МОДУЛЬ ОХЛАЖДЕНИЯ ЭМУЛЬСИИ

Полезная модель относится к области механизированного изготовления водоустойчивых эмульсионных взрывчатых веществ (ЭВВ). В частности, рассматривается конструкция модуля охлаждения эмульсии комплектной технологической линии, предназначенной для производства обратных водомасляных эмульсий нитрата аммония (аммиачной селитры).
Существует достаточно много различных процессов производства ЭВВ. Производство эмульсионных взрывчатых веществ начинается с приготовления ингредиентов. В данном случае этот процесс рассматривается на одном из известных примеров. Аммиачная и кальциевая (или натриевая) селитра растворяются в воде при t=+85÷100°C, до образования раствора нужной концентрации и направляются в бак для хранения раствора, с поддержанием технологической температуры. Эмульгатор и масло (или дизельное топливо) предварительно смешиваются в баке для хранения концентрата и нагревается до +60°C. Парафин должен быть нагрет до +55°C, чтобы обеспечить необходимую прокачку и дозирование. Все подготовленные ингредиенты подаются насосами на специальную эмульгирующую форсунку. Каждый струйный поток точно контролируется измерителем массы, подключенным к компьютеру, управляющему процессом. Эти потоки автоматически контролируются и управляются компьютером, для того, что бы обеспечить требуемое соотношение компонентов смеси. Эмульгирующая форсунка образует «грубую» эмульсию, которая затем очищается в золотниковом гидроклапане для образования требуемых характеристик. Этот уникальный двухступенчатый процесс предоставляет прекрасные возможности по контролю за качеством и однородностью эмульсии. Сформированная эмульсия затем охлаждается с +85°±100°C до +35°±65°C для стабилизации химического состава и чтобы сделать ее безопасной при обращении и транспортировании. Эта охлажденная эмульсия загружается в миксер для смешивания со стеклянными микросферами для повышения чувствительности эмульсии, а затем загружается в бункер. Из бункера сенсибилизированная эмульсия полостным насосом загружается в зарядную машину или подается на установку патронирования.
Одним характерным свойством эмульсионных взрывчатых веществ типа вода в масле является то, что как только образуется эмульсия, окислительную фазу можно охлаждать до температуры ниже температуры ее кристаллизации, не вызывая при этом рост кристаллов окислителя. Однако чрезмерное переохлаждение все же будет вызывать быструю кристаллизацию капель окислителя, что приводит к тому, что эмульсия теряет микронную структуру и становится инертной в качестве основы взрывчатого вещества. Применяемые в контексте данного документа ссылки на температуру кристаллизации эмульсии относятся к температуре кристаллизации окислительной фазы, под которой подразумевается температура, при которой началась бы кристаллизация в растворе нитрата аммония и вещества (нитраты кальция и натрия), понижающего температуру кристаллизации.
Известна технологическая линия, предназначенная для производства водомасляных эмульсий нитрата аммония (аммиачной селитры), используемых в качестве сырья при производстве ЭВВ (кн. «Эмульсионные взрывчатые вещества», перевод монографии проф. Ванг Ксюгуанга издания Metallurgical Industry Press, Москва-Красноармейск, 2002 г., рис.5.2, стр.186-188). Данное решение принято в качестве прототипа.
В данном решении емкость для смешения представляет собой смеситель для охлаждения и смешения с модификатором плотности. Она оборудована подъемной аппаратурой перемешивания и охлаждающей рубашкой. Эмульсоид загружается в эту емкость для охлаждения, туда же добавляется пенообразователь, время для однородного смешения должно быть коротким настолько, насколько это возможно. Охлаждающая рубашка заполняется холодной водой для охлаждения эмульсоида, эмульсоид перемешивается в заданном режиме. Жидкий химический пенообразователь при перемешивании вспрыскивается в емкость, при этом температура вспрыскиваемого вещества должна быть выше, чем температура кристаллизации (на 5-10°C) раствора соли окислителя, а время смешения со вспрыснутым материалом не должно превышать 3-5 мин. ЭмВВ, полученное таким способом, охлаждается до комнатной температуры, затем выгружается и патронируется.
Недостаток данного решения в части применения такой схемы охлаждения заключается в том, что при обнаружении технологических отклонений или поломки системы охлаждения необходимо остановить линию и демонтировать ее смеситель вместе с системой охлаждения эмульсии. Это останавливает производство. Недостаточная продуманность ремонтопригодности линии и возможности замены некондиционных узлов без остановки процесса не позволяет рассматривать известную систему охлаждения технологичной и ремонтопригодной.
