CN111072435A - 一种失效推进剂的处理装置及处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种失效推进剂的处理装置及处理方法，涉及失效推进剂处理技术领域，该处理装置包括降解机构，其包括内壁具有失效推进剂的发动机燃烧室，发动机燃烧室顶部连接第一转接工装，其底部连接第二转接工装；发动机燃烧室内设有搅拌机构；沉降机构，其包括沉降罐，沉降罐与发动机燃烧室连通；回收机构，其包括降解液回收罐，降解液回收罐通过第一导液管与沉降罐连通；循环机构，其包括循环泵，循环泵的入口与降解液回收罐连通，循环泵的出口与储液罐连通，储液罐与发动机燃烧室连通。本发明的失效推进剂的处理装置，以发动机燃烧室作为降解室，通过降解液将失效推进剂的长链大分子进行断链，实现失效推进剂的安全拆解和有用物质回收。

Description

一种失效推进剂的处理装置及处理方法

技术领域

本发明涉及失效推进剂处理技术领域，具体涉及一种失效推进剂的处理装置及处理方法。

背景技术

随着时间的推移，服役期满的固体发动机数量日趋增多，作为导弹动力装置的固体火箭发动机及其失效的丁羟推进剂的安全拆解、及绿色再利用问题日益受到各方关注和重视。

目前退役发动机装药的拆解手段主要有两种，分别是机械拆解法和高压水射流法。采用高压水射流处理失效推进剂是国内固体发动机装药厂普遍采用的方法，但该方法存在3个主要问题：一是安全问题，国内装药厂家大都发生过因水射流切割引发的安全事故；二是污染问题，处理过程中高氯酸铵溶入水造成污染，处理成本高；三是效率问题，受制于安全性，处理效率低，产生的废药废料废液还需要更长的处理周期。国外多使用液氮切割法将失效推进剂从发动机燃烧室中拆解出来。由于液体氨的存在，必需保持高的压力，且氨有毒性，因此投资成本较高，而产能较低。

另外，通过高压水射流和液氮切割法分离出来的失效推进剂，往往还需要在切割机中切割、在压碎机中压碎或在其它合适的器件中粉碎，存在一定的安全风险。最后，还需将粉碎的失效推进剂倒入海洋、深土掩埋、烧毁、或在安全区域引爆。上述处理方法不仅浪费资源，还会污染海洋或土壤，或产生腐蚀性氯化氢和有毒的氮氧化物而污染空气。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷之一，本发明的目的在于提供一种失效推进剂的处理装置及处理方法，可实现失效推进剂的安全拆解和有用物质回收。

本发明第一方面提供一种失效推进剂的处理装置，其包括：

降解机构，其包括内壁具有失效推进剂的发动机燃烧室，上述发动机燃烧室顶部连接第一转接工装，其底部连接第二转接工装；上述发动机燃烧室内设有搅拌机构；

沉降机构，其包括沉降罐，上述沉降罐通过上述第二转接工装与上述发动机燃烧室连通；

回收机构，其包括降解液回收罐，上述降解液回收罐通过第一导液管与上述沉降罐连通，上述第一导液管与沉降罐连通的端口位于上述沉降罐的中部；

循环机构，其包括循环泵，上述循环泵的入口与上述降解液回收罐连通，上述循环泵的出口与储液罐连通，上述储液罐通过第一转接工装与上述发动机燃烧室连通。

基于第一方面，在可能的实施例中，储液罐安装于水浴箱内。

基于第一方面，在可能的实施例中，回收机构还包括降解物回收罐和固体回收罐，上述降解物回收罐通过第二导液管与上述沉降罐连通，上述第二导液管与沉降罐连通的端口位于上述沉降罐的上部，上述固体回收罐连通于上述沉降罐底部。

基于第一方面，在可能的实施例中，第一转接工装和第二转接工装均沿周向设有安装孔，上述发动机燃烧室两端通过插设于安装孔内的紧固件分别与第一转接工装和第二转接工装连接。

基于第一方面，在可能的实施例中，第一导液管为抽吸管，其一端从上述沉降罐顶端插设于沉降罐内，且插设于沉降罐内的部分为可伸缩结构，上述第一导液管连通上述沉降罐的端口处设有过滤网。

