我國乳化炸藥生產(chǎn)現(xiàn)狀及對策

尤詠

（國能準(zhǔn)能集團(tuán)有限責(zé)任公司炸藥廠，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 010300）

我國乳化炸藥配方及相關(guān)技術(shù)的研究從20世紀(jì)70年代中后期開始，經(jīng)歷了間歇乳化過程、半連續(xù)乳化過程和連續(xù)乳化過程，到2012年，形成了成熟的全連續(xù)乳化炸藥生產(chǎn)技術(shù)，即從原料準(zhǔn)備開始，包括計(jì)量、輸送、乳化、冷卻、敏化、裝藥、包裝在內(nèi)的機(jī)械化連續(xù)生產(chǎn)全過程，各過程之間自動(dòng)銜接，只需要少數(shù)人協(xié)助操作。隨著智能制造戰(zhàn)略的實(shí)施，工業(yè)炸藥生產(chǎn)技術(shù)、安全技術(shù)和管理技術(shù)及其發(fā)展方向顯得尤為重要，因此有必要研究乳化炸藥工藝裝備和生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展方向。

一、乳化炸藥生產(chǎn)過程爆炸產(chǎn)生機(jī)理

乳化炸藥是從油、水相溶液制備而成，需要經(jīng)過比較復(fù)雜的物理化學(xué)過程。眾所周知，乳化器、螺桿泵等關(guān)鍵設(shè)備為這一過程提供工藝所需的能量。如果這些設(shè)備出現(xiàn)故障，輕則影響正常生產(chǎn)，重則誘發(fā)爆炸性事故。

在乳化炸藥生產(chǎn)過程中，乳膠基質(zhì)在受到強(qiáng)烈的剪切、摩擦或壓縮，熱量來不及被“帶走”，從而引發(fā)安全生產(chǎn)事故。經(jīng)典的炸藥熱點(diǎn)學(xué)說認(rèn)為：在機(jī)械能作用下產(chǎn)生的熱來不及均勻地分布到炸藥的全部試樣上，而是集中在炸藥的一些局部小點(diǎn)上。熱分解就在某小點(diǎn)開始，并且由于分解的放熱性質(zhì)，分解速度迅速加快，使小點(diǎn)的溫度高于爆發(fā)點(diǎn)。爆炸就在這些小點(diǎn)發(fā)生、成長并擴(kuò)展到整個(gè)炸藥。通常認(rèn)為炸藥熱點(diǎn)形成有：1.在機(jī)械能傳入炸藥時(shí)，惰性硬雜質(zhì)之間的摩擦炸藥顆粒體之間的摩擦或炸藥與容器壁表面的摩擦。2.當(dāng)炸藥從兩沖擊面間擠出時(shí)由于炸藥迅速流動(dòng)所形成的塑性加熱。3.反應(yīng)物中散布的小氣泡的部分絕熱壓縮。

在乳化炸藥實(shí)際生產(chǎn)過程中熱點(diǎn)的形成是多方面的。如、精乳器中基質(zhì)堵塞、螺桿泵空轉(zhuǎn)或斷流時(shí)間較長、管道式生產(chǎn)工藝系統(tǒng)壓力過高以及冷卻水中斷等，這些都會導(dǎo)致安全生產(chǎn)事故?，F(xiàn)實(shí)中在乳化炸藥生產(chǎn)過程中，熱點(diǎn)是永遠(yuǎn)存在的，生產(chǎn)中更是難以避免的這些熱點(diǎn)真正對炸藥體系造成危險(xiǎn)的原因是由于熱積累的過程，如果不能形成熱積累炸藥是不會爆炸的。

二、生產(chǎn)技術(shù)現(xiàn)狀

（一）高溫敏化工藝

1.工藝過程。采用液態(tài)水油相原料，制備好存入儲罐中，經(jīng)水油相泵計(jì)量送至混合罐或預(yù)乳機(jī)；水油相混合液密閉出料經(jīng)螺桿泵送入靜態(tài)混合器精乳形成乳化基質(zhì)；再由螺桿泵將乳化基質(zhì)送入裝藥機(jī)裝藥，中途在管路中通過計(jì)量泵、流量計(jì)等輸送計(jì)量系統(tǒng)加入敏化劑，或進(jìn)入密閉的動(dòng)態(tài)混合器與敏化劑混合后進(jìn)行連續(xù)裝藥；敏化溫度100℃左右。藥卷經(jīng)水冷卻后再進(jìn)行碼垛包裝裝箱，之后藥箱由皮帶送到裝車站臺裝車入庫。

