(整理)年产2万吨乳化炸药连续自动化生产线设计

课程设计说明书题目:年产1.2万吨乳化炸药连续自动化生产线设计
院（部）：化工学院
专业班级：弹药10-5
学号： 2010301817
学生姓名：陈之兼
指导教师：刘峰
2013 年 7 月 2 日
安徽理工大学课程设计（论文）成绩评定表
目录
前言 (1)
设计说明书正文 (3)
一．确定每天产量 (3)
二．根据每天确定的乳化炸药产量设计水相罐、油相罐的设计 (3)
1水相罐的设计 (4)
2油相罐的设计 (5)
二．设计或选择乳化器 (6)
三．乳化工序 (6)
四．确定冷却系统工序 (7)
五．确定敏化工序 (8)
六．确定装药和包装工序 (8)
七．生产的主要设备 (9)
八．工艺设计 (10)
九．监控系统工序 (11)
1乳化炸药生产线的故障分析 (13)
1.1设备可能形成的故障点及对生产的危害 (13)
1．2工艺参数可能形成的故障点 (13)
2系统设计 (15)
2．1系统的硬件设计 (15)
2．2系统的软件设计 (16)
3系统仿真测试 (17)
3．1系统仿真测试模型 (17)
3．2系统仿真试验 (18)
后记 (21)
参考文献 (22)
前言
06年我国有近400家民爆生产企业，工业炸药年产已达230万t，其中乳化炸药接近90万t，据不完全统计，约有200个生产企业拥有乳化炸药生产线，每个企业年均生产乳化炸药不到5000t，一些生产企业年生产乳化炸药仅为3000余吨，小而分散，技术落后，专业技术人员少，岗位定员多，这就是我国工业炸药的现状，而表现在乳化炸药上更为特出，近几年经大规模技术改造，使得上述问题有所缓解，但突出矛盾并没有解决，万吨级以上的生产线并不多见。

2004年浙江省有两个生产企业验收了年产可达万吨以上的生产线，两条生产线的共同特点是，使用一台乳化器，使用两套凉药敏化装置，这样的一头两尾生产工艺不是解决矛盾的根本方法，因而未能在乳化炸药生产企业得以推广。

在国内，长沙矿冶研究院、北京矿冶研究院等都报导其大产能生产线的研究情况。

据深圳金奥博科技有限公司文献报导，该公司开发的JWL系列乳化炸药连续化生产线在产能上有两套系统，2t／h以下，可采用强冷器与中温发泡，产能在2．5t／h以上采用另一套方式。

北京矿冶研究总院BGRlMM乳化炸药技术公布，其生产技术具有产能大，机械化自动化程度高，连续化流水作业，生产能力8000～14000t／a。

中钢集团马鞍山研究院研究开发的MRB型乳化炸药微机控制连续化生产线其产量最大已达3．7t／h。

国外研究情况：据美国埃列克化学公司文献，美国埃列克化学公
司的乳化炸药生产线只需10名操作人员，采用动态连续乳化，生产能力为25000t／a。

俄罗斯波雷米列系列乳化炸药生产线生产能力为5000～25000t／a，采用动态连续乳化，全自动生产线只需6～8人。

瑞典尼特罗诺贝尔公司乳化炸药生产线生产能力为25000t／a，采用静态连续乳化。

以上可以看出，我国乳化炸药生产工艺与国外相比，在控制手段与工艺上趋于一致，而在规模上有较大差距，据报告，2005年我国工业炸药产量达230万t，而乳化炸药已接近90万t，大多乳化炸药生产厂家乳化炸药小时产能仅为3000～4000t／a，万吨级生产线廖廖无几，2005年国家民爆器材“十一五”规划要求，在民爆产业发达地区形成一批有相当规模和技术力量的优势骨干企业，对规模小、产品水平低的企业要重组改造，企业规模化生产要进一步扩大，要培育一批万吨级、5万t级、10万t级炸药生产企业。

制约我国乳化炸药生产规模的主要原因：
（1）市场需求
与国外先进国家相比，我国工程爆破对炸药的需求有较大差异，我国大型露天矿山少，中小型矿山和民采多，因而，我国工业炸药的药卷规格大多以小型药卷(032～35)为主，出于经济的考虑，又以化学敏化的小型药卷为主，而国外先进国家，其矿山大多以中、深孔爆破为主，因而对小型药卷的需求相对较少，而以中型药卷和散装药居多，且敏化方式基本采用以玻璃微球为材料的物理敏化方式。