Настоящая полезная модель направлена на достижение технического результата, заключающегося в повышении эксплуатационной эффективности системы охлаждения за счет возможности демонтажа (для проведения ремонтных работ) отдельных узлов без остановки процесса охлаждения.
Указанный технический результат достигается тем, что в модуле охлаждения эмульсии, содержащем теплообменный аппарат с элементами присоединения к линиям подачи и отвода охлаждаемой жидкости и к линиям циркуляции эмульсии, одна из которых сообщена с баком-компенсатором температурного расширения охлаждающей жидкости, насосы для подачи в теплообменный аппарат охлаждающей жидкости и подачи эмульсии и ее отвода, а так же контрольно-измерительные приборы для измерения температуры и давления в линиях подвода и отвода охлаждающейемой жидкости и эмульсии, теплообменный аппарат снабжен фланцами для присоединения к насосу подачи охлаждающей жидкости, через управляемый кран к линии отвода охлаждающейемой жидкости и через управляемые краны к линиям циркуляции эмульсии, при этом модуль снабжен аппаратами, обеспечивающими отдачу избытка тепла охлаждающей жидкости эмульсин в окружающую среду в виде обдуваемых воздухом труб с наружной оребренной поверхностью, входы каждой из которых через отдельные насос и управляемый кран присоединены к линии циркуляции охлаждающей жидкости, связанной с выходом теплообменного аппарата, а выходы каждой из которых через два последовательно установленных управляемых крана и расположенный между ними обратный клапан подсоединены к линии циркуляции эмульсии, связанной с входом теплообменного аппарата и сообщенной с баком и с экспанзоматом.
Указанные признаки являются существенными и взаимосвязаны с образованием устойчивой совокупности существенных признаков, достаточной для получения требуемого технического результата.
Настоящая полезная модель поясняется конкретным примером исполнения, который, однако, не является единственно возможным, но наглядно демонстрирует возможность достижения требуемого технического результата.
На фиг.1 - блок-схема технологической линии модуля охлаждения эмульсии.
Согласно настоящей полезной модели рассматривается конструкция модуля охлаждения эмульсии.
Модуль охлаждения эмульсии представляет собой комплект технологического оборудования, предназначенный для охлаждения вязкотекучей жидкости в потоке через теплообменный аппарат бесконтактного типа, охлаждающий контур которого выполнен по замкнутому типу и в нем принудительно циркулирует жидкий теплоноситель.
Комплект технологического оборудования состоит из совокупности соединенных трубопроводами в заданной последовательности теплообменного аппарата бесконтактного типа (например, пластинчатого теплообменника), подающего на охлаждение вязкотекучую жидкость насоса (например, винтового), насосов обеспечивающих циркуляцию теплоносителя (например, импеллерных), аппаратов обеспечивающих отдачу тепла теплоносителя в окружающую среду (например, труб с наружной оребренной поверхностью обдуваемых воздухом), аппарата компенсирующего изменение объема теплоносителя при перепаде температур (например, экспанзомат), насоса обеспечивающего заполнение охлаждающего контура теплообменника теплоносителем (например, шестеренного) из приемного бака, а также запорно-предохранительных устройств (кранов, быстроразъемных соединений) и контрольно-измерительных приборов (термометры, манометры).
В общем случае, модуль охлаждения эмульсии содержит теплообменный аппарат с элементами присоединения к линиям подачи и отвода охлаждаемой жидкости и к линиям циркуляции эмульсии, одна из которых сообщена с баком, выполненным с функцией компенсатора температурного расширения охлаждающей жидкости, насосы для подачи в теплообменный аппарат охлаждающей жидкости и подачи эмульсии и ее отвода, а так же контрольно-измерительные приборы для измерения температуры и давления в линиях подвода и отвода охлаждающей жидкости и эмульсии.
Теплообменный аппарат снабжен фланцами для присоединения к насосу подачи охлаждающей жидкости, через управляемый кран к линии отвода охлаждающей жидкости и через управляемые краны к линиям циркуляции эмульсии. Модуль снабжен аппаратами, обеспечивающими отдачу избытка тепла охлаждающей жидкости в окружающую среду, в виде обдуваемых воздухом труб с наружной оребренной поверхностью, входы каждой из которых через отдельные насос и управляемый кран присоединены к линии циркуляции охлаждающей жидкости, связанной с выходом теплообменного аппарата, а выходы каждой из которых через два последовательно установленных управляемых крана и расположенный между ними обратный клапан подсоединены к линии циркуляции эмульсии, связанной с входом теплообменного аппарата и сообщенной с баком и с экспанзоматом.