2.關(guān)鍵設(shè)備及其技術(shù)特征。按常用設(shè)計(jì)產(chǎn)能為3.0～7.0t/h的乳化炸藥生產(chǎn)線，配置的主要設(shè)備包括：預(yù)乳機(jī)，采用立式蝸輪攪拌，轉(zhuǎn)速600r·min-1 左右，功率≤3.0kW?；|(zhì)輸送泵，常采用螺桿泵，工作壓力0.8～1.55MPa，流量依產(chǎn)能可調(diào)。精乳器，主要是不同結(jié)構(gòu)的靜態(tài)混合器，長度400mm左右。作為乳膠泵使用的螺桿泵，工作壓力0.2～1.10MPa，流量依產(chǎn)能可調(diào)。敏化器，不同規(guī)格型號的組合。動(dòng)態(tài)敏化器，轉(zhuǎn)速600～800r·min-1，功率≤5.5kW。裝藥機(jī)：dbt 旋轉(zhuǎn)盤式結(jié)構(gòu)，塑膜包裝，適用規(guī)格φ32～φ135，集裝藥、熱合、卡口、切斷等功能于一體。冷卻水池，皮帶或柵板輸送機(jī)帶動(dòng)藥卷浸入水中，邊輸送，邊降溫發(fā)泡。

3.安全措施。生產(chǎn)過程主要安全技術(shù)措施包括工藝流體多級過濾，并設(shè)除鐵裝置；重要部位采用傳感器和控制元件等，實(shí)現(xiàn)主要參數(shù)顯示、臨界值設(shè)定與報(bào)警等，主要工藝過程安全聯(lián)鎖，定員定量管理等。（1）對水相、油相、半成品、成品的制備、輸送與存儲裝備，設(shè)置料位傳感器、溫度傳感器、壓力傳感器、負(fù)荷傳感器、消除進(jìn)料口物料架橋裝置等，防止設(shè)備在干磨、斷料、超壓、過載等異常情況下運(yùn)行。（2）藥卷、成品箱的輸送采取隔爆措施。一般在輸送時(shí)對一定堆垛量的藥卷或成品箱設(shè)一定間隔的距離，以防止殉爆。如：乳化炸藥每堆4kg20 根藥卷的最小距離≥1m，24kg 乳化炸藥成品藥箱間距≥4.5m。（3）在各工藝環(huán)節(jié)、設(shè)備設(shè)有視頻裝置，實(shí)現(xiàn)視頻監(jiān)視全覆蓋，觀察掌握生產(chǎn)現(xiàn)場情況，必要時(shí)進(jìn)行控制。（4）生產(chǎn)結(jié)束，按規(guī)定清理設(shè)備和管道內(nèi)藥料，廢藥、料頭料尾妥善收集，按有關(guān)規(guī)定處理。

4.主要特點(diǎn)。（1）優(yōu)點(diǎn)。從輸送計(jì)量到成品裝箱完成全線連續(xù)化自動(dòng)化生產(chǎn)，部分工序?qū)崿F(xiàn)安全聯(lián)鎖智能化；產(chǎn)能大，可達(dá)7t·h-1 以上；機(jī)器人抓取藥卷投入包裝箱；現(xiàn)場控制與監(jiān)控室監(jiān)視控制結(jié)合；微機(jī)對工藝參數(shù)和電流、轉(zhuǎn)速等主要運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行監(jiān)視與（或）控制；適用藥卷包裝規(guī)格范圍較大（φ32～φ135）；對藥卷、成品箱、產(chǎn)能、產(chǎn)量等信息自動(dòng)采集上傳至微機(jī)記錄儲存；機(jī)械化自動(dòng)化程度高，現(xiàn)場操作人員≤5人，勞動(dòng)強(qiáng)度低，正常運(yùn)行（除開始和結(jié)束時(shí)段）時(shí)基本做到無人化生產(chǎn)；部分線基本實(shí)現(xiàn)聯(lián)控聯(lián)動(dòng)。（2）不足之處。主要體現(xiàn)在對珍珠巖敏化方式適應(yīng)性差；動(dòng)態(tài)敏化器轉(zhuǎn)速高，安全性低；機(jī)器人抓取規(guī)格差異較大的藥卷時(shí)要更換抓手；全線聯(lián)控聯(lián)動(dòng)的可靠性有待提高。

