乳化炸藥乳化器安全性分析及預(yù)防措施

(四川通達化工有限責(zé)任公司，四川達州，635000)

工藝與設(shè)備

乳化炸藥乳化器安全性分析及預(yù)防措施

趙潤
(四川通達化工有限責(zé)任公司，四川達州，635000)

在總結(jié)歷次乳化器爆炸事故的基礎(chǔ)上，對乳化器爆炸的原因進行分析，發(fā)現(xiàn)乳膠基質(zhì)是爆炸物質(zhì)，在有熱點生成和熱積累的條件下將發(fā)生劇烈爆炸。同時指出通過加強設(shè)備管理、提升安全連鎖、加強振動監(jiān)測、完善開機自檢和故障自診斷等措施是可以避免乳化器爆炸事故再次發(fā)生的。

乳化炸藥 乳化器 爆炸 安全措施

自乳化炸藥問世以來，乳化器便成為乳化炸藥生產(chǎn)的關(guān)鍵設(shè)備。雖然各級主管部門在設(shè)備的制造、選型和炸藥生產(chǎn)等方面出臺了一系列的制度、標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范來強化監(jiān)管，特別是近年來連續(xù)化、自動化的應(yīng)用，在很大程度上提高了生產(chǎn)安全，但乳化炸藥屬于危險品的本質(zhì)沒有變，乳化炸藥易燃易爆的屬性沒有變，2013年以來發(fā)生的四起爆炸事故再次敲響了乳化炸藥生產(chǎn)安全的警鐘?？偨Y(jié)歷次事故發(fā)現(xiàn)乳化器發(fā)生爆炸的次數(shù)最多，因此有必要就乳化器的安全性做一分析。

1 乳化器爆炸事故統(tǒng)計

自1988年以來，國內(nèi)發(fā)生乳化炸藥爆炸事故16起，其中乳化器8起[1]，占全部事故的50%，乳化器爆炸事故統(tǒng)計見表1。

表1 乳化器爆炸事故統(tǒng)計

乳化工序是乳化炸藥生產(chǎn)過程中的重大危險工序，乳化器是乳化炸藥生產(chǎn)過程中的關(guān)鍵設(shè)備、高危設(shè)備?？偨Y(jié)發(fā)現(xiàn)，上述乳化器爆炸事故的發(fā)生是由于人的不安全行為、物的不安全狀態(tài)、環(huán)境因素和管理缺陷等共同作用的結(jié)果。人的不安全行為是誘因，使事故有發(fā)生的可能，但歸根結(jié)底事故的發(fā)生還是由物的不安全狀態(tài)(設(shè)備的本質(zhì)安全性不高)造成的。雖然如此，但可以通過加強設(shè)備管理、規(guī)范操作行為、完善視頻監(jiān)控、強化安全連鎖和故障自診斷等措施來避免類似事故的再次發(fā)生，因此必須對乳化器爆炸原因進行深入細(xì)致的分析。

2 乳化器爆炸原因分析

2.1 乳膠基質(zhì)的爆炸性

在傳統(tǒng)的認(rèn)識中，乳膠基質(zhì)未被敏化前沒有爆炸性，因而是安全的，但其中的氧化劑和燃燒劑以微細(xì)液滴均勻混合，在高溫高壓密閉條件下，在固體雜質(zhì)、微細(xì)氣泡和氯化物等的影響下，硝酸銨的分解、爆炸溫度將下降，乳膠基質(zhì)的感度大大提高。據(jù)相關(guān)資料顯示[2]，我國商品乳化炸藥的乳膠基質(zhì)在100℃左右大都具有雷管感度，其雷管起爆時的傳爆直徑約為30～40mm；常溫下乳膠基質(zhì)具有雷管感度的配方也很多，其傳爆直徑約為50～60mm；乳膠基質(zhì)在常溫條件下，當(dāng)裝藥直徑在100mm時可以被8號工業(yè)雷管引爆。雖然乳膠基質(zhì)的雷管感度比經(jīng)過敏化的成品乳化炸藥雷管感度低，但此時的乳膠基質(zhì)已成為爆炸品，在強烈的沖擊特別是在高強度和長時間的摩擦下極易由分解、燃燒轉(zhuǎn)為爆轟，危險性大大增加。因此必須對乳膠基質(zhì)有一個全新的認(rèn)識。

