语言切换:中文 | English

您现在的位置:首页技术论文 > 浅析AE-HLC-Ⅲ型乳化器的研制
所有
科研技术

0731-88936255

www.kenon.cn

长沙市岳麓区麓谷大道627
号麓谷新长海B2栋9楼

科研动态

浅析AE-HLC-Ⅲ型乳化器的研制

作者:刘林林 杨佳日期:2017年6月5日 14:04

(娱乐平台注册送体验金_注册送体验金娱乐官网_注册用户送体验金,湖南 长沙 410012)

综  述:本文通过对重点专用设备乳化器的应用现状与发展方向的论述,结合专用设备AE-HLC-Ⅲ乳化器的研制过程,总结出专用设备的研制过程的一般规律。同时文章还对AE-HLC-Ⅲ乳化器设计与安全理念进行了全面阐述,为乳化炸药生产厂家在使用该乳化器过程中提供技术指导,最后还对该乳化器的社会和经济效益做了简单分析。
关键词:AE-HLC-Ⅲ、敞开式乳化器 、研制过程


乳化炸药生产技术发展进程中,提高乳化剪切强度和提高乳化器的安全性已成为行业共同努力的目标,但片面提高剪切强度可能会带来安全隐患,同时片面强调安全性也可能会降低乳化质量,乳化器的研发一直在产品质量与生产安全的博弈中寻求最佳平衡点。目前国内外采用的乳化器大致有以下几种:
1.胶体磨  胶体磨的使用开创了我国乳化炸药连续化生产的先河,但经长期的考察与考验,虽胶体磨的产品质量没问题,但因其线速度大、结构复杂、间隙小,使其存在不安全因素。
2.管线式高剪切乳化器 这类乳化器采用多组定转子、复杂的结构、小间隙(0.2-1mm)、高线速度(15-30m/s)。正是其复杂的结构提高了剪切次数,获得较高品质的乳化基质,也正是其复杂的结构、小间隙和高线速度带来了设备的本质不安全性。
3.内循环式乳化器 AE-HLCII型乳化器 采用单组定转子,结构十分简单,大间隙(3-8mm),线速度低(<15m/s),该种乳化器是在结构上采用高速内循环方式来大幅提高剪切次数的方法来强化剪切强度,提高乳化基质的质量和提高其产能,但产能还是不能满足现有民爆行业的需求。
4.低转速或无机械接触乳化器 这类乳化器往往采用多组定转子,低转速或根本无机械接触的乳化器,在国外早已投入工业化使用,但这类乳化器的剪切强度有限,一般用于无雷管感度,或储存期要求不高的露天型或混装车使用。
基于现有的乳化炸药生产线所使用的乳化器,由于存在各种各样的不足,不能完全满足当今民爆行业的发展,为满足十二·五民爆行业的需求我公司适时提出了AE-HLC-Ⅲ型乳化器的设计与研制。
一、项目研制的一般过程
在项目立项之前,公司组织技术人员对国内现有乳化器进行了一次技术摸底,国内乳化器主要分为机械搅拌式与胶体磨形式的两种乳化器,基于对公司AE-HLCⅡ乳化器在国内受到一致好评,同时多年来生产企业一线操作人员反馈信息,公司决定在我公司的AE-HLCⅡ乳化器的原有结构模式下进行一次技术创新与升级,将原有乳化器的结构进行优化布局设计、将成乳的定子转子及导流栅栏进行流体动力学仿真设计,使油水相溶液在乳化器腔体内的乳化效率得到提升。同时加大乳化器的定转子间隙,提高设备的本质安全。
