液體硝酸銨儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì)及儲(chǔ)存輸送工藝

摘要：多年來(lái)，國(guó)內(nèi)工業(yè)炸藥生產(chǎn)廠家多采用固體硝酸銨制造工業(yè)炸藥，如果使用液體硝酸銨則具有成本低、降耗節(jié)能、節(jié)省勞動(dòng)力、生產(chǎn)環(huán)境干凈等多方面的優(yōu)點(diǎn)。在生產(chǎn)炸藥的過(guò)程中，液體硝酸銨儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì)和儲(chǔ)存輸送是生產(chǎn)過(guò)程中的主要工藝?；诖?，文章對(duì)液體硝酸銨儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì)和儲(chǔ)存輸送工藝進(jìn)行了重點(diǎn)研究。

關(guān)鍵詞：液體硝酸銨；儲(chǔ)罐設(shè)計(jì)；儲(chǔ)存輸送；炸藥生產(chǎn)；溶液罐

中圖分類號(hào)：TQ441 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-2374（2014）15-0011-03

液體硝酸銨和固體硝酸銨破碎溶化工藝相比，具有節(jié)約結(jié)晶能耗、節(jié)省包裝成本和材料成本等優(yōu)點(diǎn)，是一種節(jié)能降耗的材料，在生產(chǎn)的過(guò)程中，儲(chǔ)存罐的結(jié)構(gòu)形式、運(yùn)輸?shù)墓に?、安全?lián)鎖控制技術(shù)等是生產(chǎn)過(guò)程中需要解決的主要內(nèi)容。

1 液體硝酸銨儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì)

1.1 確定溶液罐的外形結(jié)構(gòu)

根據(jù)儲(chǔ)罐的外形，可以將其分成臥式圓筒儲(chǔ)罐、立式圓筒形儲(chǔ)罐、球形儲(chǔ)罐三種類型。在正常的溫度環(huán)境下，當(dāng)氣象壓力和常壓相差不大時(shí)，通常會(huì)使用立式圓筒儲(chǔ)罐對(duì)液體進(jìn)行儲(chǔ)存，當(dāng)容量在100m3時(shí)，會(huì)選擇球形儲(chǔ)罐和臥式儲(chǔ)罐。在對(duì)其外形結(jié)構(gòu)進(jìn)行確定時(shí)，通常是站在降低能耗的角度來(lái)看的，在硝酸銨溶液貯灌、槽罐車、生產(chǎn)工房?jī)?nèi)水相罐中，要盡可能對(duì)地形位置上的高差，實(shí)現(xiàn)硝酸銨溶液自動(dòng)進(jìn)行進(jìn)料和排料，所以根據(jù)具體的地理情況，將儲(chǔ)罐放在相對(duì)來(lái)說(shuō)比較高的位置，形成一定的高差，使得液體硝銨能自流進(jìn)水相配料罐，而立式圓筒形儲(chǔ)罐具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，儲(chǔ)存量跟高度成線性關(guān)系，比較容易觀察等優(yōu)點(diǎn)，因此應(yīng)采用立式圓筒形，基本的外形結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1.2 確定儲(chǔ)罐的容積大小

在設(shè)計(jì)硝酸銨儲(chǔ)罐時(shí)，要根據(jù)具體的生產(chǎn)能力進(jìn)行設(shè)計(jì)，一般某生產(chǎn)線最高的生產(chǎn)能力為每小時(shí)6噸，單班生產(chǎn)時(shí)間為7個(gè)小時(shí)，每天生產(chǎn)兩班，那么儲(chǔ)罐的設(shè)計(jì)容積應(yīng)該為：

V=（6×7×2）÷1.4÷0.8=75m3

在公式中，容積利用系數(shù)為0.8，硝酸銨溶液的密度為1.4。而一般硝酸銨在炸藥中占的比例約為0.7～0.9，所以：

V=75×（0.7～0.9）=52.5～67.5

通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行圓整處理，儲(chǔ)罐的容積設(shè)計(jì)為70m3時(shí)，可以達(dá)到生產(chǎn)的基本要求，所有設(shè)計(jì)的儲(chǔ)罐底面圓直徑為4.5m，高4.5m，容積約為70m3。

1.3 對(duì)罐體進(jìn)行保溫和加熱

由于硝酸銨溶液具有容易結(jié)晶的特點(diǎn)，在結(jié)晶后，硝酸銨溶液會(huì)存在部分區(qū)域濃度不一樣的情況，對(duì)水相溶液的制備造成了一定的影響，所以，儲(chǔ)罐要提供必要的加熱設(shè)施，并進(jìn)行罐體的保溫處理。廠家配送的液體硝酸銨濃度控制在92%～93%之間，硝酸銨溶液的析晶點(diǎn)大概為108℃，所以溫度要控制在110℃～125℃之間。為保證加熱均勻，采用四層分層加熱，底層離罐底100mm，往上隔1000mm有一層，除底層平鋪地面外，每層高度約500mm。為了避免裸露出液面的盤管加熱，不斷升溫，發(fā)生危險(xiǎn)，對(duì)每組加熱盤管獨(dú)立加熱，當(dāng)液位低于盤管時(shí)，控制系統(tǒng)自動(dòng)關(guān)閉盤熱管電動(dòng)球閥，停止加熱，只有當(dāng)液位超過(guò)盤管時(shí)才通蒸汽，進(jìn)而達(dá)到保溫效果。對(duì)于罐體要使用整體保溫的方法進(jìn)行保溫，保溫材料選擇巖棉，厚度控制為100mm。

