DE3641207C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Lagerung und Entnahme von flüssigen Explosivstoffen in Form einer Wasseremulsion - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrich­ tung zur Lagerung und Entnahme von flüssigen Explosivstoffen in Form einer Emulsion in Wasser.

Zum Lagern von Explosivstoffen in Form einer Wasser­ emulsion sind verschiedene Verfahren und Vorrichtungen bekannt. Diese weisen Einrichtungen, z. B. einen mechanischen Separator auf, durch welche der Explosiv­ stoff für den Weitertransport an die Verarbeitungs­ stelle aus der Emulsion entfernt wird. Dies hat zur Folge, daß in diesen Scheideeinrichtungen reiner Ex­ plosivstoff vorliegt, dessen Weitertransport mit er­ heblichen Gefahren verbunden ist. Von Nachteil ist da­ bei auch, daß sich die Scheideeinrichtungen nicht auto­ matisch den unterschiedlichen Konzentrationen der Emul­ sion anpassen können, wobei man voraussetzen kann, daß die Abnahme des Explosivstoffes konstant sein sollte.

Die genannten Schwierigkeiten können zwar dadurch ver­ mieden werden, daß man die Explosivstoff-Wasser-Emulsion unverändert weitertransportiert. Das bedeutet aber nicht nur einen verhältnismäßig großen Aufwand für den gleichzeitigen zwangsweisen Transport verhältnis­ mäßig großer Wassermengen, sondern auch einen relativ hohen Aufwand für das Scheiden des Wassers von Explosiv­ stoff am Empfangsort.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einerseits die vorstehend erwähnten Gefahren, andererseits aber auch den unnötig großen Transport von Wasser und den damit verbundenen hohen Aufwand zur Scheidung am Empfangsort zu vermeiden.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird durch das in Anspruch 1 angegebene Verfahren und durch die in Anspruch 6 beschriebene Vorrichtung gelöst. Die Unteransprüche beschreiben zweckmäßige Weiterbildungen des Verfahrens bzw. der Vorrichtung.

Durch das erfindungsgemäße Vorgehen wird erreicht, daß stets eine Explosivstoff-Wasser-Emulsion zur Weiterleitung bereitsteht, die einerseits so viel Was­ ser enthält, daß Gefahren beim Weitertransport mit Sicherheit vermieden sind, die andererseits aber nur so wenig Wasser enthält, daß jeglicher Aufwand für den Transport und das spätere Ausscheiden überschüs­ sigen und damit überflüssigen Wassers vermieden wird. Durch die Verbindung des Emulsionsteils über den Boden­ spalt mit dem Konzentrationsteil ergibt sich ein in dynamischem Zustand befindliches System, bei dem

H·ρ_w ≅ h₁ · ρ_E

ist, wobei H die Höhe des Wassers im Konzentrations­ teil, h₁ die Höhe der Emulsion im Emulsionsteil sowie ρ_w und ρ_E die Dichte des Wassers bzw. der Emulsion bedeuten.

Entsprechend der Intensität des Umwälzvorgangs im Emulsionsteil und gegebenenfalls noch unterstützt durch eine schwache Neigung des Bodens des Emulsions­ teils zum Bodenspalt hin tritt ein mehr oder weniger großer Teil der die größere Dichte aufweisenden Emul­ sion durch den in angemessener Weise bemessenen Boden­ spalt hindurch in den unteren Teil des mit stehendem Wasser gefüllten Konzentrationsteils über. Da in diesem Konzentrationsteil ein Umwälzen der Flüssigkeit nicht erfolgt, kann der die höhere Dichte aufweisende Explo­ sivstoff sich zunehmend im Wasser absetzen, d. h. die Emulsion konzentriert sich. Dieser Vorgang findet so­ lange statt, bis die Konzentration der Emulsion in Übereinstimmung mit den gewählten Verhältnissen den vorgegebenen bzw. vorbestimmten Wert erreicht hat.

Wird dem Konzentrationsteil des Behälters keine vor­ konzentrierte Explosivstoff-Wasser-Emulsion entnommen, so fließt diese infolge ihrer höheren Dichte wieder in den Emulsionsteil zurück und wird in diesem erneut emulgiert.

Wird dagegen dem Konzentrationsteil vorkonzentrierte Emulsion entnommen, setzt sich der vorstehend be­ schriebene Vorgang in entsprechender Weise fort.

Die Dynamik des Systems läßt sich noch dadurch ver­ bessern, daß in der Trennwand in einer unterhalb der Flüssigkeitsspiegel befindlichen Höhe h₂ eine oder mehrere Öffnungen, beispielweise Bohrungen, Schlitze oder dergleichen vorgesehen werden.