本发明第二方面提供一种基于上述失效推进剂的处理装置的处理方法，其包括步骤：

将加热后的降解液注入内壁具有失效推进剂的发动机燃烧室，并启动搅拌机构进行搅拌；上述降解液液面不低于上述失效推进剂的上端面；

将上述发动机燃烧室内的降解混合物注入沉降罐分层，上述沉降罐上层为降解物，中层为降解液，下层为固体；

从上述沉降罐分离出分层的降解液，并重新加热后注入发动机燃烧室，保持发动机燃烧室内的降解液循环。

基于第二方面，在可能的实施例中，加热后的降解液通过高压水射流的方式冲刷上述发动机燃烧室内壁的失效推进剂，上述降解液的注入压力为0.1-0.3MPa。

基于第二方面，在可能的实施例中，分层的降解液通过第一导液管抽取，然后由上述循环泵输送至储液罐。

基于第二方面，在可能的实施例中，储液罐安装于水浴箱内，水浴温度为55-85℃。

基于第二方面，在可能的实施例中，降解液包括降解化合物和助剂，上述降解化合物为胺类、醇类或醇胺类化合物，助剂为乙酸盐或辛酸盐中的至少一种。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

(1)本发明的失效推进剂的处理装置，以发动机燃烧室作为降解室，直接注入降解液，通过降解液降低失效推进剂的感度，将失效推进剂的长链大分子进行断链，得到短链分子，实现失效推进剂的安全拆解和有用物质回收，为后续退役导弹固体推进剂及研制生产阶段报废的固体推进剂的处理提供新的技术途径。

(2)本发明的失效推进剂的处理装置，发动机燃烧室内降解后得到的降解混合物经分层后，降解液可在降解过程中循环使用，有效物质可分离出来进行分类和回收，储存以备它用，一方面降低处理成本，另一方面可节约资源。

(3)本发明的失效推进剂的处理装置，在失效推进剂的降解过程中，不会对发动机燃烧室的绝热层和壳体造成损坏，拆解失效推进剂后的发动机燃烧室可重复使用，且降解效率高，降解速度可达4mm厚度/h。

附图说明

图1为本发明实施例中失效推进剂的处理装置的第一种结构示意图；

图2为本发明实施例中失效推进剂的处理装置的第二种结构示意图。

图中：1-发动机燃烧室，11-第一转接工装，12-第二转接工装，2-搅拌机构，3-沉降罐，4-降解液回收罐，41-降解液储罐，5-循环泵，6-储液罐，7-水浴箱，8-降解物回收罐，81-降解物储罐，9-固体回收罐。

具体实施方式

以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。

参见图1所示，本发明提供一种失效推进剂的处理装置的实施例，上述失效推进剂的处理装置包括降解机构、沉降机构、回收机构和循环机构。本实施例的失效推进剂为丁羟推进剂，该推进剂除了包括高氯酸铵、铝粉和丁羟胶三种主要成分以外，还包括少量混合物，比如TDI(Toluene-2,4-diisocyanate，甲苯二异氰酸酯)或RDX(黑索今)等。

上述降解机构包括内壁具有失效推进剂的发动机燃烧室1，上述发动机燃烧室1顶部连接有第一转接工装11，发动机燃烧室1的底部连接有第二转接工装12。第一转接工装11或第二转接工装12均由耐降解液的材质的支撑。

上述发动机燃烧室1内设有搅拌机构2。本实施例中，搅拌机构2为搅拌轴，搅拌轴末端连接有搅拌叶片，搅拌轴上端延伸出发动机燃烧室1的部分连接有电机。可选地，第一转接工装11或第二转接工装12朝向发动机燃烧室1的侧壁上设有超声波发生器。采用一边机械搅拌一边超声搅拌，可提高搅拌效果，加快降解速率。

