Рисунок 1 - Трехкамерная шаровая мельница.
Анимация: 53 кадра, 14,3 кадра в секунду, 10 повторов.
| English |
Острой, особенно в летний период времени, проблемой в производстве взрывчатого вещества аммонита является налипание на стенку трехкамерной мельницы продукта. Налипший продукт на стенках мельницы рабочие вынуждены очищать лопатками из цветного металла, для чего все оборудование технологического потока останавливается, что приводит не только к технологическим потерям, но и к созданию взрывоопасной ситуации. Причем, рабочему персоналу приходится иметь непосредственный контакт с вредным для здоровья веществом.
К вышеперечисленным негативным последствиям можно также отнести то обстоятельство, что полная чистка трехкамерной мельницы в производственных условиях занимает более 15 суток. В процессе чистки трехкамерной мельницы происходит быстрое изнашивание зубчатого колеса и привода.
До девяностых годов прошлого столетия производство аммонита осуществлялось периодическим способом, т. е. производилась предварительная подготовка (сушка, измельчение аммиачной селитры, которая после сушки остывала).
Использование в технологическом потоке трехкамерной мельницы непрерывного действия позволило сократить численность рабочего персонала, увеличить производительность, высвободить людей из других зон и, практически, исключить время прямого контакта людей с продуктом. Однако, при этом возникла проблема налипания продукта на стенки мельницы. Вследствие чего увеличились технологические потери рабочего времени на чистку, снизилось качество готового продукта, повысилась опасность технологического процесса и увеличилась вероятность заболеваемости персонала, выполняющего операцию чистки.
С целью изучения факторов, влияющих на налипание продукта к стенкам трехкамерной мельницы, в потоке непрерывного изготовления аммонита были проведены научно – исследовательские работы, которые бы позволили решить проблемы по обеспечению качества, безопасности, защиты здоровья персонала и надежности эксплуатации оборудования.
После проведения таких научно – исследовательских работ были определены основные недостатки данного производства и найдены пути их устранения:
До создания непрерывного производства изготовления аммонита, когда возникла проблема налипания продукта на стенки мельницы, изучением факторов, влияющих на этот процесс, практически не занимались, потому новизна проблемы заключается в определении и изучении и устранении факторов, влияющих на процесс налипания продукта к внутренним поверхностям трехкамерной мельницы непрерывного действия.
Абсолютно очевидные преимущества непрерывного технологического потока требуют как можно скорее решить вопрос об устранении налипания продукта на стенки мельницы. Исследовательские работы по устранению данной проблемы показали, что главными факторами, влияющими на прилипание продукта к стенкам мельницы, являются:
Определив факторы, влияющие на налипание продукта к стенкам трехкамерной мельницы, становится возможным оперативное регулирование процессом управления содержания влаги в готовом продукте и температурой продукта, подающегося в трехкамерную мельницу. Опытные и исследовательские работы предприятий и научно – исследовательских институтов показал, что при содержании влаги в продукте менее 0,2 % и температуре готового продукта, подаваемого в трехкамерную мельницу, менее 30 градусов С налипание практически отсутствует. Регулировка степени измельчения аммиачной селитры осуществляется кулачковой дробилкой и дезинтеграторами. Таким образом, организовав охлаждение аммиачной селитры до температуры не выше 30 градусов и влажностью не более 0,2 %, при поддержании влаги в помещении охлаждения аммиачной селитры не более 0,53 %, становится возможным исключить налипание продукта на внутренние стенки трехкамерной мельницы.
С целью изучения факторов, влияющих на налипание продукта к стенкам трехкамерной мельницы, в потоке непрерывного изготовления аммонита были проведены научно – исследовательские работы, которые бы позволили решить проблемы по обеспечению качества, безопасности, защиты здоровья персонала и надежности эксплуатации оборудования.
Смешением называется процесс, в ходе которого два или несколько компонентов под влиянием соответствующих механических воздействий образуют смесь, то есть такую совокупность, в которой частички каждого компонента, по возможности, равномерно распределены между частичками другого или других компонентов. При идеальном смешении соотношение содержания компонентов в любом элементе объема смеси равно соотношению содержания этих компонентов во всей смеси. Смешение компонентов порошкообразного аммонита 6ЖВ совмещается с дополнительным совместным измельчением аммиачной селитры и тротила в трехкамерных трубных шаровых мельницах.
|
Рисунок 1 - Трехкамерная шаровая мельница. Анимация: 53 кадра, 14,3 кадра в секунду, 10 повторов. |
Шаровая мельница представляет собой барабан, частично заполненный шарами. При вращении барабана вокруг своей оси шары увлекаются трением о его стенку на некоторую высоту, а потом свободно падают, измельчая находящуюся между шарами смесь тротила и аммиачной селитры ударами и истиранием. Сила соударения шаров достигает максимальной величины при максимальной длине пути их свободного падения.