本项目的实施过程包括以下阶段:
阶段一:项目调研分析/乳化器整体方案设计
从2010年开始,项目组进行市场调研,结合《工业和信息化部关于民用爆炸物品行业技术进步的指导意见》,了解市场状况和客户需求;结合国内外乳化器的现状,确定项目设计方案及设计技术参数进行整体设计。
阶段二:乳化器设计制造
项目组在公司专家的指导下,着手具体参数的确定,完成乳化器机械、电器及安全设计的整套图纸;根据设计图制造出符合要求的乳化器样机。
阶段三:乳化器安全评价及中试试验
对设计制造出来的乳化器样机进行初步的安全评价,进行带水试验、模拟料试验,并进行带料中试试验。
阶段四:乳化器改造及工业实验
针对乳化器中试后出现的问题,对乳化器进行整改,再请安评机构针对改造进一步进行安全评价后,在工业生产线进行工业实验,获取乳化器的运行性能和产品性能。
阶段五:技术鉴定
组织邀请相关部门及专家对乳化器进行技术鉴定,出具权威的检测报告及鉴定报告。
阶段六:市场推广
制定产品营销计划,组织产品市场推广。
二、研究的主要内容
乳化器的工作原理主要为通过电机启动,装于电机主轴上的转子随着电机主轴转动,同时输送泵通过调频、计量将一定温度的油水相溶液泵送至进料管,进料通道至乳化腔的下端开孔,进入下乳化腔中,在转子的下叶片的离心力作用下,油水相溶液穿过定子栅格,较高速冲向下乳化腔内壁,在一级定子的上盖板的约束下,混合的溶液再次进入转子叶片的离心区,实现再次加速、剪切,如此经过多次循环、剪切,实现油水相溶液的初级乳化。初级乳化好的物料,通过下乳化腔的上压板的间隙进入上乳化腔中,在转子的上叶片的离心力作用下,初乳物料穿过定子栅格,高速冲向上乳化腔内壁,在二级定子上盖板的约束下,初乳物料再次进入转子叶片的离心区,实现再次加速、剪切,如此进过多次循环,剪切实现精细乳化。乳化好的基质从出料腔的出料口排出。乳化器的研制主要有以下几点:
(1)油水相进料系统
乳化器进料管进料介质为油水相混合物,且油相比例很小(比例不足10%),怎么样以最优的混合方式均匀进入乳化器内腔是控制乳化效果一个重要的因素。项目依据管路理论计算论证采用最优化设计使油水相均匀进入乳化器内腔。
(2)密封装置
该乳化器电机安装在设备底部,乳化器运转过程中,由于水相具有较强的腐蚀作用,必须使水相不渗漏,密封性好是研制成功的关键。由于敞开式乳化器的电机结构处于乳化腔体下端,如果密封效果不好,将会出现油水相溶液或乳化基质泄漏到电机轴承中,同时密封结构还不能增加主轴的长度,否则将影响乳化器的平稳性,从而影响电机的安全及整个乳化器的整体安全性。通过多次试验,不断对密封形式的分析及密封结构分析设计,最终得出一种密封形式和密封结构完全能满足密封的要求。其密封形式详见附图。