Die Höhe h₁ der Emulsion wird aus dem statischen An­ teil und dem dynamischen Anteil des Strömungsver­ lustes durch die Öffnung in der Höhe h₂ dann wie folgt definiert:

wobei ϕ den Konzentrationsfaktor an der bzw. den Öff­ nungen darstellt.

An der bzw. den Öffnungen wird somit eine Strömungs­ geschwindigkeit von

erhalten.

Da der erste Wurzelausdruck bei einer gegebenen Höhe h₂ eine Konstante darstellt, steigt demnach die Strö­ mungsgeschwindigkeit mit steigendem spezifischen Ge­ wicht der Emulsion. Daraus ergibt sich, daß bei weni­ ger Explosivstoff in der Wasseremulsion weniger Was­ ser durch die Öffnung bzw. Öffnungen in den Emulsions­ teil fließt und somit auch weniger Emulsion durch den Bodenspalt in den Konzentrationsteil kommt. Das wiederum bedeutet, daß einer dünneren Emulsion im Konzentrationsteil eine längere Konzentrationszeit zur Verfügung steht als einer dickeren Emulsion. Durch die Bemessung der Höhe h₂ hat man es in der Hand, die Steilheit des Anstieges der Strömungsge­ schwindigkeit zu beeinflussen, also die Konzentra­ tionszeit und die Durchflußmenge im Konzentrations­ teil in der gewünschten Weise einzustellen und den gewünschten Verhältnissen anzupassen.

Durch eine Dichtemessung im Emulsionsteil, deren Bereich von 0 bis 1 definiert wird, nämlich 0 für reines Wasser und 1 für reinen Explosivstoff, läßt sich die Dichte der Emulsion _E bestimmen nach der Formel:

ρ_E = ρ_w + ΔLh (ρExpl.- ρ_w)

wobei ρExpl. und ρ_w die Dichte des reinen Explosiv­ stoffs bzw. des reinen Wassers und ΔLh die Höhen­ differenz zwischen zwei Dichtemeßfühlern im Emulsions­ teil bedeuten.

Die Gesamtmenge des Explosivstoffes im Konzentrations­ teil ergibt sich dann aus

M Expl. = Fläche_E·ΔLh·h₁·ρExpl.

wobei die Flächen die Querschnittsfläche des Emulsions­ teils und die anderen Größen die schon genannte Bedeu­ tung haben.

Die Erfindung ist in der Zeichnung in einem Ausführungs­ beispiel gezeigt und wird anhand dieses nachstehend erläutert.

Der Behälter 1 ist durch die Trennwand 2 unter Belas­ sung eines Bodenspaltes 3 in den Emulsionsteil 4 und den Konzentrationsteil 5 unterteilt. Der Boden 6 des Emulsionsteils 4 ist nach dem Bodenspalt 3 zu unter einem flachen Winkel schwach abfallend ausgebildet.

In den Emulsionsteil 4 mündet die Leitung 7 für die Einleitung von Explosivstoff bzw. Explosivstoff-Was­ ser-Emulsion sowie die beiden Meßfühler 8 und 9 der Dichtemeßeinrichtung 10. Ferner ist im Emulsionsteil 4 die hier als zweistufiger Rührer ausgebildete Umwälz­ einrichtung 11 angeordnet, die in bekannter Weise mittels des schematisch angedeuteten Antriebs 12 an­ getrieben wird.

In den Konzentrationsteil 5 mündet die Leitung 13 mit Regelventil 14 für die Einleitung von Wasser. Ferner ist im Konzentrationsteil 5 die Niveauregel­ einrichtung 15, 15a mit Überlauf 16 vorgesehen. Wie durch die strichpunktierte Linie dargestellt, ist die Niveauregeleinrichtung mit dem Regelventil 14 funktionsmäßig verbunden. Am unteren Ende des Konzentrationsteils 5 ist nahe dem Boden 17 die Auslaßöffnung bzw. der Anschlußstutzen 18 für die Entnahme von aufkonzentrierter Emulsion vorgesehen. Ferner weist der Konzentrationsteil 5 den Anschluß­ stutzen 19 auf.

Die Trennwand 2 ist mit einer oder mehreren Öffnun­ gen 20 von kreisförmigem, schlitzförmigem oder anders gestalteten geeigneten Querschnitt versehen.

Der Betrieb der beschriebenen Einrichtung erfolgt in der Weise, daß zunächst der Behälter 1 über die Leitung 13 bis zu einem vorgegebenen Niveau mit Wasser gefüllt wird. Daraufhin wird das Rührwerk 11, 12 in Betrieb gesetzt und über die Leitung 7 der Explosivstoff bzw. die Explosivstoffe-Wasser-Emul­ sion in den Emulsionsteil 4 eingebracht. Um hy­ draulische Schocks auf den Explosivstoff zu ver­ meiden, wird zweckmäßig die Drehzahl des Rührwer­ kes 11, 12 langsam, beispielsweise über einen Zeit­ raum von ca. 20 Sekunden, bis zur vorgesehenen Soll­ drehzahl hochgefahren und im Emulsionsteil 4 eine Explosivstoff-Wasser-Emulsion vorbestimmter Dichte erzeugt.