2.2 熱點的形成

炸藥的經(jīng)典熱點學(xué)說認(rèn)為：炸藥在受到機械作用時，絕大部分的機械能首先轉(zhuǎn)化為熱能，由于機械作用是不均勻的，因此，熱能不是作用在整個炸藥上，而是集中在炸藥的局部范圍內(nèi)，如多面棱角或小氣泡處，使該范圍內(nèi)的炸藥溫度升高并形成熱點。熱點處的炸藥首先發(fā)生熱分解，同時放出熱量，促使炸藥的分解速度迅速增加，如果炸藥中形成的熱點數(shù)目足夠多，尺寸足夠大，溫度足夠高，炸藥便在這些點被激發(fā)并發(fā)生爆炸，最后引起部分炸藥甚至整個炸藥的爆炸。

通常認(rèn)為炸藥中熱點的形成有三種主要形式：在機械能傳入炸藥時，惰性硬雜質(zhì)之間的摩擦、炸藥顆粒間的摩擦或炸藥與器壁的摩擦；當(dāng)炸藥從定轉(zhuǎn)子間隙中擠出時，由于炸藥迅速流動形成的塑性加熱，這種形式的熱點只有在流動速度很快、剪切很激烈時才有效；水油相溶液中散布的小氣泡的部分絕熱壓縮。

乳化器中形成熱點的因素有[3,4]：乳化器定轉(zhuǎn)子間隙變小出現(xiàn)碰撞摩擦生熱形成熱點；乳化器內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計缺陷，水油相溶液在強力機械剪切下，機械能轉(zhuǎn)化為熱能；由于保溫故障，硝酸銨在乳化器內(nèi)形成結(jié)晶；外界堅硬雜物或松動的結(jié)構(gòu)件進入乳化器腔體內(nèi)造成強烈的摩擦形成熱點；乳化器內(nèi)進入空氣，在機械作用下氣泡被絕熱壓縮。

2.3 熱積累

在乳化炸藥生產(chǎn)過程中熱點是永遠(yuǎn)存在的，但是這些熱點要對炸藥(基質(zhì))造成危險，必須要有熱積累的過程，沒有熱積累炸藥(基質(zhì))是不會爆炸的。

2.3.1 雜質(zhì)對硝酸銨熱分解的影響

硝酸銨是乳化炸藥的主要組成成分，它的熱分解穩(wěn)定性對乳化炸藥體系的安全性和穩(wěn)定性有著關(guān)鍵的影響。當(dāng)達到一定溫度后，硝酸銨將發(fā)生以下反應(yīng)：

(1)

(2)

(3)

研究發(fā)現(xiàn)，由于雜質(zhì)的存在或環(huán)境條件的改變，上述分解、爆炸溫度降低，熱分解速率有不同程度的增加。

硝酸銨的熱分解是始終存在的，熱分解就會放出熱量，當(dāng)生成熱的速率小于散熱速率時體系溫度就不會增加，熱量就不會積累。純凈的硝酸銨一般是不會發(fā)生劇烈的熱分解，熱量也不會大量積累，但是在混入某些雜質(zhì)后其熱分解速率可能發(fā)生變化。有些物質(zhì)會降低硝酸銨的分解溫度，有些會加快其熱分解的速率，這就使溫度升高，反應(yīng)速率增加，當(dāng)產(chǎn)熱大于散熱時，熱量就會積累。