（二）中低溫敏化工藝

（1）工藝過程及裝備。與高溫敏化不同的是精乳后對乳化基質(zhì)進(jìn)行冷卻，接著兩級或一級泵送至裝藥機(jī)，中途加敏化劑與促進(jìn)劑，65℃左右敏化。裝藥后仍對藥卷進(jìn)行冷卻。典型設(shè)備主要包括鋼帶冷卻機(jī)，以常溫水作為冷卻介質(zhì)，設(shè)備長度約20m，鋼帶運(yùn)行速度16m·min-1。冷卻水槽，長度約10～20m，以皮帶或柵板輸送機(jī)帶動(dòng)藥卷浸入水中。旋轉(zhuǎn)活塞泵或螺桿泵，用于將基質(zhì)泵入裝藥機(jī)。有些工藝在鋼帶后設(shè)置中轉(zhuǎn)泵，其壓力在0.3MPa～0.4 MPa 左右。（2）主要特點(diǎn)。敏化溫度較低，安全性更好；冷卻水槽長度可減少30～50m。對珍珠巖敏化方式適應(yīng)性差；多了一級泵送設(shè)備（中轉(zhuǎn)泵）；全線聯(lián)控聯(lián)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)及可靠性有待進(jìn)一步提高。

（三）低溫敏化工藝

（1）工藝過程。此工藝是在原有的連續(xù)乳化、冷卻、敏化工藝基礎(chǔ)上經(jīng)技術(shù)改造，增加連續(xù)自動(dòng)裝藥機(jī)和自動(dòng)包裝機(jī)形成。與高溫、中低溫敏化有較大不同。液態(tài)水油相物料準(zhǔn)備好后，由輸送計(jì)量系統(tǒng)將兩相液體輸入動(dòng)態(tài)乳化機(jī)進(jìn)行乳化，制備好的乳化基質(zhì)落入冷卻裝置中冷卻，之后進(jìn)入動(dòng)態(tài)敏化機(jī)攪拌敏化，敏化溫度50℃左右。敏化后物料由皮帶運(yùn)送至裝藥機(jī)，或泵送進(jìn)入連續(xù)裝藥機(jī)，藥卷經(jīng)包裝系統(tǒng)整理、碼垛、裝箱、輸送等過程后入庫。（2）主要特點(diǎn)。從輸送計(jì)量到成品裝箱連續(xù)化生產(chǎn)，產(chǎn)能可達(dá)3.5t·h-1 以上；現(xiàn)場控制與監(jiān)控室監(jiān)視控制結(jié)合；微機(jī)對工藝參數(shù)和電流、轉(zhuǎn)速等主要運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行監(jiān)視或控制，重點(diǎn)對連續(xù)乳化機(jī)的位移、振動(dòng)、負(fù)荷、斷料、進(jìn)口壓力等狀況進(jìn)行檢測與控制；適用藥卷包裝規(guī)格范圍較大（φ32～φ135）；對藥卷、成品箱、產(chǎn)能等信息自動(dòng)采集上傳；勞動(dòng)強(qiáng)度較低，設(shè)備造價(jià)低，投資少；一般能夠適應(yīng)物理與化學(xué)混合敏化工藝。不足之處是動(dòng)態(tài)乳化器轉(zhuǎn)速高，定轉(zhuǎn)子間隙小，安全性較低；自動(dòng)化程度不高；全線聯(lián)控聯(lián)動(dòng)功能不全與（或）可靠性不高；現(xiàn)場操作人員控制5 人以內(nèi)有一定難度。