В производстве аммонитов в настоящее время применяют шаровые мельницы периодического действия и шаровые мельницы непрерывного действия. На ГП «НПО «ПХЗ», в частности, применяется трубная трехкамерная шаровая мельница непрерывного действия, в которую загружаются пластмассовые шары диаметром 40, 50 и 60 мм. Их загружают в мельницу в соотношении 1:1:1. Шаровая мельница представляет собой барабан, установленный загрузочной и разгрузочной горловинами в роликоопорах с наклоном в 1 градус в сторону выгрузки. Барабан вращается при помощи электродвигателя мощностью 29кВ*А через редуктор и зубчатый венец с частотой вращения 26 об/мин. От продольного смещения барабан удерживается двумя опорными роликами, на которые он упирается кольцом. Внутренняя полость барабана для более равномерного распределения шаров по его длине разделена решетчатыми диафрагмами на три камеры. В каждую камеру загружается по 900 кг пластмассовых шаров. На внутренней поверхности барабана закреплены продольные ребра. Смесь аммиачной селитры с тротилом подается в барабан шнек - винтом по шнек – трубке, которая проходит в полость шаровой мельницы через сальниковое уплотнение, закрепленное в загрузочной горловине. Последовательно пройдя через три камеры барабана, смесь аммиачной селитры и тротила поступает в разгрузочное отделение барабана, где ребрами – лифтерами поднимается вверх и ссыпается в окно шнек – трубы, по которой шнек –винтом удаляется из полости мельницы.
Смешение и измельчение компонентов производится в трехкамерной мельнице. Порошок передвигается непрерывно вдоль мельницы, переходя из одной секции в другую, с помощью шаров измельчается и перемешивается. На выходе из мельницы расположены ребра – лифтеры, которые захватывают продукт и подают его в конвейер винтовой (шнек). Производительность трехкамерной мельницы регулируется числом оборотов загрузочного винтового конвейера. Смешение и измельчение продукта производится дистанционно в отсутствии людей. Число оборотов загрузочного винтового конвейера устанавливается в соответствии с заданной производительностью, но не более 5 т/час.
Один раз в месяц в каждую секцию добавляется по 30 кг шаров. Один раз в три месяца производится переборка шаров; при этом разбитые шары и шары, диаметром меньше заданного на 5 мм и более удаляются и заменяются новыми до требуемой массы в каждой секции мельницы. В соответствии с рекомендациями директивного регламента один раз в смену контролируется степень измельчения и компонентный состав продукта. При этом дисперсность должна соответствовать следующим требованиям (ГОСТ 4403 – 77):
для подземных работ: остаток на сите №15 – не более 5%
остаток на сите №29 – не более 30%;
для открытых работ: остаток на сите №15 – не более 10%
остаток на сите №29 – не более 35%
остаток на сите №46 – не более 60%.
Однако, опыт эксплуатации оборудования и, в частности, трехкамерной мельницы показал, что проведение определения компонентного состава и дисперсности по процедурам директивного регламента требует создания лаборатории на производственном участке, что не допускает правила устройств специальных предприятий. Проведение же таких анализов в лаборатории предприятия, которая удалена на безопасное расстояние, требует значительного времени на доставку и анализ. Таким образом, отсутствует возможность оперативно производить регулировку технологического процесса. Исходя из вышеуказанных причин, проверку соотношения компонентов на ГП НПО «ПХЗ» производят до загрузки компонентов в мельницу, на узле дозирования, с периодичностью через каждые два часа работы, рабочим персоналом с регистрацией данных в журнале технологического процесса.
