узлов приготовления дисперсной фазы и приготовления дисперсной среды содержит обогреваемый аппарат с мешалками, расходную емкость с насосом и фильтр, установленный на выходе из узла перед узлом эмульгирования. Узел эмульгирования представляет собой каскад аппаратов из предварительного смесителя и устройства эмульгирования с достаточными зазорами между стенкой нижнего корпуса, пальцами и статором. Готовая эмульсия из узла эмульгирования подается в смесительно-зарядную машину (СЗМ), куда одновременно подают горячую воду и приготовленный раствор ГГД. Окончательное получение эмульсионного взрывчатого вещества происходит при смешении эмульсии с ГГД во время зарядки скважины. В качестве недостатка данной технологической линии следует отметить отсутствие возможности изготовления ЭВВ различных по рецептуре и свойствам, и вытекающую из этого необходимость использования СЗМ для получения готового ЭВВ.
Технической задачей полезной модели является создание эффективной, высокопроизводительной, безопасной в работе и обслуживании технологической линии, позволяющей изготавливать качественные (в особенности по взрывчатым и эксплуатационным характеристикам) ЭВВ типа «вода в масле» различных разновидностей от наливных систем, подлежащих заряжанию во взрывные полости с помощью смесительно-зарядных машин, до зарядов-патронов из ЭВВ, чувствительных к первичным средствам инициирования (названные разновидности ЭВВ и промежуточные между ними весьма существенно различаются по консистенции, вязкости, реологии: наливные ЭВВ - подобны сметане, а ЭВВ для патронов с повышенной чувствительностью и энергетикой - подобны тесту). А также задачей является расширение номенклатуры и возможностей по применению сырья и вспомогательных материалов, увеличение коэффициентов использования сырья (расходных коэффициентов по сырью) и уменьшение или полное исключение получения некондиционной продукции.
Технический результат полезной модели заключается в повышении качества готового ЭВВ за счет оптимизации технологического оборудования для смешивания компонентов ЭВВ, а также в повышении устойчивости технологической линии по изготовлению ЭВВ к негативному воздействию внешних факторов (например, к случайному переохлаждению трубопроводов и кристаллизации в них продукта с образованием пробок).
Технический результат достигается в предлагаемой технологической линии изготовления ЭВВ типа «вода в масле». Технологическая линия включает узел приготовления водной фазы, узел приготовления масляной фазы, узел эмульгирования для приготовления эмульсии типа «вода в масле» и узел сенсибилизации эмульсии.
Узел приготовления водной фазы состоит из последовательно установленных весоизмерительного дозирующего устройства, устройства для регулирования потока окислителя, выполненного в виде конической или пирамидальной воронки с разгрузочным отверстием перекрытым подвижным затвором, устройства для измельчения окислителя, устройства транспортирования измельченного окислителя и по меньшей мере двух реакторов, один из которых предназначен для приготовления водного раствора из измельченного окислителя, другой - для приготовления водной фазы, выполненных в виде вертикальной емкости с мешалкой, с рубашкой по внешней поверхности для обогрева теплоносителем и со змеевиком внутри емкости для обогрева теплоносителем и соединенных между собой посредством массопроводов с рубашкой для обогрева теплоносителем.
Узел приготовления масляной фазы состоит из баков предварительного разогрева компонентов масляной фазы, соединенных с последовательно установленными весоизмерительным дозирующим устройством и по меньшей мере двумя реакторами, один из которых предназначен для приготовления масляной фазы, другой - для накопления масляной фазы, выполненными в виде вертикальной емкости с мешалкой, с рубашкой по внешней поверхности для обогрева теплоносителем и со змеевиком внутри емкости для обогрева теплоносителем и соединенными между собой посредством массоопроводов с рубашкой для обогрева теплоносителем.
Узел эмульгирования для получения эмульсии типа «вода в масле» состоит из последовательно установленных емкости с мешалкой для предварительного смешения водной и масляной фаз, насоса для перекачки полученной смеси и статического аппарата эмульгирования.
Причем узел приготовления водной фазы и узел приготовления масляной фазы соединены с емкостью для предварительного смешения водной и масляной фаз посредством массопроводов, выполненных с рубашкой для обогрева теплоносителем и оснащенных массовыми расходомерами и фильтрами, выполненными с двумя и более слоями проволочной сетки из коррозионностойкой стали.