2.3.2 乳化器壓力的影響

常壓條件下乳化炸藥的熱分解測試表明其明顯的熱分解一般發(fā)生在200℃以上。而H.Perlid試驗表明[5]，螺桿泵發(fā)生爆炸時的溫度還不到160℃，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于乳化炸藥的熱分解溫度，這就是密閉約束條件的影響。乳化器內(nèi)壓力的增大會對乳膠基質(zhì)產(chǎn)生絕熱壓縮，造成局部溫度升高；增大乳化體系(特別是硝酸銨)的熱分解速率，放熱量增加。徐志祥等人通過對硝酸銨溶液和乳化炸藥的常壓和高壓熱分解測試發(fā)現(xiàn)，高壓條件下[6]乳化炸藥和硝酸銨的初始分解溫度沒有明顯的變化，但是反應(yīng)速率顯著上升、放熱量明顯增加。

乳化器可以看成一個強機械密封的高壓體系，腔體內(nèi)的水油相溶液在強力機械攪拌時受到絕熱壓縮，極易形成局部壓力增大，在特定條件下就可形成熱點加速乳膠基質(zhì)的分解，熱量就在腔體內(nèi)積累，乳膠基質(zhì)被連續(xù)分解。因此乳化器內(nèi)壓力是造成熱積累的重要原因之一。

2.3.3 其他因素的影響

除上述因素外，設(shè)備材質(zhì)、密封方式、水油相流量、攪拌強度、冷卻效果、配方感度等都會對乳化器內(nèi)乳膠基質(zhì)的熱積累產(chǎn)生影響。

3 預(yù)防措施

乳化器作為乳化炸藥生產(chǎn)的關(guān)鍵設(shè)備，在加強日常維護保養(yǎng)、檢修和安全連鎖驗證的基礎(chǔ)上，通過強化乳化器震動監(jiān)測和開機系統(tǒng)自檢、故障自診斷等措施將會在很大程度上提高生產(chǎn)安全。當(dāng)然，采用本質(zhì)安全性更高的靜態(tài)乳化能更好地提高生產(chǎn)安全，但本文主要討論動態(tài)乳化器的安全防范措施。

3.1 強化設(shè)備管理

3.1.1 統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、嚴(yán)格準(zhǔn)入

民用爆炸物品行業(yè)主管部門及相關(guān)行業(yè)協(xié)會必須明確乳化器設(shè)計、生產(chǎn)的相關(guān)要求，比如材質(zhì)、結(jié)構(gòu)、定轉(zhuǎn)子間隙、軸的結(jié)構(gòu)參數(shù)、定轉(zhuǎn)子形狀、密封等；對于直接影響安全的設(shè)備、工藝等因素必須統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。建立民用爆炸物品專用生產(chǎn)設(shè)備檢測檢驗基地，對出廠的乳化器進行型式檢驗，并加強對新定型乳化器的無故障運行時間檢驗；對民用爆炸物品專用生產(chǎn)設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)實施許可證制度，相關(guān)部門必須對設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)進行嚴(yán)格審查，對不符合生產(chǎn)條件或生產(chǎn)條件發(fā)生變化不再具備安全生產(chǎn)條件的企業(yè)必須注銷其許可證；加強對設(shè)備生產(chǎn)企業(yè)的監(jiān)管，對不按標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范生產(chǎn)的企業(yè)可永久注銷其許可證，對責(zé)任人員從嚴(yán)從重處罰。主管部門在審批企業(yè)的生產(chǎn)申請時不僅要審核生產(chǎn)企業(yè)的安全生產(chǎn)條件，還要審核關(guān)鍵崗位操作人員的學(xué)歷、職業(yè)資格等，嚴(yán)把設(shè)計、評價、驗收和檢查關(guān)，做到嚴(yán)格準(zhǔn)入、強化基礎(chǔ)。

3.1.2 加強維護保養(yǎng)

