硝化棉真空熱脫水裝置棉漿輸送技術

王國英，劉錫朋，汪 煉，韓智鵬，蔣曉輝，舒澤勝

(中國兵器工業第五八研究所 工業自動化工程技術部，四川 綿陽 621000)

硝化棉是以棉纖維為原料的硝化棉纖維素，是制造油黑、涂料、油漆、軍工發射藥等不可缺少的重要原料［1］。采用基于真空熱脫水工藝的硝化棉真空熱脫水裝置可以完成硝化棉的連續高效脫水驅水過程，可以有效解決目前國內普遍采用的間斷離心式脫水驅水工藝存在的工人勞動強度大、容易引入雜質;驅水均勻性差，驅水效率低;酒精在硝化棉中分布不均勻，投入量大、揮發性大等問題。針對稀棉漿的特性，對硝化棉棉漿輸送技術進行了研究。

1 硝化棉真空熱脫水裝置稀棉漿配制及輸送過程簡介

根據硝化棉的熱脫水工藝，硝化棉在調濃槽配制成一定濃度的硝化棉水溶液后，通過相應泵及管路以一定的流量輸送至真空熱脫水機布料斗，如圖1 所示。

圖1 硝化棉棉漿配制、輸送管路結構簡圖

由于硝化棉不溶于水，與水混合后的稀棉漿屬于懸浮液，在流速較低的狀態下，極易沉淀;硝化棉是短纖維狀，容易相互結團而附著于管路內壁。因為上述原因，導致硝化棉棉漿在輸送過程中極易發生堵塞管路現象，對硝化棉熱脫水生產過程的生產效率和生產質量造成嚴重影響。

2 硝化棉棉漿物料輸送技術研究

2.1 硝化棉棉漿輸送管道防堵塞設計

為了防止棉漿輸送管路的堵塞，在進行輸送管路設計時，采取了如下措施:

1)根據布料流量選取合適流量及足夠揚程的無堵塞型棉漿泵7

為確保棉漿在輸送管路內有良好的流動性以使棉漿在管道內不沉淀，泵的流量Q1 應數倍于布料流量Q2，棉漿泵輸送出的棉漿絕大部分(80% ～90%)是以溢流Q3 形式從溢流管8 流回調濃槽1，根據經驗并經現場調試Q1、Q2、Q3的流量關系為:

在確定泵的揚程時，要確保當棉漿輸送至高位槽9 時，還要有足夠的沖擊能量，使高位槽內棉漿產生翻滾流動(高位槽不能過大，高位槽的進料管需置于罐體的底部)，使硝化棉棉漿不在高位槽9 內產生沉淀?？紤]到棉漿管12 爬升高度低于6 m，輸送距離在20 m 以內，綜合設備的產量要求，選擇揚程為18 m 的自吸無堵塞排污泵。

2)選擇適當的棉漿管12、放料管13 通徑

當棉漿管12 通徑過小時，呈短纖維狀的硝化棉極易附著于管路內壁并相互結團堵塞管路，很容易發生堵塞，在管線彎道處堵塞情況更為嚴重;當管徑過大時，則由于當棉漿泵的流量和揚程是一定時，管徑越大，硝化棉在管道內流速越小，當管道內流速低于一定速度時，硝化棉棉漿將在管路中快速沉淀，更易發生堵塞［2-3］。經過核算，將棉漿管12 通徑在設計計算的DN32 基礎上放寬至DN50 以避免發生堵塞情況。

在選擇放料管13 的通徑大小時，要求在同樣通徑調節閥10 開度為50% ～60%能滿足布料流量要求，因為此時調節閥的調節范圍寬，且調節閥的流量與開度的線性度也較好。經過核算，放料管13 的通徑確定為DN50。

3)通過優化工藝管線布置減小管路阻力，增大回流壓力

在進行工藝管線設計及施工布管時，盡量減少不必要的彎道;當彎道不可避免的時候，盡量不使用90°彎道，而使用常用的45°或其它低于90°的彎道。

因回流、溢流、放料壓力較低，所以在布管時，回流管(棉漿管12 回流部分)、溢流管14、放料管13 必需確保至少大于5%的坡度，以通過重力增大回流壓力，提高流速。

4)增大管路內表面光潔度

由于管路及容器粗糙的內表面容易引起硝化棉短纖維附著并相互結團而堵塞管路，所以容器內壁(高位槽及調濃槽)內表面要求要光潔;管路內壁粗糙度不易控制，則盡量減少焊接接縫和彎道。

管道在使用之前或生產結束后，開啟沖水閥12，使用工藝用水對管線進行沖洗，以避免余留過多的硝化棉棉漿附著于管路粗糙內避或彎道處。

5)降低棉漿配置濃度并保持棉漿濃度均勻性

將硝化棉與水的質量百分比控制在較小的比值，以減小硝化棉纖維的附著和結團概率。

同時，硝化棉棉漿配制好后，經過攪拌均勻后才能開啟棉漿泵7 將其輸送至高位槽9，且在生產過程中不能停止攪拌，以避免產生局部的硝化棉濃度的增大，導致棉漿在調濃槽1 及其棉漿管路中迅速沉淀，而發生堵塞現象。

2.2 提高硝化棉稀棉漿輸送管道疏通方便性的設計

設備發生故障時可能引起管路堵塞，同時考慮到設備管道的清理維護需要，在管路設計時采取了下列措施以提高疏通的方便性［4］。

1)設置沖水閥沖洗管線

分別在棉漿泵7 入口處及放料管13 兩處設置了沖水閥11，在組織生產前或生產結束后，開啟沖水閥11，使用工藝用水對管線進行沖洗，以避免余留過多的硝化棉棉漿附著于管路粗糙內避或彎道處，一般能夠避免棉漿堵塞管路現象的發生。

生產過程中放料管13 較易出現堵塞現象，屆時人工開啟與放料管12 連接的沖洗閥10 對放料管12 進行反向沖洗，不到1 分鐘就能疏通管路，不會影響正常生產。

2)在棉漿管12 布管時，由原來的整根管道焊接連接，改為分段法蘭連接

當棉漿管發生嚴重堵塞現象時，在使用沖水閥12 對管路沖洗不奏效時，可對棉漿管12 分段拆除，分段進行疏通。

3 結束語

在對棉漿輸送管道輸送對象準確分析的基礎上，對棉漿輸送管道進行了充分的防堵塞和提高疏通方便性的設計。經過設備投產驗證，該棉漿輸送管道能夠保證該硝化棉熱脫水裝置棉漿的順利連續輸送，并具備良好的維護性。

［1］陳聲宗.化工過程開發與設計［M］.北京:化學工業出版社，2005.

［2］阿加普金.管道計算手冊［M］.許德全，譯.北京:石油工業出版社，1991.

［3］何履祥.管道安裝［M］.北京:測繪出版社，1991.

［4］韓智鵬，汪煉，王國英，等.纖維素硝酸酯真空熱脫水工藝含水量多值邏輯控制系統［J］.兵工自動化，2011(3):75-77.