AE-HLC-Ⅲ型乳化器密封结构图

(3)乳化器腔体设计
公司在自主研发的二级乳化器和AE-HLCⅡ型一级乳化器的基础上,实现大幅度降低转速,增大乳化器定转子间隙,项目采用更加优化的定转子及内部设计,从而提高乳胶基质的质量稳定性。AE-HLC-Ⅲ型一级乳化在腔体设计过程中通过应用ANSYS软件进行了有限元分析,模拟出油水相在腔体内成乳的动态分析,通过不断对腔体的结构进行修改,使乳化效率达到最优。下图为优化后的腔体结构图。


AE-HLC-Ⅲ型乳化器腔体结构图

(4)安全保护装置
乳化器作为乳化炸药生产中的关键设备,同时也是危险设备之一,选择有效的保护装置和措施是乳化器设计制造的基本准则。针对乳化工艺过程乳化器的安全,公司近年来在行业主管部门的正确引导和多年经验积累下,特别是在云南包装厂爆炸事故后,公司积极组织内部研讨会议,制定了针对乳化器的安全防范措施具体有:
①乳化器腔体及转子制造全部采用高强度不锈钢,增强防腐和耐用性能;
②动力电机设计选用防爆型,或是防护等级在IP65以上;
③防渗透选用多级机械密封设计和压缩空气保护装置,增强硝铵水溶液的防渗漏,保护电机。
④电动机和传感器采用国际知名公司的产品,稳定可靠性高。通过精密的机械加工、安全控制及合理的工艺流程,最大限度减少,去除生产线上人为不稳定因素,提高设备及生产线本质安全性。
除上述加强乳化器本身安全因素外,我们还启用了间接保护措施具体如下:
对乳化器的轴向和径向震动进行实时监测,并摸索出了振动的合理区间,自控程序可自动识别产能并设置相应的报警上限,一旦超越上限值,自动控制系统立即报警,乳化器自动停机;针对乳化器机械密封的冷却水设置了冷却水断流,一旦机械密封内没有流动的冷却水,乳化器立即报警并自动停机;对油水相输送过程的流量进行实时监测,当油水相中任何一种介质的流量低于某临界值时,乳化器会产生断流报警并自动停机;对乳化器的进出口温度进行实时监控,根据乳化产能与机械能转换热能的规律,探索出了相应产能下乳化器进出口温度差,当温度差超过相应设定值后,乳化器自动报警停机;对乳化器工作时的声响也进行了实时监测,监控中心的工作人员可以在监控室实时监听,当出现异常声响时,监控人员可以进行人工干预的保护措施;同时乳化器进出口压力进行监测,当进出口压力值超过设定值时,乳化器自动报警并停机。这一系列的安全保护措施经在江苏、福建、湖南、云南、辽宁、陕西、山西等厂等生产厂经过近4年的生产实践与模拟测试,表明能有效的检测乳化器的安全运转,为乳化炸药的安全生产起到保驾护航的作用。
(5)出料装置
乳化炸药粘度很高,设备采用敞开式设计,较以前管路出口设计而言,其顺利出料将是一个难点,本项目针对多次管路优化,设计出顺利出料的管路系统,实现流畅出料。根据乳化炸药生产的发展趋势,乳化炸药要朝高产能、低能耗、低压力等方向发展,AE-HLC-Ⅲ型一级乳化器设计成立敞开式的出口,真正做到了出口零压力的目标。
三、实验情况
一般的工控产品要投入市场,进行工业试验是一个不可或缺的环节。民爆专用设备因其特殊性,工业试验显得尤为重要,且必须是在长时间的试验下能保住安全的前提下才能投入市场。乳化器的样机完成试制后,当月通过安全评价。样机试制完成后,为达到《工业和信息化部关于民用爆炸物品行业技术进步的指导意见》的目标,项目组决定分两阶段进行试验:第一阶段为模拟料试验,第二阶段为工业试验。
模拟料试验,又分为两个不同的阶段:第一阶段完全采用常温自来水进行试验;第二阶段采用热水作为水相材料,油相则采用现有生产线上所用的油相材料,油水相材料利用变频器调节按生产线上的比例送料。
工业试验,也分为两个不同的阶段进行:第一阶段,将乳化器安装于生产线上,运行较短时间,主要考察设备的运行状态,制成乳化基质,通过后面的工序制成乳化炸药,考察乳化炸药的性能及储存期;第二阶段,将乳化器安装于生产线上,进行试生产。
(1) 模拟料实验
a.水试:
试验结果如下:设备共运行8小时,乳化器运行平稳,电机温升正常,无异常的声音,密封处无泄漏,载荷为电机功率的60-75%。
b.模拟料试验
试验结果:设备运行平稳,电机温升正常,设备无异常的声音,密封无泄漏,乳化器对产能适应性强,产能试验了7.2吨/小时,不同产能所制成的乳化基质粘稠、细腻、有弹性,乳化质量较好。试验制成的乳化基质经过三个月无破乳现象。
(2)工业实验
第一阶段试验结果 设备运行平稳,震动小,电机温升正常,设备无异常声音,乳化器对产能适应性强,产能试验了7.2吨/小时,不同产能所制成的乳化基质粘稠、细腻、有弹性,乳化质量较好。同时也发现存在如下问题:所用密封有泄漏现象,实际功率超过电机的额定功率。
该阶段制成的乳化炸药的性能和储存性能如下表:

日期

爆速(m/s)

殉爆(cm)

