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摘要：根据可使用硝酸铵溶液为原料的乳化炸药的生产工艺特点,从输送效果、管道畅通度及水蒸汽对硝铵水溶液浓度影响三方面分析了夹套使用蒸汽保温的硝酸铵溶液管道所存在的问题，并针对性地提出了对输送管道进行升级改造，使用保温棉保温且进行了保温层理论计算,最终达到了理想效果。改造后的输送工艺得到了优化，提高了系统经济性和安全性。
关键词：长距离；硝酸铵；保温；技术改造
中图分类号：TQ5644文献标志码：A 文章编号：
Energy-saving insulation technology of long-distance delivery for ammonium nitrate solution
Bian Xu-lai①,Zhu Rong-qiang①, Zhang Chun-miao①, Huang Yin-sheng②
①Shaan Xi Hong Qi Industrial Explosive GROUP CO..LTD（Shaan xi Baoji721013)
②School of Chemical engineering, Nanjing University of Science and Technology (Jiangsu Nanjing,210094)
Abstract：According to the function of the emulsion explosive production process,for the characteristic of the using ammonium nitrate solution as raw material, it analyses from the three aspects that problem exists at the jacketed ammonium nitrate solution pipeline by the steam insulating: deliver effects, unimpeded pipeline and the results that water vapor affects on the concentration of ammonium nitrate solution, And targeted upgrading the delivery pipeline, uses cotton insulating methods and calculates insulating theoretically, ultimately achieves the desired effect. After transformations, the delivery process has been optimized to improve the economical efficiency and safety of the system.
Keywords: long distance; ammonium nitrate; insulation; technological transformation
乳化炸藥作为我国工业炸药的主导产品，通常认为，它是以硝酸铵等氧化剂水溶液的微细液滴为分散相，悬浮有分散气泡或空心玻璃微球或其它多孔性材料的似油类物质构成的连续介质中，形成一种油包水型特殊乳化体系[1]。在乳化炸药生产时, 一般采取将固体工业硝酸铵粉碎后加水加热制成硝酸铵溶液后进行乳化制得炸药[2]。目前各个乳化炸药生产厂家都是将制备好的硝酸铵溶液通过泵送到贮存罐进行使用。陕西红旗民爆集团股份有限公司2008年由北京五洲规划设计院主持设计，采用湖南金能科技股份有限公司先进工艺技术，在凤翔生产点建成年产的1万吨和1.2万吨乳化炸药生产线，两条生产线共使用一个水相制备工序，在全国首次采用超过200m夹套管道使用蒸汽保温输送硝铵水溶液技术，既而将水相制备工序和制药包装工序分开，减少了在线人数，提高了生产的本质安全性。2010年，公司结合之前使用情况对此项技术进行改造，改变了原来的夹套使用蒸汽保温，改造后，其中一条硝酸铵输送管道长度为240m，管
道进口与出口介质温差不超过5℃，成为国内最长的硝酸铵水溶液输送管道。
1 长距离输送硝酸铵溶液节能保温技术
1.1 长距离输送硝酸铵溶液节能保温技术工艺确定
管道内壁温度/℃ 50 100 150 200
许可最大热损失/(W·m-2) 58 93 116 140
夹套使用蒸汽保温工艺不足：1、保温时需对蒸汽夹层进行预热、冲洗及保温，工序繁琐；2、保温的蒸汽最终排入大气，浪费严重；3、长期使用，管道渗漏，水蒸汽对硝铵水溶液浓度影响很大，维修费用和难度加大；4、停产后再开产由于硝酸铵在管道残留，造成管道结晶堵塞，疏通难度大，影响正常生产；5、制造夹套管道要求技术高，费用较大。公司经过充分论证，对硝铵水溶液输送管道进行改造，去掉了原来使用蒸汽保温夹套层，而改用保温棉保温，仅需要在开产前对输送管道用热蒸汽进行预热疏通，利用水相本身温度自我加温，在输送管道出口处增加了三通球阀，便于冲洗管道的蒸汽冷凝水排出储罐外。送料前，只需要蒸汽对水相输送管道进行疏通预热，待蒸汽从水相输送管道出口冒出后，关闭蒸汽阀，打开水相输送总阀，开启水相溶化罐下料阀，开启螺杆泵进行水相输送。新的保温方法解决了原工艺存在的问题，且使用简单，一次性投资少，运行费用低。现有工艺流程如图1：