Узел сенсибилизации эмульсии состоит из последовательно установленных устройства для охлаждения эмульсии, выполненного в виде охлаждаемого ленточного или шнекового транспортера, оснащенного последовательно установленными устройством для введения газогенерирующей добавки в охлаждаемую эмульсию и устройством для введения активатора газогенерирующей добавки в охлаждаемую эмульсию, и смесителя для смешения эмульсии с газогенерирующей добавкой и активатором газогенерирующей добавки с сенсибилизирующими сенсибилизирующими микросферами и гранулированной аммиачной селитрой, соединенного с устройством для дозирования сенсибилизирующих микросфер и устройством для предварительной термообработки гранулированной аммиачной селитры с питателем-дозатором.
Узел эмульгирования связан посредством массопровода, выполненного с рубашкой для обогрева теплоносителем, с узлом сенсибилизации эмульсии, устройство для введения газогенерирующей добавки в охлаждаемую эмульсию соединено посредством массопровода, выполненного с фильтром, насосом-дозатором и массовым расходомером, с баком-реактором для подготовки раствора газогенерирующей добавки, выполненным с мешалкой и с рубашкой по внешней поверхности для обогрева теплоносителем, а устройство для введения активатора газогенерирующей добавки в охлаждаемую эмульсию соединено посредством массопровода, выполненного с фильтром, насосом-дозатором и расходомером, с баком-реактором для подготовки активатора газогенерирующей добавки, выполненным с мешалкой и с рубашкой по внешней поверхности для обогрева теплоносителем.
На Фиг. показан общий вид технологической линии изготовления ЭВВ, при этом позициями обозначены:
1 - узел приготовления водной фазы
2 - узел приготовления масляной фазы
3 - узел эмульгирования для получения эмульсии типа «вода в масле»
4 - узел сенсибилизации эмульсии
5 - весоизмерительное дозирующее устройство
6 - устройство для регулирования потока окислителя
7 - устройство для измельчения окислителя
8 - устройство транспортирования измельченного окислителя в бак-реактор
9 - бак-реактор для приготовления водного раствора из измельченного окислителя
10 - бак-реактор для приготовления водной фазы
11 - массопровод с рубашкой обогрева теплоносителем для перекачки раствора из измельченного окислителя из бака-реактора 9 в бак-реактор 10
12 - бак(и) предварительного разогрева компонентов масляной фазы
13 - весоизмерительное устройство
14 - бак-реактор для приготовления масляной фазы
15 - бак-реактор для накопления масляной фазы
16 - массопровод с рубашкой обогрева теплоносителем для перекачки масляной фазы из бака реактора 14 в бак-реактор 15
17 - емкость с мешалкой для предварительного смешения водной и масляной фаз
18 - насос
19 - статический аппарат эмульгирования
20 - массопровод с рубашкой для обогрева теплоносителем, оснащенный массовым расходомером и фильтром и соединяющий узел приготовления окислительной фазы с узлом эмульгирования
21 - массопровод с рубашкой для обогрева теплоносителем, оснащенный массовым расходомером и фильтром и соединяющий узел приготовления масляной фазы с узлом эмульгирования
22 - массопровод с рубашкой обогрева теплоносителем для перекачки эмульсии из аппарата эмульгирования в устройство для охлаждения эмульсии
23 - устройство для охлаждения эмульсии
24 - бак-реактор для подготовки раствора газогенерирующей добавки
25 - массопровод с фильтром, насосом-дозатором и массовым расходомером для газогенерирующей добавки
26 - устройство для введения газогенерирующей добавки в охлаждаемую эмульсию
27 - бак-реактор для подготовки активатора газогенерирующей добавки
28 - массопровод с фильтром, насосом-дозатором и массовым расходомером для активатора газогенерирующей добавки
29 - устройство для введения активатора газогенерирующей добавки в охлаждаемую эмульсию
30 - смеситель для смешения эмульсии с газогенерирующей добавкой и активатором газогенерирующей добавки с сенсибилизирующими микросферами и гранулированной аммиачной селитрой
31 - устройство для дозирования сенсибилизирующих микросфер
32 - устройство для предварительной термообработки гранулированной аммиачной селитры
33 - питатель-дозатор гранулированной аммиачной селитры