（2）工艺上的差异
因市场需求的不同，故其生产工艺就会有差异，国外先进国家乳化炸
药的生产工艺流程是：破碎一溶化．乳化一敏化一装药一凉药．包装入库，而我国乳化炸药的生产工艺流程是：破碎．溶化一乳化．凉药一敏化．装药包装．入库。

其差异主要表现在凉药与敏化工艺上，中国是先凉药后敏化再装药，而国外先进国家是先敏化后装药再凉药，因为国外凉的是药卷，国内凉的是基质，所以，凉药问题对于国外先进国家是不成问题的，而我国则是生产工艺中最重要也是最难处理的一环，也是制约我国乳化炸药向着连续化、规模化发展的瓶颈。

产能不能提高的主要原因是凉药问题，国内凉药系统一般采用静(动态)管道式冷却器，由于乳化基质的热导性不良和基质随着温度的降低而粘度不增加，增加产能无非冷却管道加长，而过长的冷却管道的阻力越来越大，极不利于炸药的安全生产，也破坏了乳化基质的结构，使得炸药性能下降。

设计说明书正文
一．确定每天产量
年产量为12000吨，280个工作日，一天8小时，日产量为43吨，每小时产量为5.36吨，
二．根据每天确定的乳化炸药产量设计水相罐、油相罐的设计（要求：蒸汽加热（蒸汽压力0.1MPa），带有卧式搅拌系统，装有电子秤传感器和温度传感器，流量计的确定）
1 .水相罐的设计
水相罐的主要结构见图3.1，主要由搅拌装置、计量装置、换热板组、罐体、温体和外壳组成。

人孔和进料口在顶部，出料口处于罐体下部最低处，搅拌装置和换热板组都设置在罐体的下部，使水相物料的搅拌和溶化处于最佳状态，水相罐的主要结构设计如下：
图3.1 水相罐结构
（1）罐体容积的确定：乳化炸药生产工艺根据炸药生产能力、 间歇式或连续式操作工况、 罐体制造成本和厂房布置等因素， 设计罐体的容积和配置的数量，罐体容积一般按下式进行计算：
T=V/Q
式中 V ——溶解罐的容积，m 3
T ——循环一次所需要的时间，min
Q ——容积循环速率，m 3/min
取水相的质量g 95M =水相
则，g 84M =硝酸铵 g 4M =水 g 7M =氯化钾
3/g 2.71cm =硝酸铵ρ 3/g 1cm =水ρ 3/g 84.91cm =氯化钾ρ
故水相的密度：
3/g 14.5184.917142.718495M M M M cm =++=++=氯化钾氯化钾水水硝酸铵
硝酸铵
水相水相ρρρρ min /6215.001514
6084085060895.0100043Q 3m =⨯⨯=⨯⨯⨯=水相ρ 由《炸药化学与制造》第222页查得T=20min
故31.12420.0562120TQ V m =⨯==
（2）罐直径和高度的确定：确定罐体的容积 Ｖ后，考虑装液高径比对搅拌功率和对传热的影响，物料搅拌反应特征对装液高径比的要求，以及内置板式组对安装空间的需要，根据常用搅拌容器装液高径比的推荐值， 确定取值范围1～ 1.3。

根据立式圆筒平底平盖常压容器，按照装液高径比的推荐值，由下式： )(43D H D V π=
取H/D=1 则m V D 127.114.31242.14433
=⨯==π , H=D=1.127m
2.油相罐的设计
油相熔贮罐：CYG-Ⅱ-500型，配置两台，容积500L ，生产效率大于400kg.h 该设备采用先进的板式换热技术，具有保温、加热、
秤重、测温等功能。

)(43D
H D V π
= V=500L
所以 H=D=0.86m
二．设计或选择乳化器
采用SRF200-2WS精乳机，该机由上海市化工装备研究所设计并生产，具有结构简单，体积小，噪声低，运转平稳，无机械密封等特点，是我国目前使用的最多的乳化设备之一。