图1工艺流程图
1.2 保温层厚度的计算
保温层主要是以减少管道内溶液在输送过程中的热损失为目的的，并保证高温溶液在管道出口处的温度值。满意的管道保温一般包括两个方面：一方面是选择良好的保温材料，采用合理的保温结构。另一方面，保温的效果还取决于保温层的厚度，减少输送的散热损失。因此，我们通过大量实验和计算确定了保温材料和最佳保温层厚度（经济厚度），使得保温后的散热损失费用与保温工程投资的年分摊费用之和为最小，以获得最佳的经济效果[3]。安全方面严格按照国家标准GB4272-92中的规定执行。输送管道保温层结构厚度设计以经济厚度为原则，其散热损失不得超过表1的数值。
表1 工况运行下高温管道最大热损失
在高温输送管道保温层厚度的计算中，管道的保温材料一般为耐高温绝热材料，在不考虑其它情况所产生的热损失，保温层厚度可按
下式计算：
式中：
——保温层厚度，m;
——保温层外径，m;
——管道外径，m;
——空气的导热率，W(m·K);
——保温层外界控制温度，℃；
——管道周边空气温度，℃；
——在运行过程中材料的导热率，W(m·K);
热损失的计算：
空气热阻计算式为
式中
——空气的热阻，W(m·K)
保温层热阻计算式为：
空气中硝酸铵溶液输送管道单位长度热损失的计算式为：
经过计算和试验，我们选用复合硅酸盐管道保温材料作为保温材料，厚度100mm，管道保温层外用0.5mm铝皮作防水保护处理，既美观又防腐[4]，不但满足工程的要求，而且满足其经济厚度。
2经济效益
此管道经过本次技术改造，投资少、见效快。具体数据见表2。
表2 改造前后经济效益对比
此次改造投资费用可节约10万元，从近一年的运行成本分析，年节约蒸汽耗煤成本14.4万元，维修费用4万元，取得了明显的经济效益。
3结论
通过技术改造，我公司两条乳化炸药生产线累计生产各类乳化炸药8万余吨， 消除了因水相输送技术等各种问题而影响正常生产和产品质量，节约蒸汽用原煤用量，也减少了维修费用，同时还减少了在线人数及降低员工劳动强度，提高了系统的可靠性,提高了自动化水平, 为生产线持续安全、平稳、高效运行奠定了基础,成为公司技术创新的又一大亮点，在行业内产生很大的影响力，诸多兄弟单位相继参观考察并运用该工艺技术。
参考文献:
[1]汪旭光.乳化炸药［M］.第二版.北京: 冶金工业出版社，2008：3-4.
[2]韩学军, 刘延义, 陈静等.乳化炸药用硝酸铵溶液原料系统设计［J］. 荆门职业技术学院学报,2008,23（12）:10-11.
[3]李少华，刘宝玉，戚积功等.架空高温输油管道保温层厚度设计［J］. 当 代 化 工, 2011 ,40（1):97-99.
[4]金樟其.合理选择蒸汽管道保温材料［J］.新型建筑材料，2006.8：75-77。
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作者简介： 边旭来(1974.9), 男，工程师，主要研究方向：工业炸药
关键词：长距离；硝酸铵；保温；技术改造
中图分类号：TQ5644文献标志码：A 文章编号：
Energy-saving insulation technology of long-distance delivery for ammonium nitrate solution
Bian Xu-lai①,Zhu Rong-qiang①, Zhang Chun-miao①, Huang Yin-sheng②
①Shaan Xi Hong Qi Industrial Explosive GROUP CO..LTD（Shaan xi Baoji721013)
②School of Chemical engineering, Nanjing University of Science and Technology (Jiangsu Nanjing,210094)
Abstract：According to the function of the emulsion explosive production process,for the characteristic of the using ammonium nitrate solution as raw material, it analyses from the three aspects that problem exists at the jacketed ammonium nitrate solution pipeline by the steam insulating: deliver effects, unimpeded pipeline and the results that water vapor affects on the concentration of ammonium nitrate solution, And targeted upgrading the delivery pipeline, uses cotton insulating methods and calculates insulating theoretically, ultimately achieves the desired effect. After transformations, the delivery process has been optimized to improve the economical efficiency and safety of the system.