Необходимость измельчения окислителей (в основном это селитры аммиачная и натриевая) и установки регулятора потока окислителей определяются особенностью растворения окислителей (селитр), которое происходит с поглощением тепла. Соответственно, если в бак-реактор приготовления раствора окислителя, в который залита вода в требуемом и ограниченном (всего 10-20% от массы общей будущей смеси) количестве, засыпать большое количество твердого окислителя, то произойдет резкое охлаждение системы, процесс растворения замедлится или даже прекратится вообще, так как концентрация «холодного» раствора селитр может оказаться выше предела растворимости. Для продолжения растворения потребуется подвод избыточного тепла и произойдет увеличение времени процесса. Возможное образование осадка в реакторе может привести к заклиниванию и поломке мешалки. С химической точки зрения резкие перепады температур при растворении селитры может привести к не контролируемым физико-химическим процессам в примесях или в самих основных веществах (хорошо известны процессы гидролиза в нитратах магния и кальция, которые приводят к образованию не растворимых выделений - «хлопьев» при растворении селитр). Тип устройства для измельчения окислителя может быть любым из известных (например, дробилка молотковая) в зависимости от конкретных технологических условий. В рамках технологической линии предлагается использовать перед устройством для измельчения окислителя устройство для регулирования потока окислителя. Установка регулятора потока перед дробилкой наиболее рациональна, так как не требует применения дополнительных устройств, в частности - буферных бункеров, которые были бы необходимы при размещении регулятора потока между устройством для измельчения окислителя и устройством транспортирования измельченного окислителя в бак-реактор (например, шнеком) или между устройством транспортирования измельченного окислителя в бак-реактор и баком-реактором. В качестве устройства для регулирования потока можно использовать любое из известных устройств, например, в виде шибера, заслонки или качающейся лопасти. Однако, для безопасности необходимо, чтобы в нормальном режиме работы регулирующий элемент был зафиксирован в заданном положении, а при возникновении критической ситуации (например, при наличии кусков селитры больше проходного сечения регулятора) оператор должен иметь возможность открыть (вручную или подачей сигнала на исполнительный механизм) разгрузочное отверстие до его предельного размера, а затем вернуть в заданное положение.
Применение нескольких баков-реакторов для растворения окислителя и окончательной подготовки фаз (водной и масляной) связано с тем, что наиболее рациональным способом изготовления многокомпонентных композиций является периодический способ изготовления порций, когда можно обеспечить точное дозирование и последовательность введения всех компонентов. В рассматриваемом случае создания универсального производства ЭВВ нескольких разновидностей и, соответственно, рецептур с широким диапазоном изменения их состава применение нескольких баков реакторов приобретает еще большее значение. Баков-реакторов может быть несколько, но не менее двух. В баках растворения ведется предварительная подготовка растворов компонентов и накопление их запаса, что необходимо для повышения производительности работы комплекса, в частности при изготовлении ЭВВ наливного типа, заряжаемых с помощью СЗМ. Наличие запаса растворов позволяет осуществлять быструю загрузку СЗМ без создания промежуточных баков накопления эмульсии (матрицы). При этом емкость бака растворения, если их в технологии только 2, предпочтительно должна быть больше (не меньше) емкости баков-реакторов окончательной подготовки фаз. Если же баков растворения несколько, то их суммарная вместимость может быть значительно больше вместимости бака подготовки. Дополнительным и существенным аргументом в пользу использования нескольких баков-реакторов, особенно при подготовке водной фазы, является ограничение времени введения технологических добавок в бак-реактор для приготовления водной фазы перед началом ее использования. Для масляной фазы в качестве дополнительного аргумента обоснования используемой схемы из (по меньшей мере) двух баков-реакторов является необходимость соблюдения последовательности введения компонентов и исключение возможности использования остатков МФ в рабочем баке при переходе на новую рецептуру. В качестве конструктивной особенности баков-реакторов можно выделить их исполнение с мешалкой и двумя системами обогрева: с обогреваемыми стенками (включая дно) и со змеевиком внутри, позволяет осуществлять нагрев перерабатываемого вещества с высокой скоростью и эффективностью. Это становится возможным благодаря тому, что в змеевик можно подавать пар высокого давления, тогда как в рубашку такой пар подавать не предусмотрено из-за малой прочности (ограничений по устойчивости к давлению полостных систем). После окончания растворения и, соответственно, необходимости интенсивного подвода тепла подача пара высокого давления в змеевик может быть прекращена и заменена на пар низкого давления (как в рубашке) или прекращена вообще. Такое решение обеспечивает высокую эффективность нагрева и растворения компонентов, а также удобство регулирования и поддержания температуры на заданном уровне в режиме выдержки подготовленного раствора и в рабочем режиме использования водной и масляной фаз в технологическом процессе.