Теплообменник 1 снабжен фланцами 2 для присоединения к линиям подачи и отвода охлаждаемой жидкости и линиям циркуляции теплоносителя. Таким образом, обеспечивается заменяемость теплообменного аппарата 1.
Краны 3 отсекают потоки теплоносителя от теплообменника 1, а кран 4 отсекает поток охлажденной жидкости, направляемой через быстроразъемное соединение 5 по напорному гибкому трубопроводу 6 в накопитель охлажденной жидкости 7 - при замене теплообменного аппарата 1. Отсекание потока охлаждаемой жидкости осуществляется выключением насоса 8, в который охлаждаемая жидкость подается из накопителя 9 по вакуумному гибкому трубопроводу 10 на вход насоса 8, снабженный быстроразъемным соединением 11.
Вход и выход теплообменника 1 снабжены контрольно-измерительными приборами 12, 13, 14, 15 (показывающие термометры TI и манометры PI). Контрольно-измерительные приборы для измерения температуры и давления смонтированы на всех входах и выходах теплообменного аппарата, на выходе отдельных насосов в аппаратах, обеспечивающих отдачу тепла эмульсии в окружающую среду, и на входах обратных клапанов.
Группа контрольно-измерительных приборов 12 показывает температуру (термометр TI) и давление (манометр PI) охлаждаемой жидкости на входе в теплообменник 1. Группа контрольно-измерительных приборов 13 показывает температуру (термометр TI) и давление (манометр PI) охлаждаемой жидкости на выходе из теплообменника 1. По разнице показаний термометров TI определяют эффективность теплообмена, а по разнице показаний манометров PI определяют гидродинамические потери в теплообменнике 1 и необходимость его очистки от засорения.
Группа контрольно-измерительных приборов 14 показывает температуру (термометр TI) и давление (манометр PI) теплоносителя на входе в теплообменник 1. Группа контрольно-измерительных приборов 15 показывает температуру (термометр TI) и давление (манометр PI) теплоносителя на выходе из теплообменника 1. По разнице показаний термометров TI определяют эффективность теплообмена, а по разнице показаний манометров PI определяют гидродинамические потери в теплообменнике 1 и необходимость его очистки от засорения.
Теплоноситель циркулирует по замкнутой системе трубопроводов через теплообменник 1 и соединенные в параллельную схему аппараты 16, 17, 18, 19, 20, 21 - представляющие собой участки труб с наружной оребренной (для обеспечения большей площади теплообмена) поверхностью, обдуваемых воздухом вентиляторами 22, 23, 24, 25, 26, 27 (например, воздушные радиаторы с принудительным обдувом).
Циркуляция теплоносителя осуществляется принудительно работой насосов 28, 29, 30, 31, 32, 33 подающих теплоноситель в аппараты 16, 17, 18, 19, 20, 21.
Отсекание потоков теплоносителя через насосы 28, 29, 30, 31, 32, 33, для замены и чистки указанных насосов, осуществляется перекрыванием кранов 34 и 35, 36 и 37, 38 и 39, 40 и 41, 42 и 43, 44 и 45 соответственно.
Для воспрепятствования обратного перетока теплоносителя на выходе из аппаратов 16, 17, 18, 19, 20, 21 установлены обратные клапаны 46, 47, 48, 49, 50, 51.
Отсекание потоков теплоносителя через обратные клапаны 46, 47, 48, 49, 50, 51 для замены и чистки указанных обратных клапанов, осуществляется перекрыванием кранов 52 и 53, 54 и 55, 56 и 57, 58 и 59, 60 и 61, 62 и 63 соответственно.
Группы контрольно-измерительных приборов 64, 65, 66, 67, 68, 69 показывает температуру (термометр TI) и давление (манометр PI) на входе в аппараты 16, 17, 18, 19, 20, 21.
Группы контрольно-измерительных приборов 70, 71, 72, 73, 74, 75 показывает температуру (термометр TI) и давление (манометр PI) на выходе из аппаратов 16, 17, 18, 19, 20, 21.
По разнице показаний термометров TI на входе и выходе каждого аппарата определяют эффективность теплообмена в этом аппарате, а по разнице показаний манометров PI определяют гидродинамические потери в каждом аппарате и необходимость очистки каждого аппарата от засорения.
Компенсация изменений объема от перепада температур, циркулирующего в замкнутой системе теплоносителя осуществляется включенным в схему известным гидравлическим устройством - экспанзоматом 76 при открытом кране 77 и закрытых кранах 78, 79, 80.
Заполнение системы теплоносителем осуществляется через бак 81 оборудованный крышкой или заливной горловиной с пробкой, при открытом кране 82 и работающем насосе 83. При этом краны 78, 80 закрыты, а краны 3, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41, 42, 43, 44, 45, 52, 53, 54, 55, 56, 57, 58, 59, 60, 61, 62, 63, 77, 79, 84 открыты. Причем, через открытый кран 84 поступающим в систему теплоносителем вытесняется воздух и для исключения проливов теплоносителя к быстроразъемному соединению 85 может быть подсоединен гибкий напорный трубопровод (не показано), другой конец которого может быть направлен в емкость (не показано) для сбора теплоносителя, либо в бак 81.
Также устройство 85 может быть выведено непосредственно на боковую стенку бака 81, и сброс излишка теплоносителя будет осуществляться непосредственно в бак 81.
Опорожнение системы от теплоносителя осуществляется через быстроразъемное устройство 86. к которому может быть подсоединен гибкий напорный трубопровод (не показано), другой конец которого может быть направлен в емкость (не показано) для сбора теплоносителя, либо в бак 81.
Также устройство 86 может быть выведено непосредственно на боковую стенку бака 81 и сброс теплоносителя при опорожнении системы будет осуществляться непосредственно в бак 81.
Объем бака 81 больше или равен объему заполняемой теплоносителем системы.
Опорожнение системы от теплоносителя осуществляется работой насоса 83, при открытых кранах 78, 79, 80. При этом краны 77, 82 - закрыты, а краны 3, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41, 42, 43, 44, 45, 52, 53, 54, 55, 56, 57, 58, 59, 60, 61, 62, 63, 84 - открыты. Причем, через открытый кран 84 в систему поступает воздух из окружающей среды, либо через быстроразъемное соединение 85 по гибкому трубопроводу (не показано) не содержащая кислорода газовая смесь (для воспрепятствования коррозии внутренней поверхности трубопроводов, трубопроводной арматуры и аппаратов контура теплоносителя).
Функционирует система следующим образом.
Первым производят заполнение замкнутого контура теплообменника 1 теплоносителем.
Предварительно краны 78, 80 закрывают, а краны 3, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41, 42, 43, 44, 45, 52, 53, 54, 55, 56, 57, 58, 59, 60, 61, 62, 63, 77, 79, 84 - открывают.
В бак 81 заливают указанный теплоноситель, открывают кран 82, включают в работу насос 83. Через открытый кран 84 поступающим в систему теплоносителем вытесняется воздух либо ранее помещенная в систему газовая смесь не содержащая кислород. После полного заполнения системы теплоносителем (контролируют по появлению теплоносителя из устройства 85) насос 83 выключают, а краны 79, 82 и 84 закрывают.
Включают в работу насосы 28, 29, 30, 31, 32, 33. Теплоноситель начинает циркулировать по замкнутой схеме через теплообменник 1 и аппараты 16, 17, 18, 19, 20, 21.
Гибкий вакуумный трубопровод 10 подключают с одной стороны к накопителю 9 с охлаждаемой жидкостью, а с другой стороны к насосу 8 через быстроразъемное соединение 11.
Гибкий напорный трубопровод 6 подключают с одной стороны к накопителю 7 охлажденной жидкости, а с другой стороны к быстроразъемному соединению 5.
Открывают кран 4. Включают в работу насос 8. Производят охлаждение жидкости.
Степень охлаждения жидкости регулируют включением или отключением работы необходимого количества насосов 28, 29, 30, 31, 32, 33 циркуляции теплоносителя.
Количество аппаратов 16, 17, 18, 19, 20, 21 может быть увеличено или уменьшено от рассмотренного описанной схемой количества.
Настоящая полезная модель позволяет рассматривать охлаждения эмульсии в качестве отдельного модуля высокой ремонтопригодности за счет возможности отключения и демонтажа любого из агрегатов и возможности замены агрегатов без остановки модуля.