该乳化炸药专用乳化机是民爆行业首次通过技术鉴定的专用设备。

该机设计结构新颖、合理，乳化效率高、产能大、能耗低，综合技术性能居国内领先。

三．乳化工序
硝酸铵用破碎机破碎成小块，通过螺旋输送机投入水相溶化罐，加水升温溶化成水相。

在储罐内保温待用。

油相材料配料后在油相熔化罐内升温熔化成油相，在储罐内保温待用。

水相及油相分别过滤除去杂质，用水相泵及油相泵经过流量计按比例输送至预乳机制成预乳基质，再用螺杆泵把预乳基质注入精乳机，制备成乳化基质。

四．确定冷却系统工序
冷却器（敞开式）
选用南京三普造粒装备有限公司的CF型号冷却器（敞开式）钢带宽度：1.0/1.2/1.5m，有效冷却面积：9.5~36.6m2，布料电机功率：1.5/2.2kw，钢带电机功率：2.2~5.5kw，生产能力：1500~7000kg/h，冷却水用量：10~60 m3，冷却水进口压力≥0.35MPa，钢带材质为进口特种不锈钢，碾矸锟材质为不锈钢或非金属材料，钢带转速和碾压锟转速采用变频器分别无级可调，电器为防爆型。

优点：节能经济材质耐锈，安全防爆。

五．确定敏化工序
敏化器
选用云南民爆集团有限责任公司的WM02-Ⅱ型敏化器，外形尺寸：1950×1100×1400mm3，生产能力：6t/h，主机转数：37r/min(可调)，电机功率：7.5kw，搅拌与壳体的轴向间隙：3mm，径向间隙：12mm，卧式倾斜结构，进出口为敞开式。

六．确定装药和包装工序
只有萍乡金源恒业火工科技有限公司的EL塑筒型装药机满足条件，故选用。

七．生产的主要设备：
序号设备名称型号或规格单位数量
1 硝酸铵破碎机 XP-600 台 1
2 螺旋输送机ⅠΦ300，L=8500 台 1
3 螺旋输送机ⅡΦ300，L=5500 台 1
4 水相溶化罐 1500L 台 2
5 水相储罐 2000L 台 1
6 水相过滤器 HKG-3 台 2
7 油相熔化罐 300L 台 2
8 油相储罐 500L 台 1
9 油相过滤器 HKG-4 台 2
10 水相泵 NM053SY02S12B 台 1
11 水相流量计 - 个 1
12 油相泵 NM038SY02S12B 台 1
13 油相流量计 - 个 1
14 预乳机 SRF120-1WS 台 1
15 预乳螺杆泵 AEIN380-1D 台 1
16 精乳机 SRF200-2WS 台 1
17 基质螺杆泵 AE4N380-1D 台 1
18 加料机 JL 台 1
19 冷却塔 110t/h 台 2
20 水泵Ⅰ H＝30m，Q=85m3/h 台 1
21 水泵Ⅱ H＝30m，Q=75m3/h 台 1
22 冷却器（敞开式） CF 台 1
23 敏化器WM02-Ⅱ型台 1
24 装药机 EL塑筒型台 1八．工艺设计：
图中乳化器为预乳器和精乳器串联组成
生产线优点：
A、生产线采用先进的计算机集散控制系统，自动化程度高、产品性能稳定；
B、生产线可以根据需要生产不同性能的粉状工业炸药，满足不同爆破的需要；
C、在保证产品性能的基础上，采用廉价的原材料，降低生产成本；
D、生产过程的危险工序采用超温、超压、断水、断流、震动频率变异等一系列自动报停机安全保护措施，保证生产过程的安全性；
E、采用低速剪切乳化技术和基质低压输送工艺显著提高生产的本质安全；
F、显著提高产能，每小时产能达6吨；
G、采用结晶温度控制技术和配套生产工艺显著降低了能耗；
九．监控系统工序
生产线使用微机自动控制的三级控制，一级为设备的急停和启动控制，主要针对容易发生意外情况，需要现场人员及时采取措施的设备，二级为可编程控制器传感器，执行机构闭环控制，三级为微机自动控制，通过可编程控制器和其它控制元件完成对生产线的监控，实现自动报警、自动停机和历史数据记录，并具有自动保护提示及故
障显示功能。

这种三级控制一旦微机出现故障，系统的一级、二级控制仍然有效，生产线仍可安全运行。

自破碎开始,乳化、凉药、敏化等都由计算机控制，其乳化是以累计计量取代了连续瞬时计量，提高了计量的准确性和组份配比的一致性，油相、水相先经罐式预乳，再经精乳，大大提高r乳化的效果，克服了一些生产线连续乳化工艺开车前后不合格品多的缺点，开、停车废料可在线处理，符合我国的环保要求。