Для проведения такого анализа в отделении дозировки установлены весы и два пробоотборника. Степень измельчения аммонита 6ЖВ (продукт) определяется в заводской лаборатории от каждой изготовленной партии по показателю, бризантность которой выполняется в соответствии с требованиями ГОСТа. В соответствии с требованиями ГОСТ 21984 – 76 требование по бризантности к аммонитам составляет не менее 14 мм. Очень важным является тот факт, что чем выше степень измельчения продукта, тем выше его бризантность, что несомненно хорошо, но при увеличении степени измельчения, т. е. дисперсности и бризантности, увеличивается слеживаемость аммонитов. За более чем 25 – летний период изготовления аммонита 6ЖВ на ГП НПО «ПХЗ» по результатам испытаний каждой партии аммонитов, а также периодических испытаний, проводимых независимой лабораторией ежегодно, случаев отклонения по бризантности аммонитов, в том числе и от потребителей, не было, поэтому процедуры определения дисперсности и соотношения компонентов, установленные в технологическом регламенте изготовления аммонита 6ЖВ на ГП НПО «ПХЗ», оправдали себя и проверены временем. Пластмассовые шары в соответствии с ТУХ 4 – 578 – 84 изготавливаются способом литьевого прессования из фенопласта марки 03 – 010 – 02 по ГОСТ 5689 – 79. На поверхности шаров не должно быть вздутий, трещин, раковин , царапин глубиной, более 1,5 мм, инородных включений, сколов и выбоин глубиной более 2 мм. Шары должны быть прочными к удару при падении, для этого их проверяют путем трехкратного сбрасывания шаров на шары с высоты 2,5 м. Изделия считают выдержавшими испытания, если они не разрушились. Диаметр шаров проверяют универсальным шароизмерительным инструментом, обеспечивающим заданную точность измерения. При эксплуатации трехкамерной мельницы с пластмассовыми шарами имели место случаи, когда расколовшиеся шары обнаруживали в отсевах сита просева готовой продукции, а также осколки шаров попадали между корпусом шнека и шнек – винтом, в результате чего увеличивалась нагрузка на привод шнека и он отключался, а за ним и все предыдущее оборудование. Наличие подобных ситуаций не приводит к выходу из строя оборудования и созданию аварийной ситуации в здании производства аммонита 6ЖВ, что еще раз подчеркивает необходимость периодических проверок и переборок пластмассовых шаров.
Трехкамерные шаровые мельницы для производства аммонита 6ЖВ непрерывного действия за период эксплуатации зарекомендовали себя, как надежное безопасное оборудование, обеспечивающее изготовление качественного аммонита 6ЖВ в части перемешивания и измельчения исходных компонентов аммиачной селитры и тротила.
К существенным недостаткам, которые возникают при эксплуатации мельниц, следует отнести налипание продукта (смеси тротила и аммиачной селитры) на внутреннюю поверхность барабана. Следует отметить, что в летний период времени налипание продукта значительно интенсивнее, нежели в зимний период. Причина этого явления заключается в том, что в летний период высушенная аммиачная селитра не успевает остыть после сушки, попадая от дозировки в трехкамерную шаровую мельницу, начинает налипать на стенки внутри барабана. Кроме этого, процесс смешения и измельчения смеси аммиачной селитры с тротилом в трехкамерной мельнице происходит за счет трения, которое, в свою очередь, связано пусть с незначительным, но выделением тепла. В летнее время для снятия с поверхности барабана налипшего продукта, производятся остановки через каждые два часа работы. В зимнее время эти работы производятся один раз в смену, и ,по опыту работы, необходимости в чистке часто не бывает. В летнее время налипший продукт счищается специальными лопатками из цветного металла. Чистка производится при отключенном оборудовании и длительность ее составляет от 15 минут до 1,5 часов, в зависимости от степени налипания продукта. После чистки включается все оборудование. В такие моменты, когда часть мельницы не закрытая шарами и продуктом, очищена, а другая еще не освободилась от налипшего продукта, при вращении происходит «набегание» прилипшей части мельницы к очищенной. При вышеописанном режиме работы мельницы из – за неравномерности нагрузки имеют место разрушения зубьев на зубчатом венце 15, а также преждевременному износу практически всех узлов привода. Важно отметить, что при налипании аммиачной селитры с тротилом на внутреннюю поверхность барабана снижается качество продукции, так как снижаются степени перемешивания и измельчения. В здании, где в обязанности обслуживания трехкамерных мельниц вмешены аппаратчиками смешения, а это женщины, которые выполняют работы по загрузке селитры и тротила к укладке готовой продукции.
Сегодня эта проблема (налипания продукта на стенки трехкамерной мельницы) осталась нерешенной. При налипании продукта на стенки мельницы происходит быстрое истирание сальниковых уплотнений со стороны загрузки, а особенно со стороны выгрузки трехкамерной мельницы. Несвоевременная замена сальниковых уплотнений может привести к просыпанию продукта и созданию взрывоопасной ситуации, т. к. при соединении аммонита с органическими веществами повышается его чувствительность, а значит и вероятность аварийной ситуации.
