Способ пневматического транспортирования сыпучих материалов

 

Изобретение относится к промышленности по переработке взрывчатых веществ и касается способа пневматического транспортирования сыпучих горючих и взрывчатых материалов. Способ заключается в том, что материал загружают в питатель с последующей его герметизацией, после чего из материала формируют поршни и перемещают их по транспортному трубопроводу в приемное устройство при перепаде давления. Поршни материала формируют при закрытом затворе, который расположен перед приемным устройством. При этом осуществляют перемещение поршней при закрытом затворе на входе в транспортный трубопровод. Изобретение позволяет повысить безопасность процесса пневмотранспорта сыпучих горючих и взрывчатых материалов. 1 з.п.ф-лы, 1 ил., 1 табл.

Предлагаемый способ относится к промышленности по переработке ВВ и может быть использован при организации внутри- и межцехового транспорта сыпучих горючих и взрывчатых материалов.

Один из основных недостатков пневмотранспортных систем (применительно к производствам взрывчатых материалов) заключается в возможности распространения детонации или пламени по всей установке при взрыве на одном из ее элементов. В настоящее время известно несколько способов организации пневматического транспортирования сыпучих горючих и взрывчатых материалов, в которых предусмотрены мероприятия, направленные на обеспечение безопасности.

Известен способ пневмотранспорта сыпучих ВВ, основанный на создании разрыва в сплошности потока аэросмеси путем подачи дополнительного количества транспортирующего газа в расширенный участок транспортного трубопровода (SU, 388981, 05.07.73).

Создание в одном из участков трубопровода аэросмеси с концентрацией материала меньше взрывоопасной позволяет предотвратить распространение детонации (горения) по всей установке. Однако, в случае транспортирования таких ВВ как ТЭН, гексоген, октаген, черный порох, этот способ не гарантирует прерывания детонации (горения), вследствие колебания концентрации материала в аэросмеси и возможного ее повышения до взрывоопасных значений. К недостаткам этого способа следует отнести также большой расход воздуха, что в конечном итоге приводит к вырождению пневмотранспорта в плотном слое в пневмотранспорт в разбавленной фазе со всеми присущими этому виду транспорта недостатками.

Известен способ организации пневмотранспорта сыпучих ВВ, основанный на создании по всей длине трубопровода концентрации материала в аэросмеси ниже взрывоопасной (Дубнов Л.В., Романов А.И., Воронцов В.Р. Изучение канализованной передачи детонации между зарядами ВВ и оценка взрывчатых свойств взвесей ВВ. / сб. Использование взрыва в народном хозяйстве, ч. 1. - Киев, Наукова думка, 1970, с. 19-31). Значение скоростей, соответствующих такому режиму, превышают 15 м/с, что неизбежно приводит к повышению измельчения материала и образованию опасных зарядов статического электричества. Эти обстоятельства не позволяют использовать описанный способ в промышленности по переработке материалов.

Прототипом предлагаемого способа является способ импульсной транспортировки поршней материала (Вопросы импульсного пневмотранспорта, газоочистки и пневматического перемешивания дисперсных материалов. - Томск, Изд. Томского университета, 1972, с. 3-44. Способ заключается в том, что материал загружают в емкость, связанную с транспортным трубопроводом. На входе в трубопровод установлен импульсный клапан, который образует в трубопроводе чередующиеся объемы транспортируемого материала и сжатого воздуха.

Недостатки способа прототипа: При такой организации процесса в промежутках между высококонцентрированными участками аэросмеси создаются зоны с пониженной концентрацией, что уменьшает вероятность распространения детонации (горения) по транспортному трубопроводу. Однако, в виду колебаний концентрации материала в воздушных промежутках и наличии некоторого количества материала на дне транспортного трубопровода, существует вероятность взрыва всей установки.

Целью данного способа является повышение безопасности процесса пневмотранспорта сыпучих горючих и взрывчатых материалов.