采用与产能配套的钢带凉药系统，凉药效率高，药层厚度小，采用常压式大产能连续敏化机，它们均为敝开式，提高了生产线的本质安全。

自动控制部分控制系统采用高可靠性，易于扩展和联网，组态灵活，安装调试方便，人机界面友好等优点的DCS系统结构，根据生产要求对水相、油相温度实行自动监测控制，对水相溶化罐、油相溶化罐、预乳釜、预乳液贮罐进行液位监测，确保生产的连续陛，对预乳罐电机、螺杆泵电机、精乳机电机，采用变频调速控制，以满足工艺要求；对冷却水流量进行监测，自动报警；对流量、压力、电机功率，温度进行监测，异常自动报警，直至强行停车，确保生产安全。

采用数字监视监听系统，以多画面或单画面及轮流切换的方式显示摄像机图像，对任何一个摄像画面可进行长时间连续记录，并能进行单画面回放和贮存，设有声音监听系统。

1、乳化炸药生产线的故障分析
1.1设备可能形成的故障点及对生产的危害
乳化炸药生产线的主要设备如下：螺旋输送电机Ml、油相熔化罐电机M2、水相溶化罐A电机M3、水相溶化罐B电机M4、油相储罐电机M5、水相储罐电机M6、油相泵M7、水相泵M8、粗乳器M9、精乳器MIO、布料器M1l、钢带输送电机M12、珍珠岩输送电机M13、连续混拌机M14、热水泵M15、冷水泵M16、螺旋分料电机M17、催化剂泵M18和敏化剂泵M19。

当以上各台设备发生负荷过载时，会使电动机电流增大而烧毁电动机，从而影响生产过程的连续性，严重时可能会造成火灾危险，引发爆炸。

乳化器是乳化炸药生产过程中的关键设备H】，当乳化器出现机械故障(比如疲劳剥落、轴承故障、机械密封或搅拌装置发生故障等)，如果处理不及时，可能导致机械装置之间形成剧烈摩擦，对乳化基质产生高温、挤压、碰撞等机械作用，就极有可能发生爆炸，这些故障征兆都是不可直接观测和检测的。

另外，乳化炸药生产线的各种控制器以及检测仪表，比如可编程控制器、传感器、流量计等，都可能发生故障从而影响生产过程的连续性。

1．2工艺参数可能形成的故障点及对生产的危害
乳化炸药生产过程中工艺参数可能形成的故障点主要包括温度过高、冷却水断流、油水相断料、敏化剂断料、乳化器电流过大等HJ。

根据调研结果和专家经验，得到工艺参数故障点见表1所示。

以下对工艺参数可能形成的故障点及对生产的危害进行具体分析：
(1)温度过高。

油相熔化罐、水相溶化罐A、水相溶化罐B、油相储罐温度、水相储罐温度、乳化基质和热水罐的温度需要实时监控，温度超限直接影响乳化炸药生产线各个环节的物料温度，生产出来的炸药成品性能会受到影响，甚至还会出现更严重的危害。

(2)冷却水断流。

在乳化炸药生产过程中，乳化器是高速旋转设备，需要冷却水对其旋转轴承密封部分进行连续冷却。

若出现冷却水断水情况，会导致乳化器密封损坏，漏药造成局部干磨热积聚，可能会酿成事故。

(3)油水相断料。

当油相储罐缺料或油相管道堵塞时，会造成油相断料；当水相储罐缺料或水相管道堵塞时，会造成水相断料。

油水相断料直接导致乳化器空转，乳化器长期空转可能促使里面的乳化基
质温度升高导致爆炸。

(4)敏化剂断料。

在一定的温度条件下，只有敏化剂分散均匀的乳胶基质在出料之前保持恒定的发泡时间，才能达到乳化炸药密度的控制要求。

因此，敏化剂断料后生产出来的乳化炸药成品质量不符合要求。

(5)乳化器电流过高。

乳化器是乳化炸药生产的关键设备，同时也是故障高发部位，因此需要加强对乳化器的保护。

各种原因导致的乳化器电流过高都要及时报警，乳化器电流过高可能直接导致乳化器故障，严重时可能引发爆炸。

2系统设计
2．1系统的硬件设计
该故障诊断系统的硬件结构采用工业控制计算机(IPC)和可编程控制器(PLC)以及智能调节器构
成的集散控制
结构，其硬件结构如图3所示。

该硬件系统在功能上主要分为三大部分：管理级(上位机)、过程控制级(下位机)和现场测控级，其实质是利用计算机技术对生产过程中出现的故障进行集中监视、操作、管理和对生产过程的各个环节进行分散控制。