Еще одним фактором, который может повлиять на степень налипания продукта является влажность аммонита 6ЖВ. Таким образом, два фактора, которые влияют на степень налипания аммиачной селитры и тротила на внутреннюю поверхность барабана – это температура и влага.
Эти же факторы определяют рассыпчатость (отсутствие слеживаемости) у аммонитов. Причем, чем эти факторы ниже, тем качественнее продукт. Анализ влияния температуры и влажности аммонита на работу остального технологического оборудования : шнеков, элеваторов, сит показывает, что оно менее значительно, но пренебрегать им не стоит, потому что горячий и влажный продукт больше налипает на стенки, чем охлажденный и сухой, а следовательно, реже необходимо делать технологические перерывы по их очистке, что увеличивает стабильность и безотказность оборудования. В этой связи необходимо отметить и тот факт, что при чистке рабочий персонал имеет контакт с открытым продуктом, что небезопасно влияет на здоровье. Частые остановки оборудования для чистки приводят к его разгерметизации, вследствие чего быстрее изнашиваются уплотнительные элементы – резиновые уплотнения.
Для снижения температуры аммонита 6ЖВ, которая определяется температурой аммиачной селитры после сушки, предлагается производить охлаждение аммиачной селитры сразу после сушки.
Для реализации предложения научно – исследовательских организаций
по решению вопроса снижения слеживаемости аммонитов, в частности на ГП НПО «ПХЗ», необходимо организовать экспресс анализ поступающей на предприятие аммиачной селитры в части определения влаги, на начальном этапе (входном контроле), а главное – в процессе ее технологической переработки в аммониты. Существующая схема технологического контроля изготовления аммонитов предусматривает периодические отборы проб готового аммонита с последующим их усреднением и отправкой в заводскую лабораторию усредненных проб на проведение полного анализа, в том числе и влажности, от каждой изготовленной партии. При такой организации работ производственный персонал при работах по сушке аммиачной селитры и охлаждению аммонитов практически не регулирует эти процессы, т. е. результаты по влажности готовой продукции становятся известными после изготовления очередной партии. Регулировка процесса сушки при такой организации осуществляется аппаратчиком сушки аммиачной селитры, который только из чисто профессиональных соображений регулирует температуру и объем сушильного агента, а также объем подачи аммиачной селитры на сушку, т. е. регулировка сушки производится исходя из субъективных факторов.
Аналогично производится охлаждение готового продукта на полочном агрегате. При этом аппаратчик приготовления смеси фактически не влияет на процесс охлаждения, т. к. регулировку температуры хладоагента данный технологический процесс не предусматривает. Кроме того, уже не раз отмечалось, что чем ниже температура, а значит температура полок холодильного агрегата, и чем выше температуры аммонита перед упаковкой и окружающего воздуха, тем больше конденсированной из воздуха влаги попадает в готовый продукт. Таким образом, в летний период времени происходит увлажнение готового продукта. В осенне – зимний период времени охлаждение аммиачной селитры, а значит и готового продукта, происходит самопроизвольно, за счет отдачи тепла по технологическому оборудованию и перед упаковкой температура готового продукта не превышает 30? С, причем этот процесс происходит без участия холодильной установки и, таким образом, практически исключается контакт высушенного продукта с влагой, содержащейся в окружающем воздухе, так как оборудование технологического процесса изготовления аммонита 6ЖВ порошка плотно закрывается крышками, на которых имеются резиновые уплотнения, исключающие пыление продукта, а также контакт продукта с окружающим воздухом. Анализ содержания влаги в готовой продукции, изготовленной в летний и зимний периоды времени, показывает, что аммониты, изготовленные в летнее время года обладают большей влажностью, чем аммониты, изготовленные в зимний период года. При этом каких – либо изменений в технологии изготовления не производилось, за исключением отключения холодильной установки.