Важнейшими и обязательными элементами технологической схемы являются фильтры на всех линиях ввода компонентов-фаз на операции смешивания и эмульгирования, включая потоки ГТД перед вводом их в эмульсию. Фильтрующий элемент может быть выполнен в виде корзины, в которой сетка располагается по боковой поверхности, а для повышения надежности работы устройства используется не менее двух слоев сетки. Исполнение фильтрующего элемента в виде корзины обеспечивает более эффективный улов посторонних включении и возможность их накопления в полости корзины с оседанием в донную часть без резкого уменьшения площади фильтрующей поверхности. Такое решение обеспечивает увеличение времени работы комплекса без проведения операций смены и чистки фильтрующего элемента в фильтрах.
Существенным признаком предлагаемого решения является исполнение всех массопроводов с перерабатываемыми веществами в жидком нагретом (выше температуры окружающей среды) состоянии в виде конструкции с полостями-рубашками в стенках. При этом массопровод расматривается как единое техническое устройство, включающее насосные, фильтрующие, измерительные, запорно-регулирующие и другие элементы. Это позволяет задавать, регулировать и поддерживать на заданном уровне температуру всех элементов трубопроводов и, соответственно, находящихся в них веществ, путем подачи теплоносителя (например, пара) в полости. В каждом элементе массопровода или в группе последовательно сочлененных простейших элементов предпочтительно содержатся патрубки с запорными устройствами-кранами преимущественно в количестве трех, два из которых предназначаются для подвода и возврата теплоносителя в замкнутом контуре теплоносителя, а оставшиеся, размещенные преимущественно в нижних позициях, предназначаются для контрольно-аварийного слива конденсата. Такая конструкция позволяет осуществлять прогрев или охлаждение каждого элемента массопровода в самостоятельном режиме, в том числе путем слива теплоносителя (пара или конденсата) в открытое пространство (канализацию) с визуальным наблюдением за наличием и состоянием (пар, вода) теплоносителя. Такое решение позволяет в оперативном режиме осуществлять прогрев нужных элементов трубопровода, выявлять узлы с отклонениями в нормальном режиме работы и устранять возможные закристаллизовавшиеся или затвердевшие образования - пробки, в первую очередь на этапах запуска и остановки технологического процесса, а также при возникновении не штатных (аварийных) ситуаций. Решение с активным прогревом массопроводов исключает обязательную очистку трубопроводов от перерабатываемого вещества между рабочими сменами или при профилактических остановках технологического процесса. Перед запуском процесса изготовления ЭВВ элементы трубопровода прогреваются до заданной температуры, а находящееся в них вещество используется по прямому назначению без удаления в отходы или промышленные выбросы (эффективность использования сырья, безотходное производство, экология). Возможен вариант исполнения массопровода, когда простейшие элементы его сочленяются в группу. В этом случае ввод и вывод теплоносителя осуществляется в концевые элементы группы, а в месте сочленения элементов на потоке теплоносителя устанавливается обводная вставка, преимущественно в виде гибкого трубопровода с быстроразъемными соединениями.
3
2
Узел эмульгирования выполнен в виде единого блока (модуля), состоящего из последовательно установленных емкости с мешалкой (смесителя) для предварительного смешения водной и масляной фаз, насоса для перекачки полученной смеси и статического (гидродинамического) аппарата эмульгирования (эмульсатора). Основное условие работы аппаратов эмульгирования - обеспечение безопасности процесса (из мирового опыта известно, что наибольшее число аварийных ситуации при производстве ЭВВ произошло именно в аппаратах эмульгирования). Аппараты эмульгирования динамического типа являются опасными. Это обусловлено особенностями процесса получения эмульсии из не смешивающихся между собой жидкостей, где требуется приложение интенсивных сдвиговых и срезающих усилий с необходимостью использования больших мощностей в приводных устройствах (электродвигателях) динамических аппаратов эмульгирования для получения высокодисперсных (наиболее качественных) эмульсий. В аппаратах статического (гидродинамического) типа система «водная фаза - масляная фаза» интенсивным внешним механическим воздействиям не подвергается, а диспергирование ее происходит в колебательном режиме внутри самой себя. Для повышения эффективности получения конечной эмульсии процесс приготовления разбивается на две стадии: вначале осуществляется предварительное смешивание и получение грубодисперсной эмульсии водной и масляной фаз в режиме создания ламинарных круговых потоков с преимущественной вертикальной ориентацией траекторий потоков, затем подготовленная смесь подвергается гидродинамическому диспергированию без наложения внешних механических воздействий, т.