取样数量

备注

2012.2.25

4489

≥5

2/2

5cm以上未测

2012.3.26

4525

≥5

2/2

5cm以上未测

2012.4.25

4587

≥5

2/2

5cm以上未测

2012.5.25

4387

≥5

2/2

5cm以上未测

2012.6.15

4312

≥3

2/2

4cm未测

2012.7.26

4257

≥3

2/2

4cm未测

2012.8.24

4274

≥3

2/2

4cm未测

第二阶段试验结果 针对第一阶段的试验结果,对乳化器存在的问题进行改进后,重新将乳化器安装在生产线上进行工业试验。通过试验可得出如下结论:设备运行平稳,震动小,电机温升正常,设备无异常声音,密封无泄漏,实际功率小于电机的额定功率,乳化器对产能适应性强,产能试验了7.2吨/小时,不同产能所制成的乳化基质粘稠、细腻、有弹性,乳化质量较好。
该阶段制成的乳化炸药的初始性能如下表:

日期

爆速(m/s)

殉爆(cm)

取样数量

备注

2012.8.22

4720

≥5

2/2

5cm以上未测

2012.8.24

4653

≥5

2/2

5cm以上未测

四、取得的效果及主要技术特征
   经过项目组的共同努力,在多次的试验基础上,最终将乳化器的结构定型,并在工业生产线上试产,且生产出产品,产品各项性能达到或超过国家或行业规定的指标。
   敞开式乳化器主要特征有:
  (1)物料出口大、乳化腔的压力低;
  (2)转子和定子间隙大;
  (3)电机为倒置式,电机伸出轴短,乳化器重心低、运行平稳;
  (4)采用一套两个机械密封及辅助装置确保密封的可靠性;
  (5)转速低但剪切面积及剪切效果更佳;
  (6)结构简单、维护方便;
  (7)产能大。
   敞开式乳化器的主要技术参数如下:
  (1)产能:6-10吨/小时(商品乳化炸药)
             6-15吨/小时(露天乳化炸药)
  (2)转定子间隙:径向单边间隙4.5mm,轴向单边间隙8mm.
   (3) 转速:960-980rmp
  (4)能耗率:272-454KG/KW(按产能6-10吨/小时)
   (5) 重量:约600KG
  (6)动率电源:AC 380V 3相 50Hz 22KW 44A
  (7)测控电源:DC24V
  (8)适用品种:乳化炸药等
五、社会及经济效益分析
本项目装备和技术具有明显的特色和优势,突破了乳化炸药乳化工序设备产能不大的瓶颈,技术水平处于国内领先地位,填补了国内空白。AE-HLC-III型一级敞开式乳化器不但具有先进性,也具有很强的适应性,符合我国民爆行业政策,引导着我国工业炸药生产技术发展方向。
1.提高生产效率,增强市场竞争力
本项目产品取得了工业炸药生产中乳化工序的生产能力的突破,大大提高了乳化能力,产能达到6-10T/H,为生产企业大大节省了生产时间,生产企业采用本项目的AE-HLC-III型一级敞开式乳化器,结合科学的管理方法,可极大的提高生产效率,降低成本,增强企业的市场竞争力。
2.减少安全隐患,促进行业安全生产
该设备的安全保护措施齐全,有冷却水断流、电流过载、油水相断料、振动检测等安全措施,并对其实现了安全联锁保护。大大减少炸药生产中的重大安全事故的发生。本项目的实施对推进民爆行业的乳化设备改造,促进行业安全生产,减少国家重大安全事故具有十分重要的意义。
3.落实产业振兴规划,提升自主创新能力
装备制造业是为国民经济各行业提供技术装备的战略性产业,关联度高、吸纳就业能力强、技术资金密集,是产业升级、技术进步的重要保障和国家综合实力的集中体现。要加快振兴装备制造业,必须大规模的开展技术装备自主化工作。通过加大技术改造投入,增强企业自主创新能力,促进产业结构优化升级,全面提升产业竞争力。本项目完全符合国家通过的装备制造业调整振兴规划要求。项目通过自主开发形式,研发工业炸药乳化设备关键技术,增强行业的自主创新能力。项目的实施,将促进工业炸药生产,淘汰落后产品,促进工业炸药产业结构升级,全面提升行业竞争能力。
综上所述,该项目的各项基础条件已具备、时机成熟。项目实施符合国家的产业政策,提高我国民爆行业的的生产水平,大大减低重大安全事故隐患,提高安全管理水平,将产生显著的社会效益和经济效益。

所属类别: 技术论文

该资讯的关键词为:

博评网