2．2系统的软件设计
故障诊断系统的软件设计主要在上位机上完成，主要包括知识库、推理机制、解释机制和人机界面的设计，其软件结构如图4所示。

知识库是整个系统的核心，基于专家系统的显式知识库的建立和基于神经网络的隐式知识库的建立，其质量直接决定了智能故障诊断系统的性能。

推理机制是智能故障诊断系统的最重要组成部分之一。

基于神经网络和专家系统的智能故障诊断系统的推理机制把两种机
制有效结合，不同的推理机制处理不同的知识，发挥各自的优势，使
整个智能故障诊断系统高效运行。

解释机制是智能故障诊断系统中必不可少的部分，是实现系统透明性的主要部件，是智能诊断系统区别于其它计算机程序的重要特征之一，主要负责回答用户可能提出的各种问题。

人机界面是用户和系统进行交互的重要窗口，它的设计应从用户使用的角度出发，使用户易于理解。

此外，其软件界面应该具有简洁、友好的特点，并有帮助系统，以便用户的操作和学习。

3系统仿真测试
3．1系统仿真测试模型
采用VC++6．ox寸智能故障诊断系统的仿真测试模型进行设计，如图5所示。

该仿真测试模型
可以判断智能故障诊断系统是否具有实时故障诊断能力，能否进行准确的故障定位及给出相应的故障处理措施。

仿真平台的系统菜单主要包括系统管理、参数设置、故障模拟和报警记录等，通过点击相应菜
单可以完成不同的功能。

(1)系统管理对系统进行管理和维护，并采用分级管理模式，主要包括登录、密码修改、用户管理、退出等子菜单。

(2)参数设置菜单主要包括温度、流量、电流、质量以及其它参数的设置，所有的参数设置完毕后才能进行仿真测试。

(3)故障模拟菜单是为了对智能故障诊断系统进行测试而设计的，点击故障模拟菜单会弹出故障选择对话框，提示用户选择对故障现象进行测试。

3．2系统仿真试验
以“精乳器故障”为例来说明其仿真测试过程。

该精乳器为立式结构，转子直径100ram，线速度15m／s，电机功率5．5kW，额定电流15A，其仿真测试流程如图6所示。

第一步：登录进入系统并设置各个工艺参数。

如图7所示。

第二步：点击“故障模拟”菜单，选择“精乳器故障”系统会根据收到的系统运行参数与故障征兆表对比。

例如：比较精乳器电流监测值与设定值的大小，会弹出用户信息窗口，如图8所示。

如果监测值大于设定值，点击“是”来确认，否则点击“否”。

再逐一验证可能故障中的其它征兆是否成立，最终诊断结果确认后会显示故障诊断界面，如图9所示。

由图9可知，最后智能故障诊断系统得出结论为冷却水断流，提醒用户检查冷却水是否断流。

设计了工业控制计算机(口c)、PLC和智能调节器相结合的智能故障诊断系统，充分利用IPC软件资源丰富以及可应用不同软件运行复杂任务的特点，在VC++6．0集成开发环境对系统进行模拟仿真，结果显示该系统具有较强的实时故障诊断能力，能进行准确的故障定位，并能给出相应的故障处理措施，可有效防止重大生产事故的发生。

后记
这种生产工艺的最大特点就是生产技术非常先进。

连续式生产的整体安全性非常好，因为在生产的过程中需要的人员很少且劳动强度很低。

所谓“连续性”，就是在生产的过程中物料不会间断，按照溶化--乳化--冷却--敏化－装药－包装的顺序，生产不会间断，生产线布局非常紧凑、合理。

对生产过程中的压力、液位、温度、流量进行有效的监控也使得各个工序匹配的很协调，生产工艺也因得益于专门的安全防护设施而安全性能很高，生产能力达6 吨/小时。

目前国内的生产工艺大多采用大产能连续化自动化生产工艺。

随着科技的发展与进步，对于乳化炸药的生产来说，其生产工艺技术及自动化水平也在不断的进步，我们必须对生产过程中安全隐患加以注意。

本文通过对乳化炸药连续化自动化生产工艺、相关设备及生产安全措施进行简要的介绍，并强调了对各参数的定期校验及自控系统安全设置进行定期可靠性验证的重要性。

能希望通过本文的相关介绍，让读者对乳化炸药的生产工艺以及安全管理有着全新的认识，进一步确保生产安全。

参考文献
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[5]付卓，乳化炸药生产线关键设备及2013/7/62013/7/6自动控制系统，长沙矿山研究院硕士学位论文，2008年6月
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