三、生產(chǎn)安全管理

（一）設(shè)備管理

目前較好的管理方式是應(yīng)用炸藥生產(chǎn)線專用關(guān)鍵設(shè)備的綜合信息化管理系統(tǒng)。主要功能包括設(shè)備清單、備品備件、故障分析與排查、設(shè)備狀態(tài)和參數(shù)在線監(jiān)測、異常查詢、生產(chǎn)車間運(yùn)行記錄、用戶權(quán)限管理等。能夠幫助管理者對保養(yǎng)維護(hù)記錄進(jìn)行審核，便于全方位掌握設(shè)備狀態(tài)和維修信息。然而，這一較高水平的管理系統(tǒng)應(yīng)用并不多。

（二）現(xiàn)場安全管理

現(xiàn)場安全管理主要內(nèi)容和方法包括：生產(chǎn)場所設(shè)置安全警戒線，安全防護(hù)帶，安全防護(hù)欄等；關(guān)鍵設(shè)備安全警示標(biāo)識，高溫、高壓、防燙傷警示標(biāo)識；員工培訓(xùn)合格持證上崗，正確使用勞動(dòng)安全防護(hù)用品；定員定量定置管理，限定生產(chǎn)現(xiàn)場工作人員數(shù)，工房內(nèi)的主要原料、半成品、成品其計(jì)算量按設(shè)計(jì)要求確定，工器具在設(shè)定的范圍內(nèi)固定存放；維修、保養(yǎng)設(shè)備時(shí)的動(dòng)火管理；防止設(shè)備、管路跑冒滴漏，及時(shí)處置；車間衛(wèi)生、環(huán)境保潔、物件擺放規(guī)整管理等。在生產(chǎn)現(xiàn)場上述方面基本都可做到，只是管理的程度有所不同。

（三）廢料安全管理

對不合格品和廢料的安全管理必須遵循WJ/T9095 要求。按企業(yè)對廢料的分類管理制度和處理規(guī)程進(jìn)行收集和處理。應(yīng)分類收集，定點(diǎn)定量存放，專人管理和處理。一般情況下，未經(jīng)敏化的基質(zhì)可在生產(chǎn)線上處理或在專用處理工房處理，經(jīng)敏化的基質(zhì)必須在專用處理工房處理，不論在何種場合處理，處理前廢料中的雜質(zhì)必須清理干凈。

四、改造措施

（一）選用大產(chǎn)能生產(chǎn)設(shè)備

考慮到企業(yè)的發(fā)展及國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展對炸藥的需求,對改造乳化炸藥生產(chǎn)線來說各種設(shè)備都要有一定的冗余。如果原有溶化罐能夠滿足需要?jiǎng)t不需要更換溶化設(shè)備,如果原有溶化罐不能滿足生產(chǎn)線在批量的生產(chǎn)能力下連續(xù)生產(chǎn)則要更換新的溶化設(shè)備。其余的設(shè)備如:輸送泵、流量計(jì)等也都遵循這種原則。

（二）選用本質(zhì)安全性高的乳化設(shè)備

乳化設(shè)備是乳化炸藥生產(chǎn)線上的重要危險(xiǎn)源之一,近30a 乳化炸藥的發(fā)展過程中發(fā)生過不少事故,其中由乳化設(shè)備引起的事故占了很大的比例。乳化設(shè)備的安全隱患能夠有效控制或消除,將大大提高乳化炸藥生產(chǎn)線的本質(zhì)安全性。選擇一種新型乳化器,這種乳化器擴(kuò)大了動(dòng)靜齒之間的間隙并且降低了轉(zhuǎn)速。取消了機(jī)械密封,采用副葉輪動(dòng)力密封與停車密封組成的非接觸式系統(tǒng)密封,從根本上消除了機(jī)械密封存在的安全隱患。消除了死角,這種乳化器增加了自輸送功能,并在腔體的設(shè)計(jì)中采取了一些措施,從而減少或消除了死角。防止斷齒,定轉(zhuǎn)子的齒由不銹鋼整體加工而成,強(qiáng)度高,并經(jīng)探傷檢驗(yàn)。在工藝技術(shù)方面采取冷卻水?dāng)嗔骱蛿嗔系倪B鎖緊急停車裝置。以上這些措施提高了乳化器的本質(zhì)安全性。