安全事項，設(shè)備為先。乳化器作為乳化炸藥生產(chǎn)線上影響生產(chǎn)安全的關(guān)鍵設(shè)備，可以采取如下措施確保乳化器的安全性：(1)建立乳化器維護保養(yǎng)和定期檢查制度，落實維護檢修期間的安全措施，確保人員、設(shè)備安全；(2)定期更換易損件，實施銷、鍵和軸承、密封等的強制更換制度，并確保更換原廠的配件；(3)落實轉(zhuǎn)子軸的動平衡檢測，加強定轉(zhuǎn)子、轉(zhuǎn)子軸的探傷檢測；(4)明確乳化器管理部門和使用部門的責(zé)任，管理部門要認(rèn)真組織編寫和實施大、中、小修計劃和日常檢修計劃；(5)使用部門要做好乳化器的日常維護和開班前的檢查確認(rèn)；(6)加強生產(chǎn)過程中的巡查，避免在使用過程中出現(xiàn)超負(fù)荷運轉(zhuǎn)；(7)收集乳化器在使用、檢修過程中的相關(guān)參數(shù)，為乳化器的設(shè)計、安全分析提供依據(jù)。

3.1.3 加強生產(chǎn)管理

乳化作為既影響質(zhì)量又影響安全的關(guān)鍵工序。在生產(chǎn)過程中必須做好以下工作：(1)及時清理水相制備過程中帶入的編織袋碎屑等雜質(zhì)；(2)在水油相制備、乳化等工藝管路上采取多級過濾，防止異物進入乳化器；(3)破碎機、水油相管路中加裝除鐵裝置并定期清洗；(4)乳化器開機前用熱水或低壓蒸汽保溫；(5)及時清理生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的漏藥；(6)加強停機清洗工作，采用熱水(不低于基質(zhì)溫度)清洗，保證清洗干凈；(7)規(guī)范操作行為，嚴(yán)格按照安全技術(shù)操作規(guī)程操作。

3.2 提升安全連鎖功能

國內(nèi)乳化炸藥生產(chǎn)線基本實現(xiàn)了信息化、自動化，安全連鎖也基本得到了實施，但還不是很完善，不能滿足生產(chǎn)安全的需要。在傳統(tǒng)的超溫、超壓、斷(欠)流報警停機的基礎(chǔ)上，乳化器還可以增設(shè)相對獨立的雙重安全連鎖保護系統(tǒng)[7]。如果乳化器超溫、超壓、斷(欠)流安全連鎖失效，另外一套獨立的安全連鎖裝置將對乳化器的關(guān)鍵部位(軸承、密封等)的溫度、壓力等進行檢測并預(yù)警。加強對冷卻水流量、冷卻水回水溫度的監(jiān)測，確保乳化器有效冷卻。完善乳化炸藥生產(chǎn)線全線聯(lián)動措施，做到工序間生產(chǎn)能力相匹配和全線隨動控制。

安全連鎖控制系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)有自動記錄、存儲驗證試驗信息的功能，并與系統(tǒng)并聯(lián)運行，到期能夠自動提示、報警和停止系統(tǒng)運行。安全連鎖試驗不能單純依靠對計算機相關(guān)模塊的模擬試驗結(jié)果，應(yīng)該保證模擬控制系統(tǒng)的可靠性、準(zhǔn)確性和系統(tǒng)的匹配性。

安全連鎖試驗不能帶危險物料進行，防止試驗過程中出現(xiàn)安全事故，可以采用符合條件的水或油進行試驗。

3.3 加強振動監(jiān)測

乳化炸藥生產(chǎn)中，乳膠基質(zhì)的質(zhì)量決定乳化炸藥成品的質(zhì)量好壞。要想獲得好的乳膠基質(zhì)質(zhì)量就必須提高乳化器的乳化能力。乳化器以攪拌齒為主，隨著乳化能力的提高，攪拌的復(fù)雜程度和轉(zhuǎn)速也將增大，這將增大乳化器在運行中發(fā)生機械故障的可能性。因此有必要設(shè)置乳化器振動監(jiān)測系統(tǒng)[8-10]，對乳化器的運行狀態(tài)進行監(jiān)測。相關(guān)資料顯示，某企業(yè)開發(fā)了一套乳化器振動監(jiān)測系統(tǒng)，該監(jiān)測系統(tǒng)包括傳感器、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和數(shù)據(jù)顯示系統(tǒng)。該監(jiān)測系統(tǒng)采用非接觸式電渦流傳感器實現(xiàn)徑向擺動位移和軸向躥動位移在線監(jiān)測，同時對乳化器及其支架構(gòu)成的整體振動加速度進行監(jiān)測，確保徑向、軸向位移在安全范圍內(nèi)。