1.4 設(shè)計(jì)管口法蘭

在設(shè)計(jì)灌體的法蘭時(shí)，尤其是對(duì)于接近罐體底部的出料法蘭及排污法蘭，為了防止硝酸銨晶體將法蘭堵住，無(wú)法將料排出，要根據(jù)硝酸銨溶液容易結(jié)晶的特點(diǎn)，安裝可以進(jìn)行蒸汽加熱的夾套，如圖2所示：

1.5 安裝雨淋管

對(duì)于立式儲(chǔ)罐來(lái)說(shuō)，由于罐子內(nèi)高空間寬裕，可以直接在儲(chǔ)罐頂部安裝雨淋管，對(duì)于臥式儲(chǔ)罐來(lái)說(shuō)，由于管內(nèi)高的寬度的空間有限，如果罐中的硝酸銨溶液將雨淋管淹沒(méi)，就會(huì)堵塞雨淋管，存在非常大的安全隱患，所以要求在儲(chǔ)罐外側(cè)的頂部安裝雨淋管，將主管道環(huán)繞罐子頂部一周，然后將儲(chǔ)罐的內(nèi)腔和主管道連通；而對(duì)于立式儲(chǔ)罐來(lái)說(shuō)，由于罐子內(nèi)高空間寬裕，可以直接在儲(chǔ)罐頂部安裝雨淋管。

1.6 設(shè)計(jì)封頭

對(duì)容器兩側(cè)進(jìn)行連接的密封蓋體又叫做封頭，常見(jiàn)的封頭有半橢圓、平蓋、錐形、蝶形等類型，在儲(chǔ)罐中，罐底和灌頂就是封頭，一般罐底多使用錐形和平板形，罐頂多使用半橢圓形、平蓋形和錐形。由于平蓋制造起來(lái)比較容易，適合在一些對(duì)壓力比較低的容器上進(jìn)行封頭，在壓力相同的情況下，要比凸形封頭厚很多，但是相對(duì)來(lái)說(shuō)平蓋邊緣受力的情況也比較復(fù)雜。

對(duì)于立式圓筒儲(chǔ)罐來(lái)說(shuō)，只有下表面受力，而下表面和基礎(chǔ)面接觸比較緊密，所有頂部與地部均采用平蓋。為了在儲(chǔ)罐進(jìn)出料的過(guò)程中，保證儲(chǔ)罐內(nèi)壓力和外壓力的平衡，要在罐頂?shù)闹行脑O(shè)通氣孔，同時(shí)考慮到日后維護(hù)的便利性，可以在罐子頂部開一個(gè)直徑500mm的出入孔。

1.7 安全聯(lián)鎖控制

超溫聯(lián)鎖：為了避免液體硝酸銨溫度過(guò)高發(fā)生危險(xiǎn)，需要對(duì)儲(chǔ)罐內(nèi)溫度進(jìn)行監(jiān)控，當(dāng)溫度高于130℃時(shí)，會(huì)通過(guò)高音喇叭發(fā)出警報(bào)；當(dāng)溫度高于135℃時(shí)，自動(dòng)開啟雨淋開關(guān)，自動(dòng)噴水半個(gè)小時(shí)以上，除非人工斷水或斷電，否則雨淋不能關(guān)閉。

超液位聯(lián)鎖：為了避免高溫硝酸銨溢出罐子，造成浪費(fèi)甚至燙傷事故，所以在液體硝酸銨罐子頂部和配料罐頂部安裝音叉開關(guān)。在上料時(shí)，當(dāng)液位上升靠近頂部時(shí)，觸發(fā)音叉開關(guān)，自動(dòng)停止上料；在放料時(shí)，當(dāng)液位上升至靠近頂部時(shí)，觸發(fā)音叉開關(guān)，自動(dòng)停止放料，避免硝酸銨水溶液溢出。

2 液體硝酸銨的輸送存儲(chǔ)工藝

2.1 確定硝酸銨的技術(shù)參數(shù)

在使用運(yùn)輸車將硝酸銨溶液運(yùn)輸?shù)秸ㄋ幧a(chǎn)企業(yè)時(shí)，需要先對(duì)相關(guān)的參數(shù)和炸藥配方進(jìn)行調(diào)整，確保配方和參數(shù)互相適應(yīng)后，再進(jìn)行炸藥的生產(chǎn)，因此要先對(duì)硝酸銨溶液的相關(guān)技術(shù)特性進(jìn)行了解和掌握。