沉降机构包括沉降罐3，上述沉降罐3通过上述第二转接工装12与上述发动机燃烧室1连通。

回收机构包括降解液回收罐4，上述降解液回收罐4通过第一导液管与沉降罐3连通，且第一导液管与沉降罐3连通的端口位于上述沉降罐3的中部。

循环机构包括循环泵5，上述循环泵5的入口与上述降解液回收罐4连通，上述循环泵5的出口与储液罐6连通，上述储液罐6通过第一转接工装11与上述发动机燃烧室1连通。

本实施例中，直接以具有失效推进剂的发动机燃烧室1作为降解室，并向发动机燃烧室1内注入降解液，通过降解液降低失效推进剂的感度，将失效推进剂的长链大分子进行断链，得到短链分子。不仅将原有的推进剂拆解和拆解后处理这两个步骤合并为一个同时进行的步骤，实现了失效推进剂的安全拆解，还可将有用物质进行分类回收，为后续退役导弹固体推进剂及研制生产阶段报废的固体推进剂的处理提供新的技术途径。

本实施例中，上述储液罐6安装于水浴箱7内。针对丁羟推进剂，有效的降解物质为胺类、醇类或醇胺类化合物，且该类降解物质可在不高于70℃条件下快速打断丁羟推进剂长链中的化学键，使其转变为短链化合物，不仅实现丁羟推进剂的快速降解，且不会对发动机燃烧室的绝热层和壳体造成损坏，拆解失效推进剂后的发动机燃烧室还可重复使用。

在上一个实施例的基础上，上述回收机构还包括降解物回收罐8和固体回收罐9，上述降解物回收罐8通过第二导液管与沉降罐3连通，第二导液管与上述沉降罐3连通的端口位于沉降罐3的上部，上述固体回收罐9连通于上述沉降罐3底部。

本实施例的丁羟推进剂经降解后，与降解液的降解混合物注入沉降罐3经过分层后，上层为降解产物，中层为降解液，下层为铝粉，因此，沉降罐3的上部对应降解产物层，其中部对应降解液层，其下部对应铝粉层。其中，中层的降解液可在降解过程中循环使用，上层的降解产物可经过第二导液管进入降解物回收罐8，下层的铝粉可经过管道进入固体回收罐9，降解产物和铝粉分别储存以备它用。一方面降低处理成本，另一方面可节约资源。

本实施例中，降解物回收至降解物回收罐8后，进入降解物储罐81进行转运利用。可选地，降解产物可用于制备民用炸药。最终无法使用的废药销毁即可。

优选地，第一转接工装11和第二转接工装12均沿周向设有安装孔，上述发动机燃烧室1两端通过插设于安装孔内的紧固件分别与第一转接工装11和第二转接工装12连接。

本实施例中，第一转接工装11上设有进液阀，第二转接工装12上设有排液阀。由于发动机燃烧室1两端均为敞口，因此，需要通过第一转接工装11和第二转接工装12实现发动机燃烧室1分别与两端的储液罐6和沉降罐3封闭连通。

在上述实施例的基础上，本实施例中，第一导液管为抽吸管，第一导液管一端从沉降罐3顶端插设于沉降罐3内，且第一导液管设置在沉降罐3内的部分为可伸缩结构。沉降罐3内分层后的降解液由第一导液管抽吸至降解液回收罐4时，通过第一导液管的可伸缩结构还可适应性调整第一导液管端口的位置。

进一步地，上述第一导液管连通上述沉降罐3的端口处设有过滤网，通过过滤网可将混合在降解液中的固体物质进行过滤，以抽取出较为纯净的降解液。

参见图2所示，在其他的实施例中，沉降罐3中部可开设排出口，第一导液管可直接连接该排出口回收降解液。

本发明还提供一种基于上述失效推进剂的处理装置的处理方法的实施例，其包括步骤：

S1.将加热后的降解液注入内壁具有失效推进剂的发动机燃烧室1，并启动搅拌机构2进行搅拌；上述降解液液面不低于上述失效推进剂的上端面。

本实施例，直接以发动机燃烧室作为降解场所，实现推进剂原位化学降解，无需预先拆解。

S2.将上述发动机燃烧室1内的降解混合物注入沉降罐3分层形成界限分明的分层现象，上述沉降罐3上层为膏状的降解物，中层为降解液，下层为固体，即铝粉。

其中，发动机燃烧室1内的降解混合物可经过第二转接工装12的排液阀一次性排出，并在排出后，迅速补充降解液。另外，还可控制该排液阀的流速，使降解混合物持续小流量排出，并同时注入相同流量的降解液。本实施例中，还可通过摄像头对降解过程进行实时监控，观察产生的飞沫是否溢出以便于控制排液阀的状态。因此，排液阀的开启大小既要确保降解混合物能够顺利流出，不阻塞排液阀，又要与降解液注入发动机燃烧室1的速度匹配，确保降解液不溢出、不缺量。