е. статически. Таким образом, в отличие от наиболее широко применяемых в промышленности способов получения эмульсии с помощью аппаратов динамического типа, в которых система фаз вода-масло подвергается интенсивным механическим воздействиям между вращающимся с высокой скоростью ротором и статором, расположенным с малым зазором между рабочими телами (выступами, пальцами, лопастями) на них, в аппаратах статического типа перемещающиеся относительно друг друга с высокой скоростью детали отсутствуют. Такое решение уменьшает опасность процесса смешивания окислителя и горючего в части неконтролируемого разогрева системы, а так же динамического защемления вещества между твердыми смещающимися поверхностями. Первоначально происходит смешение водной и масляной фаз в открытом смесителе с низкоскоростной мешалкой, обеспечивающей образование ламинарных потоков в перемешиваемой среде. В итоге, на предварительном этапе получается грубодисперсная эмульсия, переработка которой не является опасной. Первичная грубодисперсная эмульсия с помощью насоса, содержащего эластичную рабочую поверхность в контактной зоне ротора и статора нагнетается в устройство статического типа в виде проходного аппарата-трубы с системой каналов и неподвижных насадок во внутренней полости, где в результате колебательных процессов и взаимодействия потоков-струй смеси между собой происходит образование эмульсии с заданной дисперсностью капель водной фазы в масле (масляной фазе). Безопасность статического аппарата эмульгирования обеспечивается преимущественно малой вместимостью по перерабатываемому веществу (эмульсии), которая составляет не более 3 дм по объему или 4,5 кг. Подача смеси фаз в статический аппарат эмульгирования осуществляется с помощью насоса безопасной конструкции - насоса винтового (или героторного) с втулкой (обоймой) из эластичного материала. Условием повышения безопасности процесса является преимущественно ограничение по давлению (10 кг/см).
Узел сенсибилизации эмульсии состоит из последовательно установленных устройства для охлаждения эмульсии и смесителя для смешения охлажденной эмульсии с газогенерирующей добавкой и активатором газогенерирующей добавки с сенсибилизирующими микросферами и гранулированной аммиачной селитрой. Устройство для охлаждения эмульсии выполнено в виде охлаждаемого ленточного или шнекового транспортера, оснащенного последовательно установленными устройством для введения газогенерирующей добавки в охлаждаемую эмульсию и устройством для введения активатора газогенерирующей добавки в охлаждаемую эмульсию. Охлаждение эмульсии достаточно сложная технологическая операция, для осуществления которой необходимо совмещение эмульсии с охлаждающим устройством или с интенсивным перемешиванием или с распределением по большой теплопередающей поверхности. Соответственно, аппараты-холодильники являются сложными техническими устройствами, для которых характерны показатели повышенной опасности или сложности и громоздкости конструкции. В аппаратах с интенсивным механическим перемешиванием высок уровень опасности из-за интенсивных механических воздействий на эмульсию, которая представляет собой смесь окислителей и горючих, способную к взрыву. Другим не желательным эффектом интенсивных механических воздействий на эмульсию, как дисперсную физико-химическую систему, является возможность разрушения и изменения полученной структуры эмульсии. Эти недостатки уменьшаются или устраняются при использовании холодильников открытого типа с распределением охлаждаемой эмульсии в потоки с малыми (не более 10 мм) размерами. Таким образом, в предлагаемом устройстве для охлаждения эмульсии эмульсия охлаждается в слое с малым размером в поперечном сечении (меньше критического размера распространения взрыва по эмульсии). Эмульсия до выполнения операции сенсибилизации является веществом с малой способностью к взрыву, соответственно критические размеры слоя находятся в пределах нескольких десятков мм. Это определяет возможность использования в качестве устройства для охлаждения эмульсии охлаждаемого ленточного или шнекового транспортера. Наиболее эффективным и предпочтительным является устройство для охлаждения эмульсии в виде закольцованной ленты, на верхней поверхности которой распределяется эмульсия в виде плоского слоя, а снизу лента охлаждается хладоагентом, наиболее приемлемым из которых является вода. Положительной особенностью такого решения является возможность создания слоя эмульсии толщиной в несколько мм (преимущественно не более 10 мм) с развитой бугристой поверхностью, что способствует повышению эффективности охлаждения при контакте эмульсии с воздухом и позволяет технически просто реализовать раздельное введение сенсибилизирующих добавок в эмульсию - на поверхность слоя. Применение такого способа охлаждения обеспечивает охлаждение эмульсии без разрушения ее структуры. Распределение эмульсии в виде тонкого (преимущественно не более 10 мм) слоя исключает возможность распространения взрыва по эмульсии, т.