Unter dem Einfluß des Rührwerkes 11, 12 tritt in der Folge Emulsion vom Emulsionsteil 4 über den Bodenspalt 3 in den Konzentrationsteil 5 über. Da in diesem ein Umwälzen bzw. Rühren nicht vorge­ nommen wird, hat die Emulsion Gelegenheit, sich unter Absetzbewegung des Explosivstoffes in gewünschter Weise aufzukonzentrieren.

Nach Erreichen der gewünschten Konzentration kann die Emulsion über die Entnahmeöffnung 18 abgezogen und zur Weiterverarbeitung weitergeleitet werden.

Durch Anschluß der beschriebenen Einrichtung über die Stutzen 18 und 19 an eine Vorrichtung zum För­ dern von flüssigen Explosivstoffen nach der DE-PS 20 55 093 wird z. B. ein System erhalten, bei dem zu jeder Zeit nur emulgierter Explosivstoff vorliegt, und somit das Risiko minimiert ist, aber in definierter Weise vorkonzentrierter Explosiv­ stoff einem Transportinjektor zugeleitet wird, wobei verbrauchtes Wasser über die Niveauregelung 15, 15a und gegebenenfalls ausgetragener Explosiv­ stoff in Form reinen Explosivstoffes oder in Form einer Explosivstoff-Wasser-Emulsion über die Lei­ tung 7 ersetzt wird, je nachdem, ob ein chargen­ weiser, diskontinuierlicher oder aber ein konti­ nuierlicher Betrieb vorgesehen bzw. vorgenommen wird.

Die in der Zeichnung dargestellten Verhältnisse sind nur beispielhaft aufzufassen. So kann es sich als zweckmäßig oder notwendig erweisen, je nach Art des beteiligten Explosivstoffes eine mehr oder weniger große Dichte der Emulsion im Emulsionsteil 4, oder auch eine mehr oder weniger starke Aufkonzentration im Konzentrationsteil 5 zu realisieren, womit sich für die Größen H, h₁ und ΔH entsprechend andere Werte ergeben. In Übereinstimmung mit und in Ab­ stimmung auf die jeweils gültigen Voraussetzungen können selbstverständlich auch die Form und das Vo­ lumen des Behälters 1 sowie die Querschnittsverhält­ nisse von Emulsionsteil 4 zu Konzentrationsteil 5 entsprechend variiert werden. Variabel ist selbst­ verständlich auch die Größe ΔLh, wie auch das untere Ende der Leitung 7 anders als gezeigt posi­ tioniert sein kann. Entsprechendes gilt ebenso für die Anordnung des Anschlußstutzens 19, bei der es nur darauf ankommt, daß sie so vorgenommen wird, daß bei Anschluß der erfindungsgemäßen Einrichtung an die Vorrichtung gemäß der DE-PS 20 55 093 der Anschlußstutzen 19 in einem Bereich bleibt, in welchem sich im Konzentrationsteil 5 stets reines Wasser befindet. Der Anschlußstutzen 19 könnte dementsprechend also beispielsweise auch auf einem oberhalb der Öffnung(en) 20 befindlichen Niveau vorgesehen sein.

Entsprechend des jeweils verwendeten Explosivstof­ fes sowie der für diesen als zweckmäßig erachteten Dichte der Emulsion im Emulsionsteil 4 sowie deren Konzentration im Konzentrationsteil 5 kann es sich auch als zweckmäßig oder notwendig erweisen, die Form und Querschnittsabmessung des Bodenspaltes 3 sowie der Öffnung(en) 20 anders festzulegen.

So kann beispielsweise der Bodenspalt als über die ganze Breite des Behälters 1 reichender Schlitz oder auch als ein nur über einen Teil der Breite des Behälters 1 reichender Schlitz entsprechender größerer Höhe ausgebildet werden. Denkbar ist auch, daß über die Breite des Behälters hinweg mehrere schlitzförmige Öffnungen vorgesehen werden. In je­ dem Fall wird die Höhe des Schlitzes unabhängig von dem Volumen der Behälterteile stets so groß bemessen, daß ein Verschließen des Bodenspaltes infolge Oberflächenspannung des Explosivstoffes sicher vermieden wird.