Это обстоятельство еще раз объясняет подтверждает факт увлажнения готового продукта после сушки в холодильных аппаратах. В этой связи на ГП НПО «ПХЗ» производились работы по охлаждению аммонита в трехкамерных мельницах измельчения и перемешивания продукта путем орошения их поверхности холодной водой. По мнению авторов этого предложения, такой метод охлаждения исключает попадание влаги из воздуха в готовый продукт, так как отсутствует прямой контакт воздуха с продуктом. К сожалению, такой метод охлаждения готовой продукции перед упаковкой не дал положительных результатов, вследствие того, что готовый продукт короткое время находится в трехкамерной мельнице и не успевает остынуть до температуры 30? С, тем более процесс измельчения чешуек тротила и аммиачной селитры пластмассовыми шарами диаметром 50 мм сопровождается незначительным выделением тепла, как и всякий процесс трения. В работах некоторых авторов обращается внимание на следующее обстоятельство, что степень слеживания, т. е. прочность слежавшегося материала возрастает с увеличением разности между исходной и конечной влажностью и между исходной и конечной температурами. Однако, слеживание влажной селитры наблюдается и без ее подсушивания. Обязательным условием слеживания влажной аммиачной селитры является колебание температуры селитры с переходом ее через превращения одной ее модификации в другую, поэтому обязательным условием предупреждения слеживаемости аммиачной селитры является ее сушка и предупреждение увлажнения после сушки. Технологические процессы изготовления аммиачной селитры в обязательном порядке предусматривают сушку последней, в противном случае даже гранулированная аммиачная селитра не обладала бы сыпучестью, однако, содержание остаточной влаги в соответствии с требованиями нормативной документации должно быть не более 0,7%, что, разумеется, недопустимо в производстве аммонитов. Исключительным мог бы быть вариант, когда коммерческие службы ГП НПО «ПХЗ» смогли бы найти изготовителя аммиачной селитры, которые смогли бы гарантировать содержание в ней влаги не более 0,1%. В этом случае в технологическом процессе приготовления аммонита 6ЖВ можно было бы исключить установку растаривания, предварительную дробилку, аппарат сушки, аппарат охлаждения.
Исходя из фактического положения с качеством имеющегося в наличии сырья и материалов и требований, которые установлены к ним в нормативной документации для изготовления аммонита 6ЖВ использовать тротил с содержанием влаги не более 0,08% (ГОСТ 4117 – 78) и аммиачной селитры ЖВГ с влажностью не более 0,8% (ГОСТ 14702 – 79). Охлаждение аммиачной селитры производить сразу после ее сушки, для чего аппарат охлаждения необходимо установить в отделении подготовки селитры смеси. Анализ содержания влаги в аммиачной селитре осуществлять по результатам входного контроля перед запуском в производство, а также после сушки и охлаждения аммиачной селитры. Контрольными цифрами по содержаниям влаги в аммиачной селитре установить не более 0,08%, а температурный коэффициент не более 23? С. Организовать экспресс анализ определения влажности аммиачной селитры до и после сушки, таким образом, свести к минимуму влияние субъективных факторов, влияющих на процесс подготовки аммиачной селитры, и осуществить объективное регулирование процессом с помощью галогенных определителей влажности, выполняющих эту операцию за несколько минут и имеющих следующие характеристики.
В соответствии с «Правилами эксплуатации предприятий» при производстве промышленных ВВ оборудование должно быть максимально герметизировано. В рабочих помещениях должна производиться систематическая мокрая уборка. В помещениях, где технологический процесс связан с пересыпанием и перетеканием электризующихся взрыво - и пожароопасных продуктов должна поддерживаться относительная влажность воздуха в соответствии с техническими условиями на продукт.
К категории Г относятся процессы (операции) с веществами, способными поддерживать горение (бертолетова соль, аммиачная селитра и др.).
В производственных ВВ допускается погрузка готовой продукции с потока в вагон у здания категории А. Затем находится, как правило, за вагоном или траверсом в укрытии на расстоянии, исключающем передачу детонации. Укрытие от вагона должно быть засыпано слоем земли не менее 1 м для защиты от осколков.
Для реализации проблемы налипания продукта на внутренние стенки трехкамерной мельницы необходимо выполнить следующие мероприятия: перенести существующий полочный аппарат охлаждения во вновь построенную пристройку к отделению подготовки селитры, где сразу после измельчения аммиачной селитры в дезинтеграторах производить ее охлаждение до температуры не выше 30 градусов и влажности не более 0,2 %. При этом следует учесть, что в пристройке охлаждения аммиачной селитры существует законная возможность создать условия, при которых влажность воздуха не превышала 53 %. По состоянию на сегодняшний день, когда аппарат охлаждения расположен в отделении упаковки готовой продукции, такие условия по влажности создать невозможно, так как в соответствии с «Правилами устройств и эксплуатации» влажность воздуха в этом помещении, где присутствует взрывчатое вещество, должна быть не более 65%, потому что увлажнением воздуха в помещении создается защита от статического электричества. А значит, в этом помещении после сушки происходит увлажнение готового продукта.