е устройство для охлаждения эмульсии приобретает свойства прерывателя детонации. Другим существенным достоинством предлагаемого решения является возможность введения в эмульсию (на поверхность слоя) распределенных потоков газогенерирующей добавки и ее активатора с расширенными возможностями их распределения в пространстве и во времени. Конкретная температура охлажденной эмульсии по условиям равномерного распределения газогенерирующей добавки устанавливается во взаимосвязи с химическим составом этой добавки и эмульсии, а так же скоростью химических реакций в образующейся системе эмульсия - газогенерирующая добавка с выделением газа и образованием пузырьков желательных (известных) размеров. Охлаждение эмульсии, особенно при работе вблизи верхних пределов температур и при изготовлении патронированного ЭВВ, целесообразно для обеспечения безопасности последующей переработки по условиям совместимости с оболочкой патронов по температуре плавления или размягчения, а также по исключению травмирования (ожога) работающих. При использовании оболочек патронов из легкоплавких (парафинированные оболочки из бумаги) или размягчающихся материалов (пленки из полимеров, например, из полиэтилена) температура вещества, поступающего на операцию патронирования, ограничивается термофизическими свойствами материала оболочек. Повышенная температура ЭВВ, особенно в случае неконтролируемого разрушения оболочек в процессе производства, может приводить к травмированию работающих в форме ожогов.
Сенсибилизация изготовленной эмульсии осуществляется путем введения газовых включений: химическим способом с помощью газогенерирующей добавки, путем введения готовых газовых включений - микросфер из различных материалов или гранулированной аммиачной селитры пористой или общетехнической (во всех марках гранулированной селитры газовые включения есть), а также комбинацией названных способов в любом сочетании. В качестве особенностей этих способов можно выделить ряд моментов. При химическом способе эффективным является применение композиционной газогенерирующей добавки, состоящей или из двух раздельных компонентов: непосредственно газогенерирующей добавки (чаще всего это раствор нитрита натрия) и вещества-активатора (как правило это кислота или смесь нескольких кислот). Сенсибилизация с использованием микросфер является самой надежной и предпочтительной, так как при этом способе уменьшаются риски негативного влияния внешних факторов, а ЭВВ с микросферами может храниться дольше и может применяться при повышенных давлениях (в глубоких скважинах под столбом воды). Известен и способ сенсибилизации или дополнительной сенсибилизации ЭВВ введением гранул пористой селитры. Для российского сырья такой способ проблематичен, так как селитра марок «пористая» отличается от мировых аналогов наличием стекловидной внешней оболочки-поверхности. Проблема устраняется если такую селитру подвергнуть термической обработке.
Для обеспечения комбинированного способа сенсибилизации с раздельным последовательным введением компонентов сенсибилизирующих добавок в различных позициях (зонах) охлаждаемого слоя эмульсии в устройстве охлаждения предусмотрены устройство для введения газогенерирующей добавки и устройства для введения активатора газогенерирующей добавки. Каждое из этих устройств выполнено преимущественно в виде распределительной насадки-форсунки и соединено с аппаратом по подготовке соответствующего компонента. Аппараты имеют подобное друг другу строение и содержат бак реактор растворения, из которого приготовленная смесь по массопроводу подается в зону ввода в эмульсию. Массопровод выполнен с фильтром, насосом-дозатором и массовым расходомером. Конкретное исполнение распределительного устройства-форсунки определяется типом устройства для охлаждения эмульсии и параметров потока (слоя) эмульсии. При охлаждении эмульсии в плоском слое, как это реализуется в устройстве охлаждения эмульсии ленточного типа, распределительное устройство преимущественно выполнено в виде трубки с форсунками по образующей, расположенной перпендикулярно потоку эмульсии. Распределительные устройства для газогенерирующей добавки и ее активатора размещаются в позициях относительно продольной оси-ленты устройства для охлаждения эмульсии на расстоянии, определяемом из достаточности равномерного распределения газогенерирующей добавки по поверхности слоя эмульсии.