（三）減少崗位操作人員

通過先進(jìn)可靠的自控技術(shù)手段和合理的工藝布局減少操作環(huán)節(jié)。先進(jìn)可靠的自控技術(shù)可以檢測到需要的一些關(guān)鍵參數(shù)如:物重、液位、流量、斷流等,有了這些檢測手段則可以省去一些固定的崗位。

（四）穩(wěn)定的產(chǎn)品質(zhì)量

產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定的原因很多,如原材料改變、生產(chǎn)工藝參數(shù)不穩(wěn)定、設(shè)備運(yùn)行不穩(wěn)定等。撇開原材料的改變和設(shè)備運(yùn)行不穩(wěn)定的因素而影響產(chǎn)品質(zhì)量的原因不談,因?yàn)檫@些都是管理的范疇,如果嚴(yán)格按照企業(yè)的原材料檢驗(yàn)和設(shè)備檢修規(guī)定進(jìn)行檢驗(yàn)和檢修的話,這些問題是可以完全避免的。生產(chǎn)工藝參數(shù)在連續(xù)生產(chǎn)線或半連續(xù)生產(chǎn)線上則是靠人去控制的,人為控制很難確保參數(shù)沒有偏但是用自動(dòng)控制技術(shù)對溫度、流量進(jìn)行控制則是十分穩(wěn)定的,這些參數(shù)可以通過PLC 圍繞設(shè)定值進(jìn)行獨(dú)立調(diào)節(jié),從而確保了產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。

（五）節(jié)約能源

針對過去生產(chǎn)線的蒸汽冷凝水直接排放到下水道,蒸汽或物料管道裸露的浪費(fèi)情況。增加蒸汽冷凝水回收系統(tǒng),把溶化罐、儲存罐以及保溫套管的蒸汽冷凝水通過疏水閥后回收至鍋爐房。乳化器、鋼帶基質(zhì)連續(xù)冷卻機(jī)等的冷卻水做一個(gè)循環(huán)水池進(jìn)行循環(huán)利用。這兩項(xiàng)措施即節(jié)約了能源,又節(jié)約了水資源。

五、發(fā)展趨勢

（一）工藝設(shè)備方面

生產(chǎn)全過程向連續(xù)化、信息化、智能化與少無人化方向發(fā)展，產(chǎn)能自動(dòng)調(diào)節(jié)匹配，主要工藝參數(shù)自動(dòng)調(diào)整。應(yīng)用高效靜態(tài)制乳裝置和混敏裝置，實(shí)現(xiàn)靜態(tài)乳化、靜態(tài)敏化，同時(shí)采用新型高性能（安全）裝藥泵及智能裝藥設(shè)備，利用水相油相泵一次壓送至裝藥結(jié)束。研究應(yīng)用中低溫乳化敏化新配方、新工藝技術(shù)及其裝備。研究應(yīng)用機(jī)器人在生產(chǎn)線上進(jìn)行拆袋投料計(jì)量、藥卷整理、包裝、裝車碼箱等智能制造工藝技術(shù)設(shè)備。

（二）質(zhì)量安全方面

工序間完全實(shí)現(xiàn)智能銜接、少無人化、安全聯(lián)鎖、聯(lián)控聯(lián)動(dòng)生產(chǎn)技術(shù)，進(jìn)一步提升本質(zhì)安全水平。生產(chǎn)工序與設(shè)備設(shè)置防爆泄爆等安全裝置，更好控制過程安全。研究應(yīng)用水油相原料、半成品、成品質(zhì)量和主要工藝參數(shù)在線檢測技術(shù)與裝置，以及不合格品自動(dòng)剔除技術(shù)設(shè)備。

（三）倉儲管理方面

研究應(yīng)用下線產(chǎn)品自動(dòng)碼箱堆放、裝卸、運(yùn)送、入庫和出庫成品管理系統(tǒng)，包括品種、規(guī)格、數(shù)量、重量、產(chǎn)量、庫存總量、出庫量和去向等信息采集、顯示、儲存與上傳。實(shí)現(xiàn)信息化智能化管理。

總之，目前我國乳化炸藥的生產(chǎn)過程還存在著一定的不足，為此，我國應(yīng)當(dāng)加緊對乳化炸藥相關(guān)技術(shù)的研究。而未來乳化炸藥生產(chǎn)的趨勢為智能化和信息化以及無人化。