S3.从上述沉降罐3分离出分层的降解液，经过降解液回收罐4进入储液罐6，重新加热后注入发动机燃烧室1，保持发动机燃烧室1内的降解液循环。在降解结束后，即可将降解液回收至降解液回收罐4，进入降解液储罐41，以储存降解液。

本实施例中，降解时间可通过降解速度和失效推进剂肉厚决定。失效推进剂肉厚即失效推进剂附着在发动机燃烧室1内壁上的厚度，降解速度由工艺参数确定。可选地，降解时间也可通过带防爆摄像头的可视化系统远程监控确定。

本实施例在使用之前，需要先进行系统检查，包括循环泵管路及各机构之间的连接，并控制水浴箱的温度恒定后，进行空载试车。然后通过水试一定时间后，即可对待处理发动机燃烧室进行正式处理。

在上述实施例的基础上，本实施例中，上述步骤S1中，加热后的降解液通过高压水射流的方式冲刷上述发动机燃烧室1内壁的失效推进剂，辅以机械搅拌和超声搅拌的手段，提高降解效率。上述降解液的喷注压力为0.1-0.3Mpa，可根据降解效果需要调节。本实施例的搅拌机构需适应恶劣的工作环境，比如在易燃、易爆、高温、振动、潮湿和粉尘等不利条件下均能正常工作。

本实施例中，由第二转接工装排液阀排出的降解混合物可先经过过滤槽进行预分离，然后再进入沉降罐3。其中，铝粉为微米级，降解液为液体，可较为迅速地通过过滤槽，而降解产物为膏状物，具有一定粘度，通过速度较慢，因此，通过过滤槽可提高后续在沉降罐3中静置分层的效率。

在上述实施例的基础上，本实施例中，分层的降解液通过第一导液管抽取，尽可能抽取较为纯净的降解液，然后由上述循环泵5输送至储液罐6，降解液在密闭管路中进行传送，可阻止降解液的挥发，实现其循环使用。本实施例中，循环泵5为高压泵。高压泵通过减压阀实现高压泵气源压力在0～0.6MPa范围内可调。

可选地，储液罐6安装于水浴箱7内。由于降解过程中，降解温度需小于70℃，因此，水浴箱7的水浴温度为55-85℃。

可选地，降解液包括降解化合物和助剂，上述降解化合物为胺类、醇类或醇胺类化合物。上述胺类化合物为二亚乙基三胺、三亚乙基四胺或四亚乙基五胺，醇类化合物为一缩二乙二醇、乙二醇或丙三醇，醇胺类化合物为二乙胺。上述助剂为乙酸盐或辛酸盐中的至少一种。本实施例中，助剂采用乙酸钾或辛酸钾。

本实施例中，在失效推进剂的降解过程中，降解液不会对发动机燃烧室的绝热层和壳体造成损坏，拆解失效推进剂后的发动机燃烧室可重复使用，进一步节约了资源。

本实施例中，以Φ112标准发动机燃烧室为例，将Φ112标准发动机燃烧室两端固定第一转接工装和第二转接工装，采用立式姿态，且前开口朝上，其内壁的丁羟推进剂的处理过程具体包括：