Устройство для предварительной термообработки гранулированной аммиачной селитры с питателем-дозатором выполнено преимущественно в виде теплообменника кондуктивного типа, совмещенного с устройством дозирования в смеситель для смешения с эмульсией, содержащей газогенерирующую добавку и активатор газогенерирующей добавки, и с сенсибилизирующими микросферами. Такое решение обосновано необходимостью уменьшения механических воздействий на частицы (гранулы) селитры и исключение внесения не контролируемых примесей, которое возможно при термообработке сыпучих материалов конвективным способом (например, в потоке топочных газов или нагретого воздуха). Совмещение аппарата нагрева с дозирующим устройством позволяет уменьшить сложность оборудования на операциях подготовки сенсибилизирующей добавки в виде селитры за счет исключения устройств промежуточного (межоперационного) транспортирования, буферных бункеров, а также дополнительного (предварительного) дозатора на подаче вещества (селитры) в аппарат термообработки.
Последовательность проведения технологического процесса изготовления ЭВВ с использованием предлагаемой технологической линии:
- задание необходимых количеств окислителей (аммиачной, натриевой; по массе), их растаривание и дробление слежавшихся агломератов;
- растворение окислителей;
- приготовление «водной фазы» с заданными параметрами по температуре, плотности, показателю кислотности и т.д. с введением необходимых веществ
- добавок;
- приготовление композиции масел и эмульгаторов - «масляной фазы»;
- изготовление эмульсии;
- приготовление раствора или композиции газогенерирующей добавки;
- охлаждение эмульсии и ее сенсибилизация.
Приготовление водной фазы в соответствующем узле приготовления водной фазы 1 осуществляется примерно следующим образом:
Селитра после растаривания из упаковочных единиц (мешки, контейнеры и др.) через весоизмерительное дозирующее устройство 5 и устройство для регулирования потока окислителя 6 подается на измельчение. Измельчение производится в устройстве для измельчения окислителя (дробилке) 7 и подается в бак-реактор 9 для растворения с помощью устройства транспортирования измельченного окислителя (шнека) 8.
Таким образом, сначала в бак растворения со змеевиком нагрева и обогреваемой рубашкой дозируется вода. Контроль дозировки обеспечивается с помощью расходомера в линии подачи воды и общей программы. После окончания дозировки включается мешалка и в теплообменники подается острый пар под давлением до 0,4 МПа. При достижении заданной температуры воды в бак-реактор для приготовления водного раствора из измельченного окислителя 9 загружают окислитель (преимущественно селитра аммиачная и/или натриевая) в виде потока ограниченной и регулируемой величины. Поддержание заданной температуры обеспечивается автоматически регуляторами в контурах подачи пара.
Интенсивность процесса растворения и теплообмена достигается перемешиванием нагреваемой среды мешалкой и регулированием величины потока окислителей для исключения уменьшения температуры в баке-реакторе растворения ниже заданной.
Приготовление водной фазы необходимо и проводится с целью придания раствору окислителей заданных показателей по температуре, плотности и кислотности (по водородному показателю pH). Приготовление водной фазы осуществляется в аналогичном баке-реакторе 10 с рубашкой по внешней поверхности для обогрева теплоносителем и со змеевиком. Перекачка между баками осуществляется посредством массопровода с рубашкой обогрева теплоносителем 11. Температура водной фазы регулируется путем подачи пара, плотность - загрузкой дополнительных порций окислителей, показатель pH - введением веществ-регуляторов кислотности (кислот, щелочей, карбамида, тиомочевины и др.). Готовая водная фаза затем через массопровод 20 с рубашкой для обогрева теплоносителем, оснащенный массовым расходомером и фильтром, подается узел приготовления окислительной фазы с узлом эмульгирования 3.
Приготовление масляной фазы в соответствующем узле 2 осуществляется примерно следующим образом:
Топливная смесь - масляная фаза готовится в реакторе с мешалкой 14, по конструкции аналогичном бакам для приготовления водной фазы, но меньшего объема. В состав масляной фазы может входить ряд компонентов, отличающихся по плотности, вязкости и температуре затвердевания, что определяет необходимость выполнения дополнительных операции предварительной подготовки компонентов.
Все компоненты в исходном состоянии или после предварительной подготовки, состоящей в нагреве в баке (баках) предварительного разогрева 12 и переводе в жидкое текучее состояние, подаются в реактор для приготовления масляной фазы 14 порциями в заданной последовательности с определением величины порций по массе посредством весоизмерительного устройства 13.