Ähnliche Überlegungen gelten sinngemäß auch in bezug auf die Öffnung(en) 20, die sowohl in Form eines einzelnen oder mehrerer Schlitze oder aber bevorzugt auch als eine oder mehrere kreisrunde Bohrungen ausgebildet sein kann bzw. können. Von wesentlicher Bedeutung ist es, daß der Gesamt­ querschnitt der Öffnung bzw. Öffnungen 20 sowie deren Anordnung in der Höhe h₂ den jeweiligen Ver­ hältnissen entsprechend richtig bemessen bzw. vor­ genommen wird.

Zwecks Anpassung an unterschiedliche Verhältnisse, beispielsweise bei Verwendung verschiedener Explo­ sivstoffe, ist es vorteilhaft, den lichten Quer­ schnitt des Bodenspaltes 3 und der Öffnung bzw. Öffnungen 20 veränderbar auszubilden.

Entsprechende Überlegungen ergeben sich selbstver­ ständlich auch in bezug auf die Neigung des Bo­ dens 6 des Emulsionsteils 4 wie auch in bezug auf die Querschnittsform des Behälters 1 bzw. der Quer­ schnittsform des Emulsionsteils 4 und des Konzen­ trationsteils 5. In jedem Falle werden die Verhält­ nisse stets so getroffen, daß ein einwandfreier Durchfluß von Emulsion aus dem Emulsionsteil 4 in den Konzentrationsteil 5 oder umgekehrt stets so erfolgt, daß unerwünschte Ansammlungen von Explosivstoff, die zu einer unerwünscht hohen Konzentration führen könnten, sicher vermieden sind.

Claims (12)

1. Verfahren zur Lagerung und Entnahme von flüssigen Explosiv­ stoffen in Form einer Wasseremulsion, dadurch gekennzeichnet, daß man zwei nach Art eines kommunizierenden Gefäßes über einen Bodenspalt miteinander verbundene Behälterteile bis zu einer vorgegebenen Höhe mit Wasser füllt, dann das Wasser in dem einen der beiden Behälter­ teile (Emulsionsteil) fortlaufend umwälzt, daraufhin in diesen Behälterteil eine vorge­ gebene Menge Explosivstoff oder Explosivstoff- Wasser-Emulsion einbringt und mit dem Umwälzen so lange fortfährt, bis sich im anderen Behälter­ teil (Konzentrationsteil) eine genügende Menge Emulsion auf das vorgesehene Maß aufkonzentriert hat, und daß schließlich unter gleichzeitiger Zufuhr einer entsprechenden Menge Wasser in den Konzentrationsteil und/oder Explosivstoff bzw. Explosivstoff-Wasser-Emulsion in den Emulsions­ teil die aufkonzentrierte Emulsion aus dem Konzentrationsteil nahe dessen Boden entnommen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die beiden Behälterteile im Bereich unterhalb der Flüssigkeitsspiegel durch eine oder mehrere zusätzliche Öffnungen miteinander verbunden werden.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß der Verbindungsquerschnitt veränder­ bar ausgebildet wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß der Querschnitt des Bodenspaltes veränderbar ausgebildet wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Boden des einen Behälterteils (Emulsionsteil) nach dem Boden­ spalt hin schwach geneigt ausgebildet wird.

6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeich­ net durch einen mittels einer Trennwand (2) unter Belassung eines Bodenspaltes (3) in zwei nach Art eines kommunizierenden Gefäßes mit­ einander verbundenen Teile unterteilten Behäl­ ters (1), von denen der eine Teil (Emulsionsteil 4) mit einem Umwälzorgan (11, 12) versehen und an eine Leitung (7) für die Zufuhr von Explosiv­ stoff-Wasser-Emulsion oder Explosivstoff an­ geschlossen ist, der andere Teil (Konzentra­ tionsteil 5) an seinem Boden (17) mit einer Entnahmeöffnung (18) versehen und mit seinem oberen Bereich an eine Leitung (13) für die Zufuhr von Wasser angeschlossen ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Trennwand (2) im oberen Be­ reich, jedoch unterhalb der jeweiligen Flüssig­ keitsspiegel in den Behälterteilen (4, 5) mit wenigstens einer Öffnung (20) versehen ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Querschnitt des Bodenspal­ tes (3) und/oder der Öffnung (20) veränderbar ausgebildet ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Emulsionsteil (4) mit einer Meßeinrichtung (8, 9, 10) für die Dichtedifferenz und der Konzentrationsteil (5) mit einer Niveauregeleinrichtung (15, 15a) ver­ sehen ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeich­ net, daß die Nivauregeleinrichtung (15, 15a) mit der Wasserzufuhrleitung (13) in Wirkverbindung steht.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Konzentrations­ teil (5) mit einem Wasserüberlauf (16) versehen ist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Boden (6) des einen Behälterteils (Emulsionsteil 4) nach dem Bodenspalt (3) hin schwach geneigt ist.