在正常生產(chǎn)情況下，乳化過程中的徑向、軸向和加速度振動監(jiān)測值均在安全范圍內(nèi)，一旦發(fā)生軸承損壞、混入雜質(zhì)或者出現(xiàn)攪拌齒斷裂等故障，徑向、軸向、加速度中超限觸發(fā)報警并立即連鎖停機。

乳化器振動監(jiān)測技術(shù)的運用是乳化器安全監(jiān)測、自動控制的一大突破，提高了乳化器的安全運行系數(shù)，但尚未達到安全控制、精確監(jiān)測的階段。該技術(shù)在運用過程中還需不斷總結(jié)經(jīng)驗，使其精確、全面，為乳化炸藥生產(chǎn)安全提供保障。

3.4 完善開機自檢和故障自診斷

乳化炸藥生產(chǎn)線自動控制系統(tǒng)安全連鎖的有效性取決于各類傳感器的可靠性和穩(wěn)定性，因此自動控制系統(tǒng)應(yīng)增加開機自檢功能，開機后將自動檢測乳化器的工作狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)故障(異常)立即預(yù)警并“鎖死”乳化器及系統(tǒng)相關(guān)操作，同時提示故障原因并指導(dǎo)用戶維護檢修，只有在故障排除后系統(tǒng)才解除“鎖死”，恢復(fù)生產(chǎn)。

自動控制系統(tǒng)應(yīng)將乳化器歷史狀態(tài)參數(shù)上傳至企業(yè)數(shù)據(jù)庫，逐步建立乳化器故障自診斷系統(tǒng)。當(dāng)乳化器出現(xiàn)異常后，自動控制系統(tǒng)首先讀取本機數(shù)據(jù)庫內(nèi)數(shù)據(jù)并作出判斷，提示故障原因并給出處置方案；當(dāng)本機不能解決故障時，將故障信息上傳企業(yè)數(shù)據(jù)庫，通過與數(shù)據(jù)庫內(nèi)信息對比進行故障診斷；當(dāng)企業(yè)數(shù)據(jù)庫不能解決故障時，技術(shù)人員應(yīng)參考數(shù)據(jù)庫內(nèi)歷史狀態(tài)參數(shù)和故障信息進行判斷并處理。

4 結(jié)論

乳化器是乳化炸藥生產(chǎn)中的關(guān)鍵設(shè)備，高危設(shè)備。在總結(jié)歷次乳化器爆炸事故的基礎(chǔ)上，分析發(fā)現(xiàn)乳膠基質(zhì)是爆炸物質(zhì)，具有強烈的爆炸性，在有熱點生成和熱積累的條件下將發(fā)生劇烈爆炸。生產(chǎn)過程中通過加強設(shè)備管理、提升安全連鎖、加強乳化器振動監(jiān)測和完善乳化器開機自檢和故障自診斷等措施將極大提高乳化器的安全系數(shù)，避免乳化器爆炸事故的再次發(fā)生。

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TheEmulsifierofEmulsionExplosivesSafetyAnalysisandPreventiveMeasures

ZhaoRun
(SichuanTongdaChemicalIndustryCO.,Ltd,Dazhou635000,Sichuan,China)

Based on the previous explosion accident of the emulsifier, explosion of fine milk device are analysis the reason of the emulsifier′s explosion accident, found a fine emulsifying device is mainly because the explosion of emulsion matrix is explosive substances, there will be a violent explosion in the formation of hot spot and the accumulation of heat conditions. At the same time, pointed out that through the strengthening equipment management,enhance the safety interlock function, emulsifier vibration monitoring , improve the power on self-inspection and auto-diagnosis can avoid the explosion accidents of emulsifier final.

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