Поставленная цель достигается путем предотвращения возможности передачи детонации (горения) между питателем и приемной емкостью путем установки на трубопроводе затворов, способных остановить распространение детонации или горения (затворов-прерывателей), а также соответствующей организации пневмотранспорта, обеспечивающей возможность одному из прерывателей в любой момент времени действия установки находится в положении "закрыто".

Сущность предлагаемого способа пневматического транспорта сыпучих горючих и взрывчатых материалов состоит в том, что после загрузки продукта в питатель, последующей его герметизации под действием перепада давления осуществляют формирование и перемещение поршней материала под действием перепада давления по транспортному трубопроводу, причем для повышения безопасности процесса формирование поршней осуществляют при закрытом затворе-прерывателе, расположенном перед приемным устройством и открытом затворе-прерывателе на входе в трубопровод (I). Перемещение сформированных поршней осуществляют после закрытия затвора-прерывателя на входе в трубопровод и последующего перевода затвора-прерывателя, расположенного перед приемным устройством, в положение "открыто" (II). В предпочтительном варианте производится формирование и перемещение одного поршня материала длиной где l - длина трубопровода, занятая продуктом; L - длина трубопровода, ограниченная затворами-прерывателями; P_атм ≈ 10⁵ Па - атмосферное давление; P_изд - избыточное давление на транспортирование материала (III).

Признак I - формирование поршней материала осуществляют на преграде - закрытом затворе-прерывателе детонации (горения), расположенном перед приемным устройством, неизвестен в способах организации процесса пневмотранспорта.

Признак II - перемещение поршней материала осуществляют после закрытия затвора-прерывателя, на выходе в трубопровод и последующего перевода затвора - прерывателя, расположенного перед приемным устройством в положение "открыто", не известен в способах организации процесса пневмотранспорта.

Признак III - в предпочтительном варианте производится формирование и перемещение одного поршня материала длиной где
l - длина трубопровода, занятая продуктом;
L - длина трубопровода, ограниченная затворами-прерывателями;
P_атм ≈ 10⁵ Па - атмосферное давление;
P_изб - избыточное давление на транспортирование материала,
не известен в способах организации пневмотранспорта.

Доказательство критерия "существенные отличия".

Совокупность общих и отличительных признаков позволяет в любой момент времени действия установки иметь между питателем и приемником преграду, позволяющую остановить распространение фронта детонации или горения. Для реализации способа могут использоваться различные конструкции затвора-прерывателя: пробковые краны, задвижки, пережимные затворы-отсекатели. При этом размеры и материал перекрывающего трубопровод элемента должны быть выбраны с учетом обеспечения необходимой степени ослабления ударной волны или поглощения тепла, выделяющегося при горении. Способы расчета характеристик общеизвестны. Следует отметить, что решение о формировании транспортируемых поршней на преграду стало возможным лишь при предлагаемом способе пневмотранспорта, вследствие транспортирования материала одним или несколькими поршнями, не занимающими всей длины трубопровода. Все известные способы организации пневмотранспорта основаны на непрерывности перемещения продукта, который в виде сплошного потока или чередующихся поршней заполняет весь трубопровод. В этом случае перекрытие преградой транспортного трубопровода неминуемо приведет к его "завалу" и невозможности возобновления пневмотранспорта.

В предлагаемом решении возможно снижение скорости движущегося потока. Ее величину будет определять возникающее впереди поршней противодавление, которое можно регулировать организацией сброса газа перед закрытой преградой. Необходимость этой операции возникает лишь в случае, если часть трубопровода, занятая материалом, будет иметь длину

Указанное соотношение можно считать границей оптимальной длины поршня. Помимо упрощения обслуживания установки, оно приводит к улучшению условий безопасности, вследствие отсутствия материала в зоне действия затвора-прерывателя.