首先，将加热至70℃的降解液注入Φ112标准发动机燃烧室，并辅以搅拌，此时，Φ112标准发动机燃烧室前后均为管路封闭状态。

然后，采用摄像头监控降解和搅拌情况，一段时间后，打开第二转接工装的排液阀，降解混合物按预设速度流出，同时打开第一转接工装的进液阀，补充降解液。

其次，进入沉降罐的降解混合物经分层后，得到上层膏状的降解物，中层的降解液，以及下层的铝粉。

最后，降解物和铝粉分别回收储存以备它用，中层的降解液可重新加热后注入发动机燃烧室再利用。该过程，操作人员可远程隔离操作，通过人机隔离实现本质安全。

本实施例中，降解处理1h，降解肉厚为8mm；降解处理3h，降解肉厚达到20mm。降解处理不到4h，失效推进剂全部降解。平均降解速率达到6.6mm/h。

以丁羟推进剂方坯作为对照组。将丁羟推进剂方坯切成厚度25mm，重量212g的推进剂药块，加入降解液进行化学降解。

试验结果表明，降解17h后的推进剂降解效果不明显，推进剂药块体积变大，发生溶胀现象，实际降解的推进剂却不多。药块经过43h的降解后，推进剂药块还未完全降解。

本实施例的处理方法，适用于上述处理装置，不仅安全可靠，无污染，且降解速度快，效率高，降解速度至少可达4mm厚度/h，为后续退役导弹固体推进剂及研制生产阶段报废的固体推进剂的处理提供新的技术途径，具有重要的社会意义和经济效益。

本发明不局限于上述实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (10)

1.一种失效推进剂的处理装置，其特征在于，其包括：

降解机构，其包括内壁具有失效推进剂的发动机燃烧室(1)，所述发动机燃烧室(1)顶部连接第一转接工装(11)，其底部连接第二转接工装(12)；所述发动机燃烧室(1)内设有搅拌机构(2)；

沉降机构，其包括沉降罐(3)，所述沉降罐(3)通过所述第二转接工装(12)与所述发动机燃烧室(1)连通；

回收机构，其包括降解液回收罐(4)，所述降解液回收罐(4)通过第一导液管与所述沉降罐(3)连通，所述第一导液管与沉降罐(3)连通的端口位于所述沉降罐(3)的中部；

循环机构，其包括循环泵(5)，所述循环泵(5)的入口与所述降解液回收罐(4)连通，所述循环泵(5)的出口与储液罐(6)连通，所述储液罐(6)通过第一转接工装(11)与所述发动机燃烧室(1)连通。

2.如权利要求1所述的失效推进剂的处理装置，其特征在于：所述储液罐(6)安装于水浴箱(7)内。

3.如权利要求1所述的失效推进剂的处理装置，其特征在于：所述回收机构还包括降解物回收罐(8)和固体回收罐(9)，所述降解物回收罐(8)通过第二导液管与所述沉降罐(3)连通，所述第二导液管与沉降罐(3)连通的端口位于所述沉降罐(3)的上部，所述固体回收罐(9)连通于所述沉降罐(3)底部。

4.如权利要求1所述的失效推进剂的处理装置，其特征在于：所述第一转接工装(11)和第二转接工装(12)均沿周向设有安装孔，所述发动机燃烧室(1)两端通过插设于安装孔内的紧固件分别与第一转接工装(11)和第二转接工装(12)连接。

5.如权利要求1所述的失效推进剂的处理装置，其特征在于：所述第一导液管为抽吸管，其一端从所述沉降罐(3)顶端插设于沉降罐(3)内，且插设于沉降罐(3)内的部分为可伸缩结构，所述第一导液管连通所述沉降罐(3)的端口处设有过滤网。

6.一种基于权利要求1所述失效推进剂的处理装置的处理方法，其特征在于，其包括步骤：

将加热后的降解液注入内壁具有失效推进剂的发动机燃烧室(1)，并启动搅拌机构(2)进行搅拌；所述降解液液面不低于所述失效推进剂的上端面；

将所述发动机燃烧室(1)内的降解混合物注入沉降罐(3)分层，所述沉降罐(3)上层为降解物，中层为降解液，下层为固体；

从所述沉降罐(3)分离出分层的降解液，并重新加热后注入发动机燃烧室(1)，保持发动机燃烧室(1)内的降解液循环。

7.如权利要求6所述的失效推进剂的处理方法，其特征在于：所述加热后的降解液通过高压水射流的方式冲刷所述发动机燃烧室(1)内壁的失效推进剂，所述降解液的注入压力为0.1-0.3MPa。

8.如权利要求6所述的失效推进剂的处理方法，其特征在于：所述分层的降解液通过第一导液管抽取，然后由所述循环泵(5)输送至储液罐(6)。

9.如权利要求8所述的失效推进剂的处理方法，其特征在于：所述储液罐(6)安装于水浴箱(7)内，水浴温度为55-85℃。

10.如权利要求9所述的失效推进剂的处理方法，其特征在于：所述降解液包括降解化合物和助剂，所述降解化合物为胺类、醇类或醇胺类化合物，所述助剂为乙酸盐或辛酸盐中的至少一种。

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