Готовая смесь масляной фазы перекачивается насосом или сливается самотеком в накопительную - расходную (рабочую) емкость 15, где при постоянном перемешивании нагревается до заданной технологическим регламентом температуры. Далее из накопительной емкости 15 масляная фаза через массопровод 21, содержащий фильтр и массовый расходомер насосом-дозатором подается в узел эмульгирования 3 с обеспечением заданных величин потока, температуры и давления на входе в аппарат эмульгирования 19.
Приготовление эмульсионной матрицы осуществляется примерно следующим образом:
Приготовленная водная фаза и масляная фаза из соответствующих узлов 1 и 2 посредством соответствующих массопроводов подается в емкость с мешалкой для предварительного смешения 17, а далее при помощи насоса 18 подают в статический аппарат эмульгирования 19, Затем приготовленную эмульсию подают в узел сенсибилизации эмульсии 4.
Приготовление газогенерирующей добавки осуществляется примерно следующим образом:
Узел приготовления газогенерирующей добавки находится преимущественно в выделенной изолированной зоне в целях уменьшения вероятности несанкционированного смешения газогенерирующей добавки с эмульсией.
Газогенерирующая добавка представляет собой, как правило, композицию на основе раствора нитрита натрия. Приготовление раствора нитрита натрия осуществляется в технологической емкости 24, изготовленной из нержавеющей стали и аналогичной по конструкции и приборному оснащению аппаратам для растворения других компонентов (ВФ, МФ), но меньшего объема и с упрощенной системой обогрева.
В соответствии с заданием на приготовление раствора газогенерирующей добавки в емкость закачивается необходимое количество воды. Точность дозировки контролируется по расходомеру, установленном в линии подачи воды и по шкале мерной рейки (трубки).
Затем включается мешалка и загружается необходимое количество нитрита натрия и других компонентов с соблюдением последовательности их введения в аппарат.
Готовая ГГД с помощью насоса-дозатора с регулируемой производительностью посредством массопровода 25 через фильтр и расходомер подается на операцию сенсибилизации.
Аналогично готовят активатор газогенерирующей добавки в баке реакторе 27 и через массопровод 28 подают на операцию сенсибилизации.
Сенсибилизация эмульсии осуществляется примерно следующим образом;
При производстве эмульсионных ВВ в патронированном виде сенсибилизация эмульсии выполняется в условиях завода и может быть осуществлена по нескольким вариантам:
- химически - с введением газогенерирующей добавки в охлажденную до температуры 50-70°С эмульсию;
- физически - путем введения специальных полых микросфер из стекла, полимеров или вспученных горных пород (перлит, вермикулит и др.) с предварительным охлаждением эмульсии;
- комбинированно - путем последовательного введения газогенерирующей добавки и микросфер. В варианте сенсибилизации комбинированным способом в качестве твердого носителя газовых включений может использоваться аммиачная селитра гранулированная, преимущественно, пористая АС.
При химическом способе сенсибилизации жидкая композиция газогенерирующей добавки и ее активатора подаются в устройство для охлаждения эмульсии 23 и вводятся в эмульсию посредством последовательно установленного устройства для введения газогенерирующей добавки в охлаждаемую эмульсию 26 и устройства для введения активатора газогенерирующей добавки в охлаждаемую эмульсию 29.
Физическая сенсибилизация эмульсии осуществляется путем введения микросфер в эмульсию и механического перемешивания композиции в смесителе 30 преимущественно лопастного типа. В данном процессе дозирование эмульсии осуществляется по массе, а микросфер - по объему с помощью питателей-дозаторов 31 с регулируемой производительностью пропорционально потоку эмульсии.
Комбинированный способ сенсибилизации сочетает в себе введение микросфер (физическая сенсибилизация) и введение ГГД, что осуществляется с целью повышения надежности обеспечения способности ЭВВ к взрыву в сложных условиях применения, например, в скважинах большой глубины (при действии повышенного давления на ЭВВ). Предусмотрена сенсибилизация эмульсии путем введения гранулированной аммиачной селитры в эмульсию с использованием устройтсва для предварительной термообработки гранулированной аммиачной селитры 32 и питателя-дозатора 33. При использовании в качестве сенсибилизатора пористой АС обеспечивается повышение энергетических показателей взрыва и уменьшение стоимости ВВ (на единицу массы ВВ).
Основной особенностью предлагаемой технологической линии является ее универсальность, что позволяет изготавливать в едином технологическом комплексе широкий спектр эмульсионных ВВ с различными характеристикам, в первую очередь в виде патронов (зарядов) с повышенными детонационными характеристиками и показателями взрывной эффективности (работоспособности).