Способ поясняется примерами его осуществления. Исследования проводились на установке, схема которой представлена на чертеже. Установка состоит из питателя 2, системы подачи сжатого воздуха 1, импульсного клапана 3 с затвором 9 подачи воздуха на формирование поршней, затворов-прерывателей детонации 4 и 6, транспортного трубопровода 5, затвора 10 подачи воздуха на транспорт поршня, приемной емкости 7 и системы очистки отработанного воздуха 8.

Производилась транспортировка аммонита N 6ЖВ. Длина транспортного трубопровода составляла 117 м, внутренний диаметр 32 и 50 мм. Экспериментальные данные приведены в таблице.

Данные, приведенные в таблице, являются усредненными значениями не менее трех параллельных опытов. В опытах 1, 3 весь цикл пневмотранспорта осуществлялся при открытых затворах-прерывателях 4, 6. В опытах 2 и 4 транспортирование производилось по предложенному способу. Организация процесса в этом случае осуществлялась в следующей последовательности. После загрузки материала в питатель производилась его герметизация, в питателе устанавливалось давление на формирование поршня. При этом прерыватель 6 устанавливался в положение "закрыто", а прерыватель 4 "открыто". Далее при открытии клапана 3 в течение 3 с производилось формирование поршней продукта. После чего клапан 3 закрывался, а поршень продолжал свое движение под действием воздуха, поступающего через затвор 9. По прохождении задней границы поршня через открытый затвор-прерыватель 4 последний закрывался, а открывались затвор-прерыватель 6 и затвор 10 подачи сжатого воздуха на перемещение поршня. После прихода поршня материала в приемное устройство производилась его выгрузка, и цикл повторялся.

Анализ полученных результатов позволяет заключить, что транспортирование материала по предлагаемому способу лишь незначительно увеличивает время перемещения поршня при сохранении на прежнем уровне всех остальных параметров процесса. При этом в любой момент времени транспортный трубопровод был перекрыт затвором-прерывателей детонации.

Следующим этапом испытаний явилось выявление возможности использования прерывателя для локализации детонационного процесса. Для этого были проведены эксперименты по определению влияния наличия перекрывающей трубопровод преграды на передачу детонации между двумя насыпными зарядами аммонита. В качестве преграды использовалась задвижка с перекрывающим элементом из Ст. 3 толщиной 30 мм. Аммонит засыпался в трубопровод вплотную к перекрывающему элементу таким образом, чтобы длина активного и пассивного заряда составляла не менее 0,5 м. Далее с помощью электродетонатора проводился подрыв активного заряда. Во всех опытах передачи детонации не произошло. Следует отметить, что условия проведения эксперимента соответствуют наихудшим (с точки зрения безопасности) условиям. При эксплуатации установок передача детонации может идти лишь по следу продукта, находящемуся на дне транспортного трубопровода.

Положительный эффект предлагаемого способа пневматического транспортирования сыпучих горючих и взрывчатых материалов в сравнении с прототипом позволяет добиться большей безопасности процесса путем предотвращения возможности распространения детонации или горения между питателем и приемным устройством, не ухудшая при этом гидродинамических параметров процесса.

Формула изобретения

1. Способ пневматического транспортирования сыпучих материалов, заключающийся в том, что материалы загружают в питатель с последующей его герметизацией, затем из материала формируют поршни и перемещают их по транспортному трубопроводу в приемное устройство при перепаде давления, отличающийся тем, что, с целью повышения безопасности процесса путем предотвращения передачи детонации между питателем и приемным устройством, формирование поршней материала осуществляют при закрытом затворе, расположенном перед приемным устройством, а перемещение поршней - при закрытом затворе на выходе в транспортный трубопровод.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что формируют один поршень в материале длиной

где l - длина формируемого поршня,
L - длина транспортного трубопровода, ограниченного затворами;
P_атм= ≈10⁵ Па - величина атмосферного давления;
P_изб - величина избыточного давления на транспортирование материала.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2