Keywords: long distance; ammonium nitrate; insulation; technological transformation
乳化炸藥作为我国工业炸药的主导产品，通常认为，它是以硝酸铵等氧化剂水溶液的微细液滴为分散相，悬浮有分散气泡或空心玻璃微球或其它多孔性材料的似油类物质构成的连续介质中，形成一种油包水型特殊乳化体系[1]。在乳化炸药生产时, 一般采取将固体工业硝酸铵粉碎后加水加热制成硝酸铵溶液后进行乳化制得炸药[2]。目前各个乳化炸药生产厂家都是将制备好的硝酸铵溶液通过泵送到贮存罐进行使用。陕西红旗民爆集团股份有限公司2008年由北京五洲规划设计院主持设计，采用湖南金能科技股份有限公司先进工艺技术，在凤翔生产点建成年产的1万吨和1.2万吨乳化炸药生产线，两条生产线共使用一个水相制备工序，在全国首次采用超过200m夹套管道使用蒸汽保温输送硝铵水溶液技术，既而将水相制备工序和制药包装工序分开，减少了在线人数，提高了生产的本质安全性。2010年，公司结合之前使用情况对此项技术进行改造，改变了原来的夹套使用蒸汽保温，改造后，其中一条硝酸铵输送管道长度为240m，管
道进口与出口介质温差不超过5℃，成为国内最长的硝酸铵水溶液输送管道。
1 长距离输送硝酸铵溶液节能保温技术
1.1 长距离输送硝酸铵溶液节能保温技术工艺确定
管道内壁温度/℃ 50 100 150 200
许可最大热损失/(W·m-2) 58 93 116 140
夹套使用蒸汽保温工艺不足：1、保温时需对蒸汽夹层进行预热、冲洗及保温，工序繁琐；2、保温的蒸汽最终排入大气，浪费严重；3、长期使用，管道渗漏，水蒸汽对硝铵水溶液浓度影响很大，维修费用和难度加大；4、停产后再开产由于硝酸铵在管道残留，造成管道结晶堵塞，疏通难度大，影响正常生产；5、制造夹套管道要求技术高，费用较大。公司经过充分论证，对硝铵水溶液输送管道进行改造，去掉了原来使用蒸汽保温夹套层，而改用保温棉保温，仅需要在开产前对输送管道用热蒸汽进行预热疏通，利用水相本身温度自我加温，在输送管道出口处增加了三通球阀，便于冲洗管道的蒸汽冷凝水排出储罐外。送料前，只需要蒸汽对水相输送管道进行疏通预热，待蒸汽从水相输送管道出口冒出后，关闭蒸汽阀，打开水相输送总阀，开启水相溶化罐下料阀，开启螺杆泵进行水相输送。新的保温方法解决了原工艺存在的问题，且使用简单，一次性投资少，运行费用低。现有工艺流程如图1：
图1工艺流程图
1.2 保温层厚度的计算
保温层主要是以减少管道内溶液在输送过程中的热损失为目的的，并保证高温溶液在管道出口处的温度值。满意的管道保温一般包括两个方面：一方面是选择良好的保温材料，采用合理的保温结构。另一方面，保温的效果还取决于保温层的厚度，减少输送的散热损失。因此，我们通过大量实验和计算确定了保温材料和最佳保温层厚度（经济厚度），使得保温后的散热损失费用与保温工程投资的年分摊费用之和为最小，以获得最佳的经济效果[3]。安全方面严格按照国家标准GB4272-92中的规定执行。输送管道保温层结构厚度设计以经济厚度为原则，其散热损失不得超过表1的数值。
表1 工况运行下高温管道最大热损失
在高温输送管道保温层厚度的计算中，管道的保温材料一般为耐高温绝热材料，在不考虑其它情况所产生的热损失，保温层厚度可按
下式计算：
式中：
——保温层厚度，m;
——保温层外径，m;
——管道外径，m;
——空气的导热率，W(m·K);
——保温层外界控制温度，℃；
——管道周边空气温度，℃；
——在运行过程中材料的导热率，W(m·K);
热损失的计算：
空气热阻计算式为
式中
——空气的热阻，W(m·K)
保温层热阻计算式为：
空气中硝酸铵溶液输送管道单位长度热损失的计算式为：
经过计算和试验，我们选用复合硅酸盐管道保温材料作为保温材料，厚度100mm，管道保温层外用0.5mm铝皮作防水保护处理，既美观又防腐[4]，不但满足工程的要求，而且满足其经济厚度。
2经济效益
此管道经过本次技术改造，投资少、见效快。具体数据见表2。
表2 改造前后经济效益对比
此次改造投资费用可节约10万元，从近一年的运行成本分析，年节约蒸汽耗煤成本14.4万元，维修费用4万元，取得了明显的经济效益。
3结论
通过技术改造，我公司两条乳化炸药生产线累计生产各类乳化炸药8万余吨， 消除了因水相输送技术等各种问题而影响正常生产和产品质量，节约蒸汽用原煤用量，也减少了维修费用，同时还减少了在线人数及降低员工劳动强度，提高了系统的可靠性,提高了自动化水平, 为生产线持续安全、平稳、高效运行奠定了基础,成为公司技术创新的又一大亮点，在行业内产生很大的影响力，诸多兄弟单位相继参观考察并运用该工艺技术。
参考文献:
[1]汪旭光.乳化炸药［M］.第二版.北京: 冶金工业出版社，2008：3-4.
[2]韩学军, 刘延义, 陈静等.乳化炸药用硝酸铵溶液原料系统设计［J］. 荆门职业技术学院学报,2008,23（12）:10-11.
[3]李少华，刘宝玉，戚积功等.架空高温输油管道保温层厚度设计［J］. 当 代 化 工, 2011 ,40（1):97-99.
[4]金樟其.合理选择蒸汽管道保温材料［J］.新型建筑材料，2006.8：75-77。
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作者简介： 边旭来(1974.9), 男，工程师，主要研究方向：工业炸药