通常情況下，對(duì)液體硝酸銨造成影響的工藝參數(shù)主要有濃度、溫度、pH值、密度等，使用不同的設(shè)備和不同的制造工藝也會(huì)對(duì)液體硝酸銨的參數(shù)造成影響。通常，在出廠時(shí)，要將技術(shù)參數(shù)控制為：濃度92%～93%，溫度120℃～125℃，pH值5～7之間，而密度會(huì)在濃度和溫度的變化下出現(xiàn)變化。由于粉狀乳化炸藥、膠裝乳化炸藥、水膠炸藥、膨化硝銨炸藥以及其他不同的配方和工藝對(duì)液體硝酸銨的技術(shù)要求不同，因此我們可以在以上規(guī)定的范圍中進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。

2.2 輸送物料的基本工藝

由于液體硝酸銨是直接用來(lái)制作工業(yè)炸藥的，通過(guò)利用槽罐車把運(yùn)回來(lái)的液體硝酸銨放在儲(chǔ)罐中，然后在生產(chǎn)的過(guò)程中，按照規(guī)定的配合比，將儲(chǔ)罐中的液體放入到水相溶解罐中，等達(dá)到工藝的要求后，在下一道工序中進(jìn)行使用。液體硝酸銨在從槽罐車進(jìn)入到儲(chǔ)罐，然后從儲(chǔ)罐進(jìn)入到水相溶解罐，然后經(jīng)過(guò)運(yùn)輸、存儲(chǔ)、拌合、保溫、控制的過(guò)程，對(duì)具體的工藝特點(diǎn)和過(guò)程進(jìn)行研究，不僅可以保證生產(chǎn)的安全性，而且可以設(shè)計(jì)出更加科學(xué)的儲(chǔ)存輸送工藝。通常情況下，輸送液體物料的方法主要有動(dòng)力輸送和高位差自然輸送兩種方式。

2.3 泵送進(jìn)出料的特點(diǎn)和工藝

由于儲(chǔ)罐是采用低進(jìn)高出型，即槽罐車比儲(chǔ)罐位置低，當(dāng)卸料時(shí)，使用泵將硝酸銨料從槽罐車輸送到儲(chǔ)存罐；而儲(chǔ)罐的出料口比工房?jī)?nèi)的溶解罐位置高，當(dāng)放料時(shí)，液體硝酸銨可以自流進(jìn)工房?jī)?nèi)的水相配料罐中。因?yàn)橄跛徜@具有易結(jié)晶的特點(diǎn)，所以卸料或放料前，都需要先用蒸汽把管道預(yù)熱，卸完料或放完料后，再通蒸汽把管道內(nèi)的殘留硝酸銨溶液沖洗干凈，避免殘留溶液累積結(jié)晶堵塞管道。使用這種工藝主要有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）卸料時(shí)，由于每車硝酸溶液量都比較多，使用泵來(lái)卸料的效率比較高，速度快；（2）放料時(shí)，由于配料罐的體積有限，采用自流每罐幾分鐘就可以放滿，可以減少購(gòu)買泵及日常維護(hù)費(fèi)用；（3）可以避免硝酸溶液殘留在輸送管道內(nèi)，避免累積堵塞。

2.4 設(shè)置儲(chǔ)罐進(jìn)出料管的方法

一般情況下，泵送料液的工藝的料口是在儲(chǔ)罐的灌頂進(jìn)行設(shè)置的，而高位差輸送料液工藝形式的出料口在罐壁上進(jìn)行設(shè)置，進(jìn)料口是在罐頂進(jìn)行設(shè)置。為了使進(jìn)料或者循環(huán)攪拌時(shí)，罐內(nèi)的液體更加均勻，進(jìn)料管路與垂直位置成45°偏角；出料管口和罐底的距離要控制在100mm左右，不僅可以避免在下一道工序中帶入雜質(zhì)，而且還可以完全將儲(chǔ)罐卸料清理干凈。為了將管路中的料液排出，要將排料閥門設(shè)置在管路最低的位置。為了對(duì)料液的工藝要求溫度進(jìn)行保持，要對(duì)進(jìn)出料管路進(jìn)行保溫處理。為了防止有固體雜質(zhì)進(jìn)入到料液中，要在下一個(gè)工序的管路上設(shè)置清理方便的提籃式過(guò)濾設(shè)備。

3 結(jié)語(yǔ)

總而言之，液體硝酸銨作為工業(yè)炸藥生產(chǎn)的主要原料，在運(yùn)輸和儲(chǔ)存的過(guò)程中可以使用高位差輸送、泵送以及兩種方式結(jié)合的方法來(lái)完成，在選擇儲(chǔ)存輸送工藝時(shí)，要根據(jù)具體的地形情況、投資大小、施工的難度進(jìn)行選擇。要注意對(duì)罐體進(jìn)行加熱和保溫，適宜使用循環(huán)攪拌的方法進(jìn)行攪拌施工，利用自動(dòng)控制系統(tǒng)對(duì)液位、料液溫度、卸料流量等進(jìn)行調(diào)節(jié)。

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作者簡(jiǎn)介：陳俊（1986—），男，廣西欽州人，廣西柳州威奇化工有限責(zé)任公司